電流的熱效應與焦耳定律

1、電流的熱效應與焦耳定律電流的熱效應與焦耳定律焦耳定律焦耳定律用手一摸電視機后蓋用手一摸電視機后蓋 上周六，小明的爸爸出門前囑咐他好好寫作業(yè)，不上周六，小明的爸爸出門前囑咐他好好寫作業(yè)，不 要看電視。爸爸回來時看到他在認真寫作業(yè)，電視機也沒打開要看電視。爸爸回來時看到他在認真寫作業(yè)，電視機也沒打開，很高興。，很高興。 可是可是 后就發(fā)現(xiàn)，小明剛看后就發(fā)現(xiàn)，小明剛看過電視。過電視。生活中，許多用電器通電后，都伴有熱現(xiàn)象產生活中，許多用電器通電后，都伴有熱現(xiàn)象產生。請舉例說明。生。請舉例說明。焦耳定律電流通過導體時電能轉化成內能，這個現(xiàn)象叫電流通過導體時電能轉化成內能，這個現(xiàn)象叫做電流的熱效應。做電

2、流的熱效應。一、電流的熱效應一、電流的熱效應焦耳定律電爐絲和導線通過電流相同，為什么電爐絲熱電爐絲和導線通過電流相同，為什么電爐絲熱得發(fā)紅，而導線卻幾乎不發(fā)熱得發(fā)紅，而導線卻幾乎不發(fā)熱? ?電流通過導體時產生熱的多少跟什么因素有關電流通過導體時產生熱的多少跟什么因素有關? ?想想議議想想議議焦耳定律焦耳定律設計實驗設計實驗:1.將一段銅絲與一段鎳鉻合金絲串聯(lián)將一段銅絲與一段鎳鉻合金絲串聯(lián),并粘上等量的凡并粘上等量的凡 士林士林,通過觀察凡士林熔化所用的時間長短進行比較通過觀察凡士林熔化所用的時間長短進行比較. (加熱固體加熱固體)2.在燒瓶在燒瓶A中盛等量的煤油，溫度計顯示煤油的溫中盛等量的煤

3、油，溫度計顯示煤油的溫 度燒瓶中是銅絲，電阻較小，燒瓶中是鎳鉻度燒瓶中是銅絲，電阻較小，燒瓶中是鎳鉻 合金絲，電阻較大兩瓶中金屬絲串聯(lián)起來接到電合金絲，電阻較大兩瓶中金屬絲串聯(lián)起來接到電 源上通電一定時間后，比較兩瓶中煤油的溫度變源上通電一定時間后，比較兩瓶中煤油的溫度變 化化 (加熱液體加熱液體).把兩燒瓶中密閉，中間插入帶有水柱的細玻璃管把兩燒瓶中密閉，中間插入帶有水柱的細玻璃管, 通觀察管中水柱位置的變化來比較通觀察管中水柱位置的變化來比較.（加熱氣體加熱氣體）電流通過導體產生的熱與電阻的關系電流通過導體產生的熱與電阻的關系（控制變量法（控制變量法 轉換法轉換法）焦耳定律接電源接電源鎳鉻

4、絲鎳鉻絲銅絲銅絲支支 架架焦耳定律電流通過導體時產生熱的多少與什么因素有關電流通過導體時產生熱的多少與什么因素有關? ?演示實驗演示實驗實驗裝置實驗裝置焦耳定律實驗實驗1：研究電熱與電阻關系：研究電熱與電阻關系R1 = 5 R2 = 10 A在電流相同、通電時間相同的情況下，電阻在電流相同、通電時間相同的情況下，電阻越大，這個電阻產生的熱量越多。越大，這個電阻產生的熱量越多。焦耳定律實驗實驗2：研究電熱與電流關系：研究電熱與電流關系I = 2I1IAR = 5 R = 5 R = 5 I1在電阻相同、通電時間相同的情況下，通過在電阻相同、通電時間相同的情況下，通過一個電阻的電流越大，這個電阻產

5、生的熱量越一個電阻的電流越大，這個電阻產生的熱量越多。多。焦耳定律觀察實驗觀察實驗焦耳定律焦耳（焦耳（James Prescott Joule，18181889），英國物理學家。用），英國物理學家。用近近 40 年的時間做了年的時間做了 400 多次實驗，多次實驗，研究熱和功的關系。通過大量的實研究熱和功的關系。通過大量的實驗，于驗，于 1840 年最先精確地確定了電年最先精確地確定了電流產生的熱量與電流、電阻和通電流產生的熱量與電流、電阻和通電時間的關系。時間的關系。焦焦 耳耳焦耳定律焦耳定律焦耳定律焦耳定律Q = I R t Q = I R t 熱量熱量 電流電流 電阻電阻 時間時間J A

6、 S公式：公式：意義：意義：單位：單位：焦耳定律焦耳定律：電流通過導體產生的：電流通過導體產生的熱量跟熱量跟電流的二次方成正比電流的二次方成正比，跟，跟導體的導體的電阻成正比電阻成正比，跟，跟通電時間通電時間成正比成正比。 焦耳焦耳 (18181889)內容：電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方內容：電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方 成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時 間成正比。間成正比。二、焦耳定律二、焦耳定律焦耳定律焦耳定律Q = I R t Q = I R t 熱量熱量 電流電流 電阻電阻 時間時間J A S公式：公式：意義：意義：單位：單位：

7、焦耳焦耳 (18181889)焦耳定律1在純電阻電路中（在純電阻電路中（如：電暖器，電飯鍋，如：電暖器，電飯鍋，電爐子等電爐子等），當電流通過導體時，電能全部轉化為，當電流通過導體時，電能全部轉化為內能，而沒有同時轉化成其他形式的能量，這樣電內能，而沒有同時轉化成其他形式的能量，這樣電流產生的熱量流產生的熱量Q 就等于消耗的電能就等于消耗的電能W，即，即Q = W = UIt = I2Rt=Pt=2在非純電阻電路中在非純電阻電路中，如當電扇工作時，消，如當電扇工作時，消耗的電能主要轉化為電機的機械能：耗的電能主要轉化為電機的機械能：WQ熱熱三、電能和電熱關系三、電能和電熱關系電能電能 內能內能

8、+機械能機械能tRU2此時，只能用此時，只能用Q=I2Rt（焦耳定律）（焦耳定律）來計算電熱來計算電熱焦耳定律Q = I2Rt =(0.6 A)260 W W300 s = 6 480 J 一根一根 60 的電阻絲接在的電阻絲接在 36 V的電源兩的電源兩端，在端，在 5 min內共產生多少熱量內共產生多少熱量?答答: 在在 5 min 內共產生內共產生 6 480 J 熱量。熱量。解解: :例題例題 1I = = 0.6 AUR36 V60 焦耳定律有一電動機，它正常工作時的電阻為有一電動機，它正常工作時的電阻為5，電流為電流為5A，正常工作的電壓為，正常工作的電壓為220V，通電，通電10

9、min，電動機消耗的電能為多少？產生的，電動機消耗的電能為多少？產生的熱量為多少？有多少電能轉化為機械能？熱量為多少？有多少電能轉化為機械能？例題例題 2解：消耗的電能：解：消耗的電能：W= UIt =220V5A600s=6.6105J 電熱電熱Q = I2Rt =(5A)25600s=7.5104J轉化為的機械能：轉化為的機械能：E機機=WQ=6.6105J 7.5104J=5.85105J焦耳定律額定電壓相同的燈泡，額定功率越大，電阻越額定電壓相同的燈泡，額定功率越大，電阻越小，正常工作時單位時間內產生的熱量越多?？墒切?，正常工作時單位時間內產生的熱量越多?？墒前凑战苟?，電阻越大，單

10、位時間內產生的熱量按照焦耳定律，電阻越大，單位時間內產生的熱量越多。二者似乎有矛盾，這是怎么回事越多。二者似乎有矛盾，這是怎么回事? ?想想議議想想議議答：前者說電阻越小，正常工作時單位時間內答：前者說電阻越小，正常工作時單位時間內產生的熱量越多，前提條件是電壓相同；而后者說，產生的熱量越多，前提條件是電壓相同；而后者說，電阻越大，單位時間內產生的熱量越多，前提條件電阻越大，單位時間內產生的熱量越多，前提條件是電流相同，兩者并不矛盾。所以我們在應用公式是電流相同，兩者并不矛盾。所以我們在應用公式時應該特別注意條件。時應該特別注意條件。焦耳定律1電熱的利用電熱的利用利用電熱孵化器孵小雞利用電熱孵

11、化器孵小雞用來加熱用來加熱電熱器的優(yōu)點電熱器的優(yōu)點: 清潔衛(wèi)清潔衛(wèi)生，沒有環(huán)境污染，熱效率生，沒有環(huán)境污染，熱效率高，還可以方便地控制和調高，還可以方便地控制和調節(jié)溫度。節(jié)溫度。四、電熱的利用和防止四、電熱的利用和防止焦耳定律電熱器電熱器1.原理：利用電流的熱效應來工作的。原理：利用電流的熱效應來工作的。2.核心部分：發(fā)熱體，它是有電阻率大，核心部分：發(fā)熱體，它是有電阻率大，熔點高的材料制成的熔點高的材料制成的3.電熱器的電熱和電功的關系電熱器的電熱和電功的關系因為電熱器中消耗的電能只用來發(fā)熱，所以因為電熱器中消耗的電能只用來發(fā)熱，所以電熱電熱Q=電功電功W焦耳定律很多情況下我們并不希望用電器

12、的溫度過高。很多情況下我們并不希望用電器的溫度過高。如：電視機的后蓋有很多孔，為了通風散熱；電腦如：電視機的后蓋有很多孔，為了通風散熱；電腦運行時要用微型風扇及時散熱等等。運行時要用微型風扇及時散熱等等。2電熱的危害電熱的危害焦耳定律焦耳定律課堂小結課堂小結焦耳定律焦耳定律的實驗和的實驗和內容內容電熱的利電熱的利用和危害用和危害焦耳定律焦耳定律P102動手動腦學物理動手動腦學物理1.某導體的電阻是某導體的電阻是2,通過通過2A的電流時，的電流時，1min產生多少焦耳的熱量？產生多少焦耳的熱量？解：解：Q=IQ=I2 2Rt=(2A)Rt=(2A)2 22260s=480J60s=480J若電流

13、變?yōu)樵瓉淼娜綦娏髯優(yōu)樵瓉淼?倍，其它條件不變，則倍，其它條件不變，則電熱是原來的電熱是原來的_倍倍4焦耳定律2.一只額定功率是一只額定功率是450w的電飯鍋，的電飯鍋，在額定電壓下使用，每分鐘產生多在額定電壓下使用，每分鐘產生多少熱量？少熱量？解：電飯鍋是純電阻電路解：電飯鍋是純電阻電路所以，所以，Q=W=Pt=450W60s=27000J焦耳定律3.一只電烙鐵的額定電壓是一只電烙鐵的額定電壓是220V，在，在額定電壓下工作時的電阻是額定電壓下工作時的電阻是1210，它的額定功率有多大？在額定電壓下它的額定功率有多大？在額定電壓下通電通電10min產生多少熱量？產生多少熱量？解：解：WVRU4

14、01210220P22W）（額額因為電烙鐵消耗的電能全部用來發(fā)熱，所以因為電烙鐵消耗的電能全部用來發(fā)熱，所以Q=W=Pt=40W1060s=24000J焦耳定律4.某校師生自制了一臺電烘箱。電某校師生自制了一臺電烘箱。電烘箱的電阻絲通過烘箱的電阻絲通過5A的電流時，每的電流時，每分鐘可產生分鐘可產生6.6104J的熱量。求這的熱量。求這臺電烘箱的電功率和電阻絲工作時臺電烘箱的電功率和電阻絲工作時的電阻。的電阻。W101 . 1s60J106 . 6tQtWP34解：解：P=I2RW44)A5(J101 . 1IPR232焦耳定律5.電流的熱效應有時對我們有益，電流的熱效應有時對我們有益，我們利

15、用它；有時對我們有害，需我們利用它；有時對我們有害，需要減少電流導致的發(fā)熱，或者盡快要減少電流導致的發(fā)熱，或者盡快把發(fā)出的熱散發(fā)掉。把發(fā)出的熱散發(fā)掉。(1)列舉兩個生活或者生產中利用電流熱效應的實例列舉兩個生活或者生產中利用電流熱效應的實例電熱毯、電烙鐵、電飯鍋、電熱孵化器等電熱毯、電烙鐵、電飯鍋、電熱孵化器等(2)列舉兩個生活和生產中為防止電流熱效應產生列舉兩個生活和生產中為防止電流熱效應產生危害而采取的措施危害而采取的措施電腦主機有風扇散熱電腦主機有風扇散熱;電視機上的散熱窗、電視機上的散熱窗、電動機外殼有許多散熱片電動機外殼有許多散熱片焦耳定律6.在家庭電路中，有時導線長度不在家庭電路中，有時導線長度不夠，需要把兩根連接起來，而連接夠，需要把兩根連接起來，而連接處往往比別處更容易發(fā)熱，加速老處往往比別處更容易發(fā)熱，加速老化，甚至引起火災。這是為什么？化，甚至引起火災。這是為什么？