焦耳定律介绍

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龙文教育学科教师辅导讲义

课 题 电热与焦耳定律和生活用电

教学目标 1、 知道什么是电流的热效应

2、 掌握焦耳定律

3、 掌握电功及电功率的计算

重点、难点 焦耳定律、电功及电功率的计算

考点及考试要求 焦耳定律、电功及电功率的计算

教学内容

知识梳理、

当电流通过导体做的功(电功)全部用来产生热量(电热)，则有W=Q，可用电功公式来计算Q（如电热器，电阻就是这样的）。如果电流做功时、不仅把电能转化为内能，同时还转化为其他形式的能时。此时，电功大于产生的热：即W>Q。计算产生的热量只能用：Q= I 2Rt 计算电功只能用：W = U I t（如电动机工作时）

电热与焦耳定律

（1）电流的热效应，当导体中有电流通过时，导体要发热，这种现象叫电流的热效应。

（2）焦耳定律：实验表明，通电导体产生的热量跟电流的平方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比。

焦耳定律的公式：

（3）纯电阻型电路中，电流做的功全部转化为内能。即

（4）电热的分配：对纯电阻电路，串联时： 并联时：

纯电阻电路中，由于，所以电热分配 串联时： 并联时：

2. 电热器

（1）电热器的工作原理

电热器是利用电流热效应制成的加热设备。电热器的主要构件部分是发热体。发热体是由电阻率大、熔点高的电阻丝绕在绝缘材料上做成的，发热体的形状根据需要可做成线状、管状、片状等。

（2）电热的利用

有效地利用电热给人们带来了极大的便利，其最大优点是人们可以很方便地控制和调节温度，下面介绍几个常见的电热器；

①电熨斗：用来熨烫衣服使之平整的电热器。电熨斗按结构和功能分为普通型、调温型、喷雾型等。普通型电熨斗的基本构件是：发热体、底板、外壳、手柄等。在普通电熨斗上加上调温器和控温指示灯就构成调温型电熨斗，在调温型电熨斗上加上喷雾装置就构成了喷雾型电熨斗。

焦耳定律与电功的计算方法与应用

电功是电能转化为其他形式能量的过程中所做的功，它在电力工程中具有重要的应用价值。而焦耳定律则是计算电功的基本原理。本文将介绍焦耳定律的原理及其在电功计算中的应用方法。

焦耳定律是由英国物理学家焦耳在19世纪初提出的，它描述了电流通过电阻产生的热量与电流强度、电阻值以及时间的关系。根据焦耳定律，电功可以通过以下公式进行计算：

W = I^2 * R * t

其中，W表示电功，I表示电流强度，R表示电阻值，t表示电流通过电阻所用的时间。这个公式告诉我们，电功与电流强度的平方成正比，与电阻值和时间成正比。

焦耳定律的应用非常广泛。在电力工程中，我们经常需要计算电器设备消耗的电功，以便评估其能源利用效率。例如，当我们使用电热水壶加热水时，可以根据焦耳定律计算出加热水所消耗的电功。通过这种方式，我们可以选择更节能的电器设备，从而降低能源消耗。

除了能源利用效率评估，焦耳定律还可以应用于电线的选型和散热设计。根据焦耳定律，电线的电功损耗与电流强度和电阻值成正比。因此，在设计电线时，我们需要根据实际的电流强度和电阻值计算出电功损耗，以确保电线不会过热。同时，我们还可以根据焦耳定律计算出电线的散热量，从而选择合适的散热设备，保证电线的正常运行。

焦耳定律的应用还可以扩展到电子元件的工作温度计算。电子元件在工作过程中会产生一定的电功损耗，这会导致元件温度升高。根据焦耳定律，我们可以计算出电子元件的功率损耗，从而估算其工作温度。通过这种方式，我们可以及时发现并解决元件过热问题，确保电子设备的正常运行。 总结起来，焦耳定律是计算电功的基本原理，它描述了电流通过电阻产生的热量与电流强度、电阻值以及时间的关系。在电力工程中，焦耳定律被广泛应用于能源利用效率评估、电线选型和散热设计以及电子元件的工作温度计算等方面。通过合理应用焦耳定律，我们可以提高能源利用效率，确保电器设备的安全运行。

焦耳定律习题

1.下列关于电功的说法中，错误的是（ ）

A.导体内电场力移送电荷所做的功叫做电功

B.电流做功的过程，就是电能转化为其他形式的能的过程

C.电流做功消耗的能量，由电源来供给 D.电功就是电能

2．关于电功W和电热Q的说法正确的是( )

A．在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，且W＝Q

B．在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，但W不一定等于Q

C．W＝UIt、Q＝I2Rt均只有在纯电阻电路中才成立

D．W＝UIt在任何电路中成立，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中成立

3.图1为甲、乙两灯泡的I­U图像，根据图像，计算甲、乙两灯泡并联在电压为220 V的电路中时实际发光的功率约为( )

A．15 W,30 W B．30 W,40 W

C．40 W,60 W D．60 W,100 W

4．夏天空调器正常工作时，制冷状态与送风状态交替运行。一空调器在不同工作状态下电功率随时间变化的关系如图2所示，此空调器运行1小时用电( )

A．1.0度 B．1.5度

C．2.0度 D．2.5度

5．如图3所示，把两个相同的灯泡分别接在甲、乙电路中，甲电路两端的电压为8 V，乙电路两端的电压为16 V。调节变阻器R1和R2使两灯都正常发光，此时变阻器消耗的功率分别为P1和P2，两电路中消耗的总功率分别为P甲和P乙，则下列关系中正确的是( )

A．P甲P乙

C．P1>P2 D．P1＝P2

6.有两个灯泡L1、L2，额定电压皆为6 V，额定功率分别为6 W、3 W，将它们接在电路中，下列说法正确的是( )

A．若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为9 W

B．若将它们串联接在电路中，两灯泡的总功率最大为4.5 W

C．若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为9 W

D．若将它们并联接在电路中，两灯泡的总功率最大为4.5 W

第 1 页 焦耳定律的发现

用手去摸发光的电灯泡，觉得它比不发光时热。实验表明：导体中有电流通过时都要发热，这种现象叫做电流的热效应。

通过电流的导体，发出的热量和哪些因素有关呢？第一个用实验揭开这个秘密的人，是英国的物理学家焦耳。

1841年，年轻的焦耳把通电的电阻丝直接放到纯净的水里，让电阻丝产生的热量使水的温度升高，用插入水中的温度计测出升高的温度。他发现，电阻丝的电阻越大，通过的电流越大，通电的时间越长，水的温度就越高，表明电流产生的热量就越多。焦耳做了大量的实验，精确地确定了电流产生的热量跟电流阻、电流大小和通电时间的定量关系，物理学把这个规律叫做焦耳定律。

焦耳定律可以用能量转化和守恒的观点来解释：电流通过导体时，电阻越大，电流越大，时间越长，电流做的功就越多，所产生和热量就越多。

在工农业生产和日常生活中，人们有时候要利用电流产生热量。电烙铁、电炉、电熨斗、电烤箱等设备，都是常见的电热器，它们设计都以焦耳定律作为理论依据。

当然，电流产生的热量也有不利的一面，例如通过电视机的电流比较大，机内元件发出的热量就比较多，夏天收看电视节目时，如果开机时间过长又不注意通风，电视机容易过热而损坏。