焦耳定律

焦耳定律是定量說明傳導電流將電能轉換為熱能的定律。內容是:電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電的時間成正比。這是英國科學家焦耳和俄國科學家楞次得出的結論，被人稱作焦耳楞次定律。

焦耳定律
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焦耳定律數學表達式:Q=I²Rt。對於純電阻電路可推導出:Q=W=Pt、Q=UIt、Q=(U²/R)t

中文名稱 ：焦耳定律

外文名稱： Joule's Law

別稱：焦耳楞次定律

表達式 ：Q=I²Rt

提出者： 焦耳

提出時間 ： 1840年

應用學科 ：物理學

目錄

定律內容

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定律內容：電流通過導體產生的熱量,跟電流強度的平方、導體電阻和通電時間成正比,即:Q=I^2Rt 。該定律是英國科學家焦耳於1841年發現的。

其中Q指熱量，I指電流，單位是安培(A)，R指電阻，單位是歐姆(Ω)，t指時間，單位是秒(s)，以上單位全部用的是國際單位制中的單位。

純電阻電路電路中只含有純電阻元件,電功 W=UIt=Q,U=IR ∴Q=I^2Rt.注意:此關係只適用純電阻電路。電流通過純電阻電路做功,把電能轉化為內能,而產生熱量,電功又稱為電熱。

含有電動機的電路,不是純電阻電路.電功W=UIt.電流通過電動機做功,把電能一部分轉化為內能,絕大部分轉化為機械能.電動機線圈有電阻R,電流通過而產生熱,不等於UIt,而只是UIt的一部分.原因是對於非純電阻U≠IR且U>IR

焦耳定律是一個實驗定律，它可以對任何導體來適用，範圍很廣，所有的電路都能使用。遇到電流熱效應的問題時，例如要計算電流通過某一電路時放出熱量;比較某段電路或導體放出熱量的多少，即從電流熱效應角度考慮對電路的要求時，都可以使用焦耳定律。公式:Q=I²Rt，單位是焦耳(J)。

公式變換推導

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焦耳定律數學表達式：Q=I^2;×Rt（適用於所有電路）。

對於純電阻電路而言:當電流所做的功全部產生熱量，即電能全部轉化為內能[也叫熱能]，該電路為純電阻電路，這時有:Q=UIt或Q=(U^2/R)t

根據電功的公式，我們有【U指電壓，單位是伏特(V)】:Q=W=Pt。

對於非純電阻電路而言:對於非純電阻電路而言，用得最多的還是焦耳定律的一般形式，不能用上面純電阻中的兩個公式(因為①歐姆定律只在純電阻電路中成立;②其電能不是全部做功轉化為內能，不能用電功的公式。

而對於其電功率和熱量比較而言，我們有:對於任何電路而言:除了焦耳定律的一般式外，我們還可以根據公式I=q/t【q表示電荷量，單位是庫侖(C)】對公式進行變形(適用於所有電路)。

定律使用

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電流所做的功全部產生熱量，即電能全部轉化為內能，這時有Q=W（在純電阻電路中）。電熱器和白熾燈屬於上述情況。

在串聯電路中，由於通過導體的電流相等，通電時間也相等，根據焦耳定律可知電流通過導體產生的熱量跟導體的電阻成正比。

在並聯電路中，由於導體兩端的電壓相等，通電時間也相等，根據焦耳定律可知電流通過導體產生的熱量跟導體的電阻成反比。

電熱器：利用電流的熱效應來加熱的設備，電爐、電烙鐵、電熨斗、電飯鍋、電烤爐等都是常見電熱器。電熱器的主要組成部分是發熱體，發熱體是由電阻率大，熔點高的電阻絲繞在絕緣材料上製成。

焦耳定律是定量說明傳導電流將電能轉換為內能的定律。

非純電阻電路：Q=I^2Rt<W=Pt=U I t（電能轉化為內能以及其他形式能）

純電阻電路：Q=u^2/R t=I^2Rt=W=Pt=U I t（電能只轉化為內能）

實驗方法

電流通過導體產生的熱量與導體的電阻的關係

因為我們不能直接地觀察到電流到底產生了多少熱量，所以我們通過觀察瓶里的液體溫度(溫度計示數)，間接的觀察，這種方法叫做轉換法。

在這個實驗中，一共涉及到三個物理量--電流，電阻和熱量，而我們只需要研究 ，熱量和電阻的關係，所以，我們要保持電流一定(因此我們把兩個電阻串聯)為了不影響結果，這種方法叫做控制變量法。

實驗原理

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焦耳定律是定量說明傳導電流將電能轉換為熱能的定律。1841年，英國物理學家焦耳 發現載流導體中產生的熱量Q(稱為焦耳熱)與電流I 的平方、導體的電阻R、通電時間t成正比，這個規律叫焦耳定律。

採用國際單位制，其表達式為Q=I²Rt或熱功率P=I²R其中Q、I、R、t、P各量的單位依次為焦耳(J)、安培(A)、歐姆(Ω)、秒(s)和瓦特(W)。

焦耳定律在串聯電路中的運用: 在串聯電路中，電流是相等的，則電阻越大時,產生的熱越多。

焦耳定律在並聯電路中的運用: 在並聯電路中，電壓是相等的，通過變形公式，W=Q=PT=U2/RT.當U一定時,R越大則Q越小。

需要註明的是，焦耳定律與電功公式W=UIt只適用於純電阻電路，即只有在像電熱器這樣的電路中才可用Q=W=UIt=I²Rt=U²t/R。

另外，焦耳定律還可變形為Q=IRQ(後面的Q是電荷量，單位庫侖(C))。需要說明的是和不是焦耳定律，它們是從歐姆定律推導出來的，只能在電流所做功將電能全部轉化為熱能的條件下才成立。對電爐、電烙鐵、電燈這類用電器，這兩公式和焦耳定律是等效的。分析解決由電流通過用電器的放熱問題時，應有，這樣可以減少錯誤。

相關視頻

1、電流的熱效應

2、焦耳定律