| 词条 | 焦耳定律 |
| 释义 | § 定义 焦耳定律实验装置 在一段导体中通有电流时，放出的热量分别与电流强度的平方、导体的电阻和通电流的时间三者成正比。这一结论称为焦耳定律。[1] § 解释 公式 焦耳定律给出了电流产生热量与电流强弱,时间还有电阻的关系：电流通过导体产生的热量，跟电流的二次方成正比，跟导体电阻大小成正比,跟通电时间成正比。公式表示如图示一。图示一 § 焦耳； I - 电流 - 安培； R - 电阻 - 欧姆； t - 时间 - 秒 焦耳－楞次定律 焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。俄国物理学家海因里希·楞次在1842年也独立发现上述的关系，所以也称之为焦耳－楞次定律。[2] § 简述 关于导体中通过的电流与所产生的热量之间的定律。1840年由詹姆斯·普雷斯科特·焦耳提出。定律揭示了电流通过导线时所产生的热量和导线的电阻与电流平方的乘积成比例，即 H＝0.24IRt 式中H 为产生的总热量，单位为卡；I 为电流，单位为安；R 为电阻,单位为欧；t为时间，单位为秒；0.24为由实验定出的比例常量。 焦耳是通过实验测定发现这个定律的。但是从理论上也不难理解，当电流的大小不变，产生的热量全部来源于电荷通过导体失去的势能。电荷的数量为It，失去的势能为W，W＝RIt。因此,在单位时间中转变为热的电能为RI（焦），或者说在导体上消耗的电功率P为 P＝RI（瓦） 焦耳定律是设计电照明，电热设备及计算各种电气设备温升的重要公式。 焦耳定律在串联电路中的运用： 在串联电路中，电流是相等的，则电阻越大时，产生的热越多。 焦耳定律在并联电路中的运用： 在并联电路中，电压是相等的，通过变形公式，W=Q=Pt=(U^2/R)×t，当U定时，R越大则Q越小。 需要注明的是，焦耳定律与电功公式W=UIt适任何元件及发热的计算，即只有在像电热器这样的电路（纯电阻电路）中才可用Q=W=UItq=I^2×Rt =(U^2/R)×t。 另外，焦耳定律还可变形为Q=IRq（后面的Q是电荷量，单位库仑（c））。 在热力学中指，气体的内能只是温度的函数，与体积无关。即内能对体积的偏导数为零。 § 实验 制作方法 取500毫升烧瓶两个，都用钻有3毫米孔的胶塞塞紧，在孔上都插一个输液管三通接头，并与输液管连接成如图18．2－4所示的A、B两个U形管，管高约20厘米，向管中注入约5厘米高的红色酒精。若管中液柱高度不相等，可用纸绳将较高一边的酒精吸出一些。两烧瓶内是空的。 电源电压6伏、9伏。面板尺寸为40×45厘米2。电阻丝R1＝R2＝6欧，R2＝R4＝12欧。线路连接如图示二。图示二 取透明塑料管（同方法一）一段，上下均用胶塞塞紧，上胶塞钻一直径3毫米的孔，插入一个输液管直通接头，外端连接一段输液管，长约15厘米（也可用粗试管和细玻璃管代替上述透明塑料管和输液管）。 使用方法 1．调节标尺，使液面略低于零刻度线。用管口盖盖住三通接头的另一口。 2．接9伏电源，断开S2，将S1与接点2接通，此时R2与R3串联，通过的电流相等。但因R3=2R2，所以A管液柱（即指A管靠标尺一边的液柱）升高h（约1厘米）时，B管液柱（即指B管靠标尺一边的液柱）升高2h，这就说明了电流产生的热量与电阻成正比。断开电路，揭开三通接头的盖，使液柱恢复原高度，稍停一分钟，待两瓶温度相等时，再盖住三通接头口。 3．两个开关同使用方法2，同时计时，观察B管液柱的升高，5秒钟时升高h，到10秒钟时升高2h。这说明电流产生的热量与通电时间成正比。以后同使用方法2一样断开电路使A、B两管液柱复原，井盖住三通接头口。 4．接6伏电源。接通S2，再将S1与接点1接通，此时A、B两瓶内的电阻相等，但因R2与R4串联后与R1＋R2并联，所以通过R1和R2的电流为通过R3的电流的二倍，此时B管液柱升高h时，A管液柱升高4h。这就说明了电流产生的热量，与电流的平方成正比。 5．实验完毕，断开电路，揭开三通盖。 注意事项 断开电源应迅速，稍一迟缓，液柱将由管口溢出。使用R2的时间不可太长，否则，实验误差增大，影响演示效果。 提示 本自制教具可辅以“电功、电功率”部分的物理实验教学。[3] § 注意 焦耳定律是一个实验定律它可以对任何导体来，它的适用范围很广。遇到电流热效应的问题时，例如要计算电流通过某一电路时放出热量；比较某段电路或导体放出热量的多少，即从电流热效应角度考虑对电路的要求时，都可以使用焦耳定律。 从焦耳定律公式可知，电流通过导体产生的热量跟电流强度的平方成正比、跟导体的电阻成正比、跟通电时间成正比。 若电流做的功全部用来产生热量。即W=UIt。 根据欧姆定律，有W=I^2;Rt。 需要说明的是W=U^2;/Rt和W=I^2;Rt不是焦耳定律，它们是从欧姆定律推导出来的，只能在电流所做功将电能全部转化为热能的条件下才成立(纯电阻电路）。例如对电炉、电烙铁这类用电器，这两公式和焦耳定律才是等效的。 使用焦耳定律公式进行计算时，公式中的各物理量要对应于同一导体或同一段电路，与欧姆定律使用时的对应关系相同。当题目中出现几个物理量时，应将它们加上角码，以示区别。 注意：W=UIt=Pt适用于所有电路，而W=I^2;Rt=U^2;/Rt只用于纯电阻电路（全部用于发热）。 § 实验原理 焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。1841年，英国物理学家焦耳发现载流导体中产生的热量Q（称为焦耳热）与电流I 的平方、导体的电阻R、通电时间t成正比，这个规律叫焦耳定律。采用国际单位制，其表达式为Q=I^2*Rt或热功率P=I^2*R其中Q、I、R、t、P各量的单位依次为焦耳、安培、欧姆、秒和瓦特。 焦耳定律是设计电照明，电热设备及计算各种电气设备温升的重要公式。焦耳定律在串联电路中的运用： 在串联电路中，电流是相等的，则电阻越大时,产生的热越多。焦耳定律在并联电路中的运用： 在并联电路中，电压是相等的，通过变形公式，W=Q=PT=U2/RT.当U定时,R越大则Q越小。需要注明的是，焦耳定律与电功公式W=UIt只适用于纯电阻电路，即只有在像电热器这样的电路中才可用Q=W=UIt=I^2Rt=U^2t/R。 另外，焦耳定律还可变形为Q=IRQ（后面的Q是电荷量，单位库仑（c））。1．正确理解和使用焦耳定律 焦耳定律是一个实验定律，它的适用范围很广。遇到电流热效应的问题时，例如要计算电流通过某一电路时放出热量；比较某段电路或导体放出热量的多少，即从电流热效应角度考虑对电路的要求时，都可以使用焦耳定律。从焦耳定律公式可知，电流通过导体产生的热量跟电流强度的平方成正比、跟导体的电阻成正比、跟通电时间成正比。 需要说明的是焦耳定律，它们是从欧姆定律推导出来的，只能在电流所做功将电能全部转化为热能的条件下才成立。对电炉、电烙铁、电灯这类用电器，这两公式和焦耳定律是等效的。分析解决由电流通过用电器的放热问题时，应有，这样可以减少错误。使用焦耳定律公式进行计算时，公式中的各物理量要对应于同一导体或同一段电路，与欧姆定律使用时的对应关系相同。当题目中出现几个物理量时，应将它们加上角码，以示区别。 § 实验方法 如图是研究电流通过导体产生的热量与导体的电阻的关系 因为我们不能直接的观察到电流到底产生了多少热量，所以我们通过观察瓶里的液体温度（温度计示数），间接的观察，这种方法叫做转换法。 在这个实验中，一共涉及到三个物理量——电流，电阻和热量，而我们只需要研究 ，热量和电阻的关系，所以，我们要保持电流一定（因此我们把两个电阻串联）为了不影响结果，这种方法叫做控制变量法。 § 应用 电流所做的功全部产生热量，即电能全部转化为内能，这时有Q=W（在纯电阻电路中）。电热器和白炽电灯属于上述情况。 在串联电路中，由于通过导体的电流相等，通电时间也相等，根据焦耳定律可知电流通过导体产生的热量跟导体的电阻成正比。 在并联电路中，由于导体两端的电压相等，通电时间也相等，根据焦耳定律可知电流通过导体产生的热量跟导体的电阻成反比。 电热器：利用电流的热效应来加热的设备，电炉、电烙铁、电熨斗、电饭锅、电烤炉等都是常见电热器。电热器的主要组成部分是发热体，发热体是由电阻率大，熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上制成。 焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。 非纯电阻电路：Q=I^2Rt<W=Pt=UIt（电能转化为内能以及其他形式能） 纯电阻电路：Q=u^2/R t=I^2Rt=W=Pt=UIt（电能只转化为内能） § 焦耳简介 詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（JamesPrescottJoule；1818年12月24日－1889年10月11日），英国物理理学家，出生于曼彻斯特近郊的沙弗特（Salford）。焦耳自幼跟随父亲参加酿酒劳动，没有受过正规的教育。青年时期，在别人的介绍下，焦耳认识了著名的化学家道尔顿。道尔顿给予了焦耳热情的教导。焦耳向他虚心的学习了数学、哲学和化学，这些知识为焦耳后来的研究奠定了理论基础。而且道尔顿教诲了焦耳理论与实践相结合的科研方法，激发了焦耳对化学和物理的兴趣，并在他的鼓励下决心从事科学研究工作。 他的第一篇重要的论文于1840年被送到英国皇家学会，当中指出电导体所发出的热量与电流强度、导体电阻和通电时间的关系，此即焦耳定律。 焦耳提出能量守恒与转化定律：能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只能从一种形式转化成另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而能的总量保持不变，奠定了热力学第一定律（能量不灭原理）之基础。 当选为英国皇家学会会员。由于他在热学、热力学和电方面的贡献，皇家学会授予他最高荣誉的科普利奖章（CopleyMedal）。 |
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