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。这是英国科学家焦耳和俄国科学家楞次得出的结论，被人称作焦耳楞次定律。

焦耳定律
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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

中文名称 ：焦耳定律

外文名称： Joule's Law

别称：焦耳楞次定律

表达式 ：Q=I²Rt

提出者： 焦耳

提出时间 ： 1840年

应用学科 ：物理学

目录

定律内容

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定律内容：电流通过导体产生的热量,跟电流强度的平方、导体电阻和通电时间成正比,即:Q=I^2Rt 。该定律是英国科学家焦耳于1841年发现的。

其中Q指热量，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。

纯电阻电路电路中只含有纯电阻元件,电功 W=UIt=Q,U=IR ∴Q=I^2Rt.注意:此关系只适用纯电阻电路。电流通过纯电阻电路做功,把电能转化为内能,而产生热量,电功又称为电热。

含有电动机的电路,不是纯电阻电路.电功W=UIt.电流通过电动机做功,把电能一部分转化为内能,绝大部分转化为机械能.电动机线圈有电阻R,电流通过而产生热,不等于UIt,而只是UIt的一部分.原因是对于非纯电阻U≠IR且U>IR

焦耳定律是一个实验定律，它可以对任何导体来适用，范围很广，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:Q=I²Rt，单位是焦耳(J)。

公式变换推导

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焦耳定律数学表达式：Q=I^2;×Rt（适用于所有电路）。

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:Q=UIt或Q=(U^2/R)t

根据电功的公式，我们有【U指电压，单位是伏特(V)】:Q=W=Pt。

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: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，单位是库仑(C)】对公式进行变形(适用于所有电路)。

定律使用

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电流所做的功全部产生热量，即电能全部转化为内能，这时有Q=W（在纯电阻电路中）。电热器和白炽灯属于上述情况。

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。

电热器：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制成。

焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为内能的定律。

非纯电阻电路：Q=I^2Rt<W=Pt=U I t（电能转化为内能以及其他形式能）

纯电阻电路：Q=u^2/R t=I^2Rt=W=Pt=U I t（电能只转化为内能）

实验方法

电流通过导体产生的热量与导体的电阻的关系

因为我们不能直接地观察到电流到底产生了多少热量，所以我们通过观察瓶里的液体温度(温度计示数)，间接的观察，这种方法叫做转换法。

在这个实验中，一共涉及到三个物理量--电流，电阻和热量，而我们只需要研究 ，热量和电阻的关系，所以，我们要保持电流一定(因此我们把两个电阻串联)为了不影响结果，这种方法叫做控制变量法。

实验原理

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焦耳定律是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。1841年，英国物理学家焦耳 发现载流导体中产生的热量Q(称为焦耳热)与电流I 的平方、导体的电阻R、通电时间t成正比，这个规律叫焦耳定律。

采用国际单位制，其表达式为Q=I²Rt或热功率P=I²R其中Q、I、R、t、P各量的单位依次为焦耳(J)、安培(A)、欧姆(Ω)、秒(s)和瓦特(W)。

焦耳定律在串联电路中的运用: 在串联电路中，电流是相等的，则电阻越大时,产生的热越多。

焦耳定律在并联电路中的运用: 在并联电路中，电压是相等的，通过变形公式，W=Q=PT=U2/RT.当U一定时,R越大则Q越小。

需要注明的是，焦耳定律与电功公式W=UIt只适用于纯电阻电路，即只有在像电热器这样的电路中才可用Q=W=UIt=I²Rt=U²t/R。

另外，焦耳定律还可变形为Q=IRQ(后面的Q是电荷量，单位库仑(C))。需要说明的是和不是焦耳定律，它们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。对电炉、电烙铁、电灯这类用电器，这两公式和焦耳定律是等效的。分析解决由电流通过用电器的放热问题时，应有，这样可以减少错误。

相关视频

1、电流的热效应

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