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第十五章电能和电功率
15.4焦耳定律
电流通过导体时电能转化成内
能,这个现象叫做电流的热效应。
一、电流的热效应
n猜想:产生的热量可能跟电流、电阻、通电时间有关。
控制变量法转化法
电炉丝和导线通过电流相同,为什么电炉
丝热得发红,而导线却几乎不发热?
R₁=5ΩR₂=10Ω
实验2:研究电热与电流关系
实验3:研究电热与通电时间关系
t=60st=120s
甲甲
R1=5ΩR1=5Ω
在电流相同、电阻相同的情况下,通电
时间越长,电阻产生的热量越多。
通电导体产生的热量(电热)与导体的
电阻、导体中的电流和通电时间的关系。
结论:
焦耳(JamesPrescottJoule,
1818—1889),英国物理学家。用
近40年的时间做了400多次实验,研究热和功的关系。通过大量的实验,于1840年最先精确地确定了电流产生的热量(电热)与电流、电阻和通电时间的关系。
1.内容:
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
时间成正比。
2.公式:Q=PRt
3.单位:焦耳(J)
二、焦耳定律
1.在纯电阻电路中(如:电暖器,电饭锅,电
炉等),当电流通过导体时,电能全部转化为内能,而没有同时转化成其他形式的能量,这样电流产生的热量Q就等于消耗的电能W,即
2.在非纯电阻电路中,如当电扇工作时,消
耗的电能主要转化为电机的机械能:
电能→内能+机械能
只能用Q=PRt(焦耳定律)来计算电热
三、电能和电热关系
W@
想一想
怎样用电功率公式推导焦耳定律?
P=-=
P=UI
I=R=U=IR
W=I²Rt
二W
W=pt
P=I²R
Q=I²Rt
解:
Q=²Rt=(0.6A)²×60Ω×300s
=6480J
答:在5min内共产生6480J热量。
例1:一根60Q的电阻丝接在36V的电源两端,在5min内共产生多少热量?
例2:有一电动机,它正常工作时的电阻为5Q,电流为5A,正常工作的电压为220V,通电10min,电动机消耗的电能为多少?产生的热量为多少?有多少电能转化为机械能?
解:消耗的电能:
W=UIt=220V×5A×600s=6.6×105J
电热Q=PRt=(5A)²×5Q×600s=7.5×10*J
转化为的机械能:
E机=W-Q=6.6×10⁵J-7.5×10⁴J=5.85×105J
答:电动机消耗的电能为6.6×105焦,产生的热量为7.5×104焦,有5.85×105焦电能转化为机械能。
用来加热
电热器的优点:清洁
卫生,没有环境污染,热效率高,还可以方便地控制和调节温度。
四、电热的利用和防止
利用电热孵化器孵小鸡
(一)电热的利用
1.原理:利用电流的热效应来工作的。
2.核心部分:发热体,
它是有电阻率大,熔点
高的材料制成的
3.电热器的电热和电功的关系
因为电热器中消耗的电能只用来发热,所以
电热Q=电功W
(二)电热的防止
很多情况下我们并不希望用电器的温度过
高。如:电视机的后盖有很多孔,为了通风散热;电脑运行时要用微型风扇及时散热等等。
焦耳定律
的实验和
内容
电热的利用和防止
课堂小结
随堂练习
1.下面不是利用电热的实例(C)
A.用电饭锅煮饭B.用电熨斗熨衣服
C.电视机外壳有许多小孔D.用电热壶烧水
2.一台电风扇和一个电熨斗,如果使用时消耗
电能相同,产生的热量(C)
A.一样多B.电风扇较多
C.电熨斗较多D.无法比较
3.下列电器中,属于电热器的是(B)
A.洗衣机B.电热水煲C.电风扇D.电视机
4.电流的热效应有时对我们有益,我们利用它;有时对我们有害,需要减少电流导致的发热,或者尽快把发出的热散发掉。
(1)列举利用电流热效应的实例
电热毯、电烙铁、电饭锅、电热孵化器等
(2)列举防止电流热效应产生危害而采取的措施
电脑主机有风扇散热;电视机上的散热窗、电动机外壳有许多散热片
5.在家庭电路中,有时导线长度不够,需要把两根连接起来,而连接处往往比别处更容易发热,加速老化,甚至引起火灾。这是为什么?
答:根据公式Q=I²Rt可知,在电流相
等、通电时间相同时,电阻越大,电
热越大。
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