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焦耳定律的得出过程
焦耳是19世纪一位自学成才的英国物理学家。
在一次实验中，焦耳发现，把金属丝放在水里，水就会发热。
他想：“电和热可不可以转化呢？”
为了搞清楚这个问题，他进行了多次实验，并通过精细的测量，1841年，年仅22岁的焦耳得出了后来举世闻名的焦耳定律，并在1年后被俄国物理学家楞次的大量实验结果进一步所证实。
但一些权威对他不屑一顾。
自学成才的人有着坚强的意志，焦耳毫不气馁，继续进行着实验。
一次，焦耳参加了一个学术会议，他在会上宣读：“自然界的能量是不会毁灭的，哪里消耗了机械能，总能得到相当的热。
”人们面对他的是冷嘲热讽。
他相信真理总会被承认的。
焦耳锲而不舍，继续研究着，1847年，他设计了一个非常精巧的实验，测出了比较准确的热功当量的平均数值，该数值和现在所测的数值相差无几，这在当时是非常难得的。
热功当量的测定，为最终建立能量转换和守恒定律作出了巨大的贡献。
焦耳定律(Joule's Law)是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。
内容是：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。
焦耳定律数学表达式：Q=I²Rt；对于纯电阻电路可推导出：Q=W=Pt;Q=UIt;Q=(U²/R)t。
焦耳定律发明的故事焦耳定律是物理学中的一个重要定律，它描述了电流通过导体时产生的热量的计算方法。
这一规律的发现，背后有着一段有趣的故事。
本文将为您讲述焦耳定律的发明过程。
一、焦耳定律的发现背景19世纪初，随着电学研究的深入，科学家们逐渐认识到电流在通过导体时会发热。
然而，这种热量与电流强度、导体电阻和通电时间之间的关系尚不明确。
在这个背景下，英国物理学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（James Prescott Joule）开始了对这一问题的研究。
二、焦耳定律的发现过程1.实验探索焦耳从小就对自然科学充满兴趣，尤其擅长实验。
为了研究电流产生的热量与电流强度、导体电阻和通电时间之间的关系，焦耳设计了一系列实验。
2.空气摩擦实验焦耳通过实验发现，电流通过导体时产生的热量与电流的二次方成正比，与导体的电阻和通电时间成正比。
为了验证这一规律，焦耳设计了一个著名的空气摩擦实验。
他将电流通过两块摩擦片，使它们相互摩擦，从而产生热量。
通过测量电流强度、摩擦片间的压力和摩擦产生的热量，焦耳证实了电流产生的热量与电流强度、导体电阻和通电时间之间的关系。
3.焦耳定律的提出经过一系列实验验证，焦耳于1840年提出了著名的焦耳定律：电流通过导体产生的热量，与电流的二次方成正比，与导体的电阻和通电时间成正比。
这一定律为电学研究和应用提供了重要的理论基础。
三、焦耳定律的影响焦耳定律的发现，对于电学领域产生了深远的影响。
它不仅为电热效应的研究提供了依据，还为电阻、电功率等电学量的测量和计算奠定了基础。
此外，焦耳定律还为能量守恒定律的发现提供了重要的启示。
总结：焦耳定律的发现过程，充满了实验探索和科学精神。
焦耳通过一系列实验，揭示了电流通过导体产生的热量与电流强度、导体电阻和通电时间之间的关系，为电学研究和应用奠定了基础。
焦耳定律的工作原理焦耳定律是热力学中的一条重要定律，描述了热量转化为功的关系。
它由英国物理学家詹姆斯·焦耳在19世纪提出，被广泛应用于能量转换和能量守恒定律的研究中。
焦耳定律在工程和科学领域中具有重要的应用价值。
下面将详细介绍焦耳定律的工作原理。
1. 焦耳定律的基本概念- 焦耳定律是描述能量转换的定律之一，被广泛应用于热机和发电站等能源转换系统中。
- 焦耳定律基于能量守恒定律，提供了热量和功之间的定量关系。
2. 焦耳定律的表达方式- 焦耳定律可以用公式表示为Q = W + ΔU，其中Q表示吸收或放出的热量，W表示对外做的功，ΔU表示内能的变化。
- 当系统吸收热量时，Q为正值；当系统释放热量时，Q为负值。
同样，当系统对外做功时，W为正值；当外界对系统做功时，W为负值。
- 内能的变化ΔU是指系统内部粒子的能量变化，例如分子的振动、转动和电子的能级变化等。
3. 焦耳定律的工作原理- 焦耳定律基于热机的功能原理。
热机根据焦耳定律将热能转化为机械能，实现能量的转换与利用。
- 热机通常由热源、工作物体、工作物质和冷源四个部分组成。
- 热源提供高温热量，工作物体吸收部分高温热量并将其转化为功，工作物质作为传递热量的媒介，冷源吸收剩余的热量。
- 热机工作过程中，热量从热源流向工作物体，提供了对外做功所需要的能量，并且释放剩余的热量给冷源。
- 焦耳定律描述了这个过程中热量、功和内能的关系，实现了能量的转化和守恒。
4. 焦耳定律的应用- 焦耳定律被广泛应用于各种能量转换和利用的系统中，如发电站、汽车发动机等。
- 在发电站中，焦耳定律描述了燃料的燃烧释放热量，热能通过蒸汽或气体驱动汽轮机产生功，最终转化为电能。
- 在汽车发动机中，焦耳定律描述了燃料的燃烧释放热量，进而推动活塞运动，通过连杆和曲轴传递功，最终将化学能转化为机械能驱动汽车运动。
- 焦耳定律的应用使得能量转换和能量守恒变得可行和可控，推动了能源技术的发展和优化。
直流电路中的焦耳定律简介焦耳定律是描述直流电流在电阻中产生热量的定律。
它的原理基于能量守恒定律，即电能转化为热能，从而产生温度变化。
本文将详细介绍焦耳定律的定义、公式及应用，并探讨其在实际电路中的作用。
焦耳定律的定义焦耳定律是由英国物理学家焦耳在19世纪初提出的。
它描述了电阻中通过的直流电流所产生的热量与电流的平方成正比，并与电阻的大小和时间成正比。
焦耳定律的公式焦耳定律的数学表达式如下：Q = I^2 * R * t其中，Q表示通过电阻产生的热量（单位：焦耳），I表示电流强度（单位：安培），R表示电阻值（单位：欧姆），t表示电流通过电阻的时间（单位：秒）。
焦耳定律的应用焦耳定律在实际电路中有广泛应用，下面列举了一些常见的应用场景：1. 电热器电热器是将电能转化为热能的设备，如暖风机、电热水壶等。
根据焦耳定律，可以通过控制电流和电阻的大小来控制电热器的加热效果，实现温度的调节。
2. 电焊在电焊过程中，焊条和工件之间会形成电弧。
电弧通过焊头和工件之间的电阻产生高温，使焊条融化并与工件连接在一起。
电焊的质量和效率与焊接过程中产生的热量有密切关系，而焦耳定律可以帮助我们理解和控制电焊中的热量变化。
3. 计算电阻功率焦耳定律提供了计算电阻功率的方法，可用于评估电路中电阻元件的性能和稳定性。
通过测量电阻值和电流强度，应用焦耳定律的公式可以计算出电阻产生的热量，从而对电阻的工作状态进行分析。
实例分析假设我们有一个电阻值为10欧姆的电阻器，通过它的直流电流为2安培，电流通过电阻的时间为5秒。
根据焦耳定律的公式，我们可以计算出通过电阻器产生的热量：Q = 2^2 * 10 * 5 = 200焦耳因此，通过这个电阻器产生的热量为200焦耳。
结论焦耳定律是描述直流电路中电流通过电阻产生热能的定律。
它通过电阻值、电流强度和时间这三个因素来计算通过电阻器产生的热量。
焦耳定律不仅在理论研究中具有重要意义，也广泛应用于实际电路中的各种设备和系统中。
坤哥物理【直流电路】焦耳定律
摘要：
1.焦耳定律简介
2.焦耳定律公式及含义
3.直流电路中的应用
4.实例分析
5.总结与实用建议
正文：
焦耳定律是物理学中关于电流产生的热量与电流、电阻和通电时间之间关系的一个基本定律。
它的公式为Q=IRt，其中Q表示电流产生的热量，I表示电流大小，R表示电阻值，t表示通电时间。
焦耳定律的应用广泛，尤其在直流电路中具有重要意义。
根据焦耳定律，我们可以知道在直流电路中，电流通过电阻时会产生热量，而热量的大小与电流的平方成正比，电阻值和通电时间也有直接关系。
这意味着，当电阻或通电时间增大时，电流产生的热量也会相应增大。
接下来，我们通过一个实例来分析焦耳定律在直流电路中的应用。
假设一个直流电路中，电流I=2A，电阻R=10Ω，通电时间t=10s。
根据焦耳定律，我们可以计算出电流产生的热量Q=IRt=2×10×10=400J。
这意味着在这个电路中，电流在10秒内产生了400焦耳的热量。
总结一下，焦耳定律是描述电流产生的热量与电流、电阻、通电时间之间关系的基本定律。
在直流电路中，我们可以通过焦耳定律来计算和控制电流产
生的热量，以确保电路的安全和稳定运行。
为了更好地应用焦耳定律，我们可以结合实际电路参数，进行具体分析和计算。
实用建议：在设计和使用直流电路时，要充分考虑电流、电阻和通电时间对电流产生的热量的影响。
根据焦耳定律，合理选择电路参数，确保电路安全、高效运行。
焦耳定律的推导与实践焦耳定律是描述电阻发热的物理定律，它揭示了电能转化为热能的原理。
本文将从推导焦耳定律的过程开始，介绍其基本原理和公式，并结合实例来说明焦耳定律在生活中的应用。
一、焦耳定律的推导焦耳定律的推导基于能量守恒定律和电功率的定义。
设想一个电阻为R的导体，通过它的电流为I，电压为V。
根据欧姆定律可知，电阻上的电压V等于电流I乘以电阻R，即V = IR。
当电流通过电阻时，电子在电力的作用下会受到阻碍并产生碰撞，从而导致电子动能的转化。
这些碰撞使电子的动能逐渐减小，转化为热能，最终使电阻产生发热。
我们假设电阻发热的速率与电流的平方成正比，即P ∝ I^2。
根据能量守恒定律，在单位时间内的电功率P等于单位时间内电能转化为其他形式能量的速率。
因此有P = IV，结合之前的假设，可以得到P = I^2R，即焦耳定律的基本公式。
二、焦耳定律的实践应用焦耳定律在生活中有着广泛的应用，以下是几个实例：1. 电炉加热：电炉的工作原理就是利用焦耳定律产生的热能来加热物体。
电炉内部的电阻受电流控制，通过控制电流大小和时间来实现加热的温度控制。
2. 电吹风：电吹风通过电阻丝发热产生热风，这个过程也是利用了焦耳定律。
电吹风的功率越高，产生的热风也就越热。
3. 空调：空调中的加热装置也是利用焦耳定律产生热能，以达到加热室内空气的目的。
根据需要调节加热功率大小，可以控制室内温度。
4. 电热毯：电热毯中的电阻丝通过电流发热，使毯子达到加热的效果。
通过对电流大小的调节，可以控制电热毯的加热温度。
5. 火柴点燃：我们点燃火柴时，通过摩擦或者打火机擦发火柴上的磷，产生的小火焰是利用焦耳定律产生的。
火焰的温度和持续时间与放出的热量有关。
三、结语焦耳定律是描述电阻发热的基本物理定律，它为我们研究和应用电能转化提供了重要的理论基础。
通过推导焦耳定律的过程，我们可以更加深入地理解电阻发热的机制。
实践上，焦耳定律在许多电器和设备中都有着重要的应用，为我们的日常生活提供了便利。
焦耳定律的建立刘娜李艳平（首都师范大学物理系，北京100048）摘要：依据焦耳的论文和一些研究文献，详细介绍了焦耳发现焦耳定律的背景和研究过程，并分析了焦耳探索过程中的一些创造性因素。
关键词：焦耳焦耳定律物理教学焦耳定律是基础物理教学的重要内容之一，在一些中学物理教材中，往往会涉及焦耳（James Prescott Joule，1818—1889）的生平和科学贡献[1-2]，本文依据焦耳的论文和一些研究文献，详细介绍了焦耳定律的建立背景，以及焦耳提出焦耳定律的实验研究过程，并对焦耳的研究特点和成功因素作了一些初步分析，希望为焦耳定律的教学提供物理学史方面的参考资料。
1 焦耳的研究背景焦耳1818年出生于英格兰的曼彻斯特，他的祖父早年在曼彻斯特附近的索尔福德创建了一家啤酒厂，家族逐渐变得富裕起来，后来焦耳的父亲获得了这家酒厂的所有权。
曼彻斯特自18世纪以来就是英国的纺织业中心，交通便利、文化发达，它和索尔福德都是19世纪英国工业化的先锋城市，迅速的工业发展带动快速的人口增长：1801年，两城总人口9万；1831年，增长到23万；1851年，已达36.7万。
当时，曼彻斯特有两个重要的特点：一是“高度的科技化”，各种新技术被采用，产业结构和面貌发生着迅速的变化；二是巨大的科学威望，1793年以后，道尔顿（John Dalton，1766—1844）一直在曼彻斯特从事教学和研究活动，后以他的原子论等成就享誉英国和欧洲大陆。
以道尔顿为首，由当地医生、牧师、律师、商人、有闲绅士及其他对科学感兴趣的人共同建立了曼彻斯特文学和哲学学会，成为这个城市科学活动的中心。
焦耳从小身体孱弱，没有到学校接受系统的教育，一直跟随家庭教师学习，1834年起，他和哥哥一起到道尔顿门下学习了3年。
焦耳对道尔顿十分敬重，与道尔顿的接触激发了他对科学的兴趣和探索自然的愿望。
后来，焦耳经常参加各种学术讲座，并与曼彻斯特文学和哲学学会的许多学者结识，在这个社团中，他属于工程师的小圈子。
[3-4]焦耳对探索自然有持久并广泛的兴趣，在19世纪热的思想和实验两方面都做出巨大贡献。
法拉第发现电磁感应现象不久以后就出现了当时称为磁电机（electric-magnetic engine）的早期电机，那时的人们还不大了解电磁现象的规律，也缺乏对电路的深刻认识，只是感到磁电机非常新奇，有可能代替蒸汽机成为效率更高、管理更方便的新动力。
于是，研制、改进、使用各种磁电机，关注提高磁电机的功效和电力的应用前景成为一股热潮席卷了整个欧洲。
焦耳也投入到了这场流行的电气热潮中，开始了他关于电机、电池和电磁铁的研究工作。
1837年，焦耳在父亲的工厂里装配了用电池驱动的磁电机，并对它进行了多方面的实验测试。
1838年，在父亲的支持下，焦耳在工厂里建造了一个实验室，开始了他最初的实验研究，并取得了许多重要发现。
在测试中，焦耳注意到图1 焦耳自制的电流计 （采自文献[8]，261页） 电机和电路中的发热现象，他想到这和机件运转中的摩擦生热一样，都是动力损失的原因，这促使他对电流的热效应进行了定量研究。
[5]电流热效应的实验研究和焦耳定律的建立是焦耳热现象研究的早期工作和成果。
2 焦耳定律的提出1840年12月17日，焦耳向皇家学会递交了“关于伏打电产生的热” [7]的论文摘要，该摘要发表在《皇家学会记事录》上，但该刊拒绝发表论文全文。
这篇文章修改后，以题“关于金属电导体和电池在电解时放出的热”于1841年发表在《哲学杂志》第19卷上。
文中记述了焦耳的实验研究和结论——焦耳定律。
该文分为“金属导体放出的热”和“电解放出的热”两部分，焦耳在第一部分中详细描述了他的实验装置、实验过程，以及通过精确测量所得到的发现：当一种已知量的伏打电在已知时间内通过一金属导体时，无论该金属导体的长度、直径和无论是何种金属，其所放出的热总是与它的电阻及通过导体的电流强度的平方成正比。
[7]在这篇论文的开始，焦耳就明确说明他的研究是验证性的：“在此之前人们已经知道，伏打电流可以使金属导线变热，而且变热的程度与该导线的导电率准确地成反比。
”焦耳实验的目的就是想证实导体的电阻是不是产生热效应的唯一原因。
[8]焦耳设计的实验十分简单，所用仪器仅包括他自制的电流计、温度计、供缠绕金属导线的玻璃棒、各种金属导线、盛水的玻璃器皿和计时装置。
焦耳的自制电流计如图1所示：将一根铜棒弯成长方形AB ，并用木块C 使这它直立。
N 是两端尖形的磁针，悬在一根细钢轴上。
当给AB 通以电流时，磁针的偏转角度几乎与电流量成比例。
焦耳把电流计针偏斜到33.5°定义为一度电流，即1°Q ，他把Q 放在度的后面，以区别于分度卡上的Q 。
焦耳在实验中一共使用了5个电阻，其中4个由金属丝绕制而成，一个是水银电阻。
焦耳将金属丝紧密盘绕在一个薄玻璃管上，并将这样形成的线圈的两端分开，导线一端通过玻璃管，为防止金属线短路，他在每圈导线间都留有少许空间，并在圈与圈之间夹入一段棉绳。
焦耳的4个金属丝电阻中3个是由长均为2码（约1.83米）的两根铜丝和一根铁丝制成，其中一根铜丝直径1/50英寸（约0.05厘米），另一根1/28英寸（约0.09厘米），铁丝直径1/27英寸（约0.10厘米），我们暂且把这样制成的导体电阻称为R 1、R 2和R 3；第四个金属丝电阻由长11.25英寸（约28.58厘米）、粗1/50英寸（约0.05厘米）铜丝制成，我们称其为R 4；还有一个水银电阻，焦耳在一根弯玻璃管中盛入水银，作成长22.75英寸（约0.58米）、直径0.065英寸（约0.17厘米）的水银线圈，我们称之为R 5。
实验时，把电阻放入一个装有水的玻璃瓶中，图2说明了实验仪器的安排：A 是导线线圈电阻；图2 焦耳的实验仪器 （采自文献[8]，262页） B 是盛水的玻璃瓶；T 表示温度计。
焦耳首先研究电流相同时金属导体放出的热与电阻的关系，他做了3组实验。
每组实验中，焦耳都把两个制备好了的电阻分别放在两个一样且盛水量相同的玻璃瓶中，再把两个电阻串联接在伏打电池上。
焦耳记述的3组实验如下：实验1：将电阻R 1、R 2分别浸入盛有相同水量的玻璃瓶中，并使平均量为1.1°Q 的电流连续通过两线圈。
一小时后，R 1（细导线）浸的水增热3.4°，R 2 (粗导线)浸的水增热1.3°。
焦耳在论文中没有详细论证，只是说从实验中发现，3英尺（0.91米）长细导线所传导的电量，恰与8英尺（2.44米）长粗导线传导的电量一样，因此可以推知，R 1和R 2的电阻是3.4与1.27之比。
实验2：用R 3代替R 2进行实验。
使1.25°Q 的电流于一小时内通过两电阻，结果R 3（铁丝）造成的温度增加是6°，R 1（铜丝）造成的温度增加是 5.5°。
焦耳直接给出，在这种情况中，R 3和R 1的电阻是6与5.51之比。
实验3：用R 4和R 5进行实验。
将两者各浸入半磅水中，并使同样的电流通过它们，一小时后，R 4（铜丝）线圈的温度上升4.4°，R 5（水银）线圈的温度上升2.9°。
焦耳说，经过仔细实验，发现两者的电阻是4.4与3之比。
焦耳在文章中说，他还做了其它尝试，结果完全是同一性质：它们都证实了这样一个事实，即当一种已知量的伏打电在已知时间内通过一金属导体时，无论该金属导体的长度、粗度、形状或种类如何，其所放出的热，总是与它的电阻成比例。
进一步，焦耳研究电流强度与产生的热量的关系。
焦耳猜测：“电流强度增加所产生的热效应，应该与电流的平方成比例。
”他的这个假设为实验所证实。
焦耳继续用实验3中使用的铜丝线圈电阻（R 4）做实验，记录了其在半小时和一小时中产生的热，并将实验结果列成表格如下：表1 焦耳的实验测量数据 电流计针的平均偏向以度表示的电流量 半小时中产生的热 一小时中产生的热 16°0.43°Q …… 1.2° 3112° 0.92°Q 3° 4.7° 55° 2.35°Q19.4° 5723° 2.61°Q 23° 5812° 2.73°Q 25° 39.6°在对实验数据进行分析时，焦耳认为，测量到的温度升高（热量）与电流的平方之间存在的差距“是微不足道的”，可以通过一些方法将其减小。
由此焦耳得出结论：当伏打电沿着金属导体传递时，其在某一已知时间内所放的热，与该导体的电阻乘电流强度的平方成比例。
3 讨论由焦耳思想的起源可见，19世纪的英国科学思想主要集中于伦敦的皇家学会，但有时科学思想的中心也可能会游离于伦敦之外，比如曼彻斯特或某些著名科学家的周围。
从焦耳的实验来看，他研究的是纯电阻电路。
欧姆定律建立以后，焦耳对导体电阻的概念已很明确，知道电阻的大小受电导率、长度和横截面积等因素影响，这为他的研究提供了研究基础。
焦耳是19世纪英国著名实验物理学家，在建立焦耳定律的实验研究中，表现出了高超的实验技巧。
焦耳定律涉及到了电流强度、电阻、热量和时间4个物理量，他只精确测量了电流和热量。
对导体电阻的处理，焦耳是通过比较导体的材料、长度和直径，得到其相对电阻。
热量通过测量温度的增加来表示。
焦耳还自定义了电流的单位，通过小磁针的偏转角度，表示电流大小。
此外，焦耳选用了灵敏度较高的温度计，温度测量技术自17、18世纪由于G.华伦海特（Fahrenheit）、F. de列奥默（Reaumur）和A.摄尔休斯（Celsius）的改进，灵敏度大大提高，焦耳实验中使用的温度计是灵敏度为1%的液体温度计。
测量温度时，焦耳用一根羽毛轻轻拨动液体，然后将温度计从管的顶端吊起，使其处于垂直位置，并用眼睛平视水银的顶端。
经过这样的锻炼后，焦耳能有把握地将温度估计到1/10华氏度。
每次实验前，焦耳都做了一些必要的防御措施：使玻璃器皿中的水和室内空气保持同样的温度。
[8]值得指出的是，焦耳的直觉在他的研究中也起了相当的作用。
焦耳实验的目的是想证实导体的电阻是否是产生热效应的唯一原因，他猜测电流强度增加所产生的效应，将与其平方成比例。
经过一系列实验的比较，焦耳证明了他的猜测。
焦耳在论文的最后强调了他研究的重要意义：“上述定律颇为重要。
它告诉我们如何正确地使用那些从所放热量量度电流的仪器。
如果采用这种仪器的话，很明显，只有它们所指示的度数的平方根与所要量度的强度成比例。
”[8]焦耳定律建立以后，焦耳集中进行了对热和机械运动转化的研究。
在对电机和电路产生的热进行研究以后，焦耳进一步的工作是要证明：无论机械功以何种方式转化为热，也无论涉及到了哪种物质或者媒介，转化的比率总是相同的，是自然界中的一个常数。
