焦耳定律I²Rt与W=UIt的区别

问题描述

精选答案

焦耳定律：

①文字叙述，电流通过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，跟通电的时间成正比。

②公式：焦耳定律数学表达式：Q=I^2Rt，导出公式有Q=UIt和Q=U^2/R×t。前式为普遍适用公式，导出公式适用于纯电阻电路。

③注意问题：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。电热器和白炽电灯属于上述情况。

④在串联电路中，因为通过导体的电流相等。通电时间也相等，根据焦耳定律，可知导体产生的热量跟电阻成正比，即⑤在并联电路中,导体两端的电压相等,通电时间也相等,根据,可知电流通过导体产生的热量跟导体的电阻成反比,即⑥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=I^2×Rt或热功率P=I^2×R其中Q、I、R、t、P各量的单位依次为焦耳、安培、欧姆、秒和瓦特。焦耳定律是设计电照明，电热设备及计算各种电气设备温升的重要公式。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=U^2/R×t，当U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适任何元件及发热的计算，即只有在像电热器这样的电路（纯电阻电路）中才可用Q=W=UIt=I^2Rt=U^2/R×t。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））。图为焦耳定律的实验图。

1．正确理解和使用焦耳定律焦耳定律是一个实验定律，它的适用范围很广。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。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=I^2Rt。需要说明的是W=U^2/R×t和W=I^2R×t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。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系相同。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=UIt=Pt适用于所有电路，而W=I^2Rt=U^2/R×t只用于纯电阻电路（全部用于发热）。