焦耳熱

1841年，英國物理學家焦耳發現電流通過導體時可以產生熱量，這種熱量叫做焦耳熱（Joule heat），單位為焦耳（J）。

基本介紹

• 中文名：焦耳熱
• 外文名：Joule heat
• 表達式：Q=I^2*R*t
• 提出者：焦耳
• 提出時間：1841年

定義1

純電阻電路

當電流所做的功全部產生熱量，即電能全部轉化為內能[也叫熱能]，該電路為純電阻電路，這時有：

根據電功的公式，我們有【U指電壓，單位是伏特（V）】：

或者根據歐姆定律（歐姆定律本身只在純電阻電路中成立），我們有：

類似白熾燈，電爐絲，電熱水器這樣就屬於上述情況。

非純電阻電路

對於非純電阻電路而言，用得最多的還是焦耳定律的一般形式，不能用上面純電阻中的兩個公式。

因為：

焦耳熱

①歐姆定律只在純電阻電路中成立；

②其電能不是全部做功轉化為內能，不能用電功的公式。

任何電路

除了焦耳定律的一般式外，我們還可以根據公式I=q/t [ q表示電荷量，單位是庫侖（C）]對公式進行變形（適用於所有電路）：

在串聯電路中，由於通過導體的電流相等，通電時間也相等，根據焦耳定律可知電流通過導體產生的熱量跟導體的電阻成正比。

在並聯電路中，由於導體兩端的電壓相等，通電時間也相等，根據焦耳定律可知電流通過導體產生的熱量跟導體的電阻成反比。

定義2

此定義為焦耳熱的微分定義。在導電媒質中，電場對單位體積提供的功率以熱的形式作為焦耳熱消耗在導電媒質的電阻上。

計算公式：

p為熱功率，dp為功率元，dV為導電媒質的體積元，dW為熱功元，dt為時間元，dF為電場力矢量元，dl為電荷在電場力的方向上通過距離的長度元，dq為電荷元，為電荷密度，E為電場強度矢量，v為電荷移動速度，J為電流體密度矢量。

性質

1841年，英國物理學家焦耳發現載流導體中產生的熱量Q（稱為焦耳熱）與電流 I 的平方、導體的電阻R、通電時間t成正比，這個規律叫焦耳定律。

採用國際單位制，其表達式為Q=I^2xRt或熱功率P=I^2xR其中Q、I、R、t、P各量的單位依次為焦耳、安培、歐姆、秒和瓦特。

焦耳定律是設計電照明，電熱設備及計算各種電氣設備溫升的重要公式。

焦耳定律在串聯電路中的運用：

焦耳熱

在串聯電路中,電流是相等的,則電阻越大時,產生的熱越多.

焦耳定律在並聯電路中的運用:

在並聯電路中,電壓是相等的,通過變形公式,W=Q=PT=U2/RT.當U定時,R越大則Q越小.

需要註明的是，焦耳定律與電功公式W=UIt只適用於純電阻電路，即只有在像電熱器這樣的電路中才可用Q=W=UIt=I^2Rt=U^2t/R。

另外，焦耳定律還可變形為Q=IRQ（後面的Q是電荷量，單位庫侖（c））。

焦耳熱求解

一、若感應電流是恆定的，一般利用焦耳定律求解

電磁感應現象中，若感應電動勢和感應電流是通過磁場變化或導體切割運動產生的，且數值穩定，則感應電流的焦耳熱就可直接由焦耳定律求解。

二、若感應電流是非周期性變化的，由能量守恆定律求焦耳熱

電磁感應現象中，若感應電動勢和感應電流是由導體棒切割磁感線運動產生的，但數值是非周期性變化，則感應電流的焦耳熱就可由能的轉化與守恆定律或動能定理求解。

焦耳熱

三、若感應電流是周期性變化的。由Q=I Rt（其中I為電流的有效值）求焦耳熱

電磁感應現象中，若感應電動勢和感應電流是通過磁場變化或導體切割磁感線運動產生的，且數值是周期性變化，則感應電流的焦耳熱就可由Q=I Rt（其中I為電流的有效值）求解。

注意要點

在電磁感應問題中，大多數都是通過克服安培力做功把其他形式能轉化為迴路的電能，被電阻消耗轉化為焦耳熱能。

焦耳定律是一個實驗定律，它的適用範圍很廣。遇到電流熱效應的問題時，例如要計算電流通過某一電路時放出熱量；比較某段電路或導體放出熱量的多少，即從電流熱效應角度考慮對電路的要求時，都可以使用焦耳定律。

從焦耳定律公式可知，電流通過導體產生的熱量跟電流強度的平方成正比、跟導體的電阻成正比、跟通電時間成正比。

若電流做的功全部用來產生熱量。即而根據歐姆定律，有Q=I^2xRt

需要說明的是和不是焦耳定律，它們是從歐姆定律推導出來的，只能在電流所做功將電能全部轉化為熱能的條件下才成立。對電爐、電烙鐵、電燈這類用電器，這兩公式和焦耳定律是等效的。分析解決由電流通過用電器的放熱問題時，應有，這樣可以減少錯誤。

使用焦耳定律公式進行計算時，公式中的各物理量要對應於同一導體或同一段電路，與歐姆定律使用時的對應關係相同。當題目中出現幾個物理量時，應將它們加上角碼，以示區別。