焦耳定律

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简介

能量和功都以焦耳为单位进行测量。通过施加一牛顿的力在一米的距离上，物体被使其工作（或被赋予能量）。当一个物体受到 1 N 的力作用并移动 1 m 时，就会产生一个焦耳。它以牛顿米为单位进行测量。每次施加机械力时，都会产生热量的精确等价物。根据焦耳定律，任何电气元件中产生的热量与电流的平方、电阻和电流持续时间成正比。

什么是焦耳？

焦耳是能量和功的计量单位。通过施加一牛顿的力在一米的距离上，物体被使其工作。当对任何物体施加 1 N 的力并且物体移动一米时，其乘积为一个焦耳。它以牛顿米为单位测量。每次施加机械力时，都会获得热量的精确等价物。

$$\mathrm{1\:J = 1\:N \times 1\:m}$$

焦耳定律

根据焦耳定律，任何电气元件中产生的热量与电流的平方、电阻和电流持续时间成正比。

让我们看看这个公式

$$\mathrm{P=I^{2} R}$$

这个公式是由詹姆斯·焦耳通过实验发现的，这意味着他检查了一些数据，进行了测量，并观察了这种现象。功率、电流和电阻的测量导致了这一结论。因此，这个公式不是从数学计算中推导出来的。它是通过实验发现的，他指出电阻器耗散的功率与电流的平方成正比。

当我们说“电阻器耗散的功率”时，我们只是意味着电流正在流过电阻器。I 是流过电阻器的电流，它会发热。想想这股热量来自电阻器，流向周围的空气，散开，最终消失。它并没有从宇宙中消失，而是散开了，变得无法使用。根据焦耳的观点，电阻器耗散的功率与电流的平方成正比。在公式中，功率由电流 I 的平方决定。

有趣的是，欧姆定律（我们也在 V=IR 中讨论过）也是通过实验发现的。观察现实世界中的数据揭示了这两个发现。当电流流过电阻器时会产生热量。电阻器的能量完全转化为热量。焦耳热是将电能转换为热量的过程。当电路中的电阻元件被加热时，就会发生焦耳热。这些公式代表了任何旨在产生热量的电气设备（例如电加热器或烤面包机）背后的理论。烤面包机包含一个加热元件，当我们按下那个小装置时，它就会变热。

功率是能量除以时间。

$$\mathrm{P=\frac{Energy}{Time}}$$

$$\mathrm{Energy=Power \times Time}$$

以及 $\mathrm{P=I^{2} R}$

代入功率的值

$$\mathrm{Energy=I^{2}\:RT}$$

$$\mathrm{H=I^{2}\:RT }$$

其中 H= 热量。

交流电和直流电的焦耳热功率方程

根据焦耳定律，任何电气元件中产生的热量与电流的平方、电阻和电流持续时间成正比。当对任何物体施加 1 N 的力并且物体移动一米时，其乘积为一个焦耳。它以牛顿米为单位表示。

$$\mathrm{P=\frac{Energy}{Time}}$$

$$\mathrm{Energy=Power \times Time}$$

以及 $\mathrm{P=I^{2} R}$

代入功率的值

$$\mathrm{Energy=I^{2}\:RT}$$

$$\mathrm{H=I^{2}\:RT }$$

其中 H= 热量。

焦耳定律的应用

保险丝

保险丝是一根熔点不高的细导线，由锡合金制成。保险丝与电器串联连接。当电流超过最大值时，保险丝被加热到超过其熔点的温度，并切断电路。导线被加热到的温度与电流的平方成正比，与半径的立方成反比，因此温度由流过导线的电流及其半径决定，而与长度无关。其他应用包括：

• 电灯泡

• 电加热器

• 电熨斗

• 电热水器等。

测量热功当量的装置

结论

能量和功都以焦耳为单位进行测量。通过施加一牛顿的力在一米的距离上，物体可以被使其运动。当任何物体受到 1 N 的力作用并移动 1 m 时，就会产生一个焦耳。它以牛顿米为单位测量。当施加机械力时，会产生热量的精确等价物。根据焦耳定律，任何电气元件中产生的热量与电流的平方、电阻和电流持续时间成正比。在本文中，我们学习了什么是焦耳定律、焦耳定律或电流的热效应、交流电和直流电的焦耳热功率方程、焦耳定律的应用以及一些常见问题。

常见问题

Q1. 影响焦耳热定律的变量有哪些？

A1：焦耳热定律指出，导线中产生的热量与电流的平方、导线的电阻以及电流允许流过电路的时间成正比。

Q2. 哪种设备不遵循焦耳热定律？

A2：与其他众所周知的设备（如电熨斗、加热器和灯泡）不同，电风扇不基于焦耳定律。

Q3. 焦耳热的效应是可逆的吗？

A3：焦耳热效应是一种永久现象。也就是说，如果我们沿一个方向向电阻器供电，电阻器会发热。但是，通过改变电流的方向，我们无法冷却电阻器。因此，此过程不可逆。

Q4. 理想绝缘体可以产生多少焦耳热？

A4：我们知道理想绝缘体导热和导电性能都很差。因此，由于它不导电，因此不会通过它产生热量。

Q5. 焦耳热如何随着电阻的变化而变化，包括正向和负向变化？

A5：焦耳热由电压的平方除以电阻决定。这意味着较低的电阻和较高的电压都会显着增加产生的热量。

Q6. 为什么过大的电流会产生热量？

A6：当电流流过电路中的电阻元件时，会产生热量。导体的电阻决定了电流流过它时产生的热量多少。因此，电流流过导体时，不可避免地会产生热量。

Q7. 电力会产生热量吗？

A7：伏特通常在导线外部和安培周围流动。因此，安培会产生热量，因为原子和价电子会产生不同程度的电阻，而伏特通常不会。但是，如果您使用足够粗的导线，您将不会感觉到热量上升。