焦耳定律 _生活百科

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焦耳定律【焦耳定律】焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。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
基本介绍中文名：焦耳定律
外文名：Joule's Law
表达式：Q=I2Rt或Q=UIt或Q=(U^2/R)t
提出者：焦耳
提出时间：1840年
套用学科：物理学
适用领域範围：电学，用电器
适用领域範围：所有电路
描述：传导电流将电能转换为热能
定义电流通过导体时会产生热量，这叫做电流的热效应，而电热器是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製成。

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电流的热效应焦耳定律规定：电流通过导体所产生的热量和导体的电阻成正比，和通过导体的电流的平方成正比，和通电时间成正比。该定律是英国科学家焦耳于1841年发现的。焦耳定律是一个实验定律，它可以对任何导体来适用，範围很广，所有的电路都能使用。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。公式如下：

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其中Q指热量，单位是焦耳（J），I指电流，单位是安培（A），R指电阻，单位是欧姆（Ω），t指时间，单位是秒（s），以上单位全部用的是国际单位制中的单位。公式变形推导对于纯电阻电路而言：当电流所做的功全部产生热量，即电能全部转化为内能[也叫热能]，该电路为纯电阻电路，这时有：

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根据电功的公式，我们有【U指电压，单位是伏特（V）】：

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或者根据欧姆定律（欧姆定律本身只在纯电阻电路中成立），我们有：

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类似白炽灯，电炉丝，电热水器这样就属于上述情况。对于非纯电阻电路而言：对于非纯电阻电路而言，用得最多的还是焦耳定律的一般形式，不能用上面纯电阻中的两个公式（因为①欧姆定律只在纯电阻电路中成立；②其电能不是全部做功转化为内能，不能用电功的公式。而对于其电功率和热量比较而言，我们有：

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对于任何电路而言：除了焦耳定律的一般式外，我们还可以根据公式I=q/t【q表示电荷量，单位是库侖（C）】对公式进行变形（适用于所有电路）：

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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。使用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=I2Rt 。需要说明的是W=(U^2/R)t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係相同。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=Pt=UIt适用于所有电路，而W=I2Rt=(U^2/R)t只用于纯电阻电路（全部用于发热）。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係