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第一章六、电流的热效应

电阻与电流的热效应

白炽灯泡通电以后，一会儿就热得烫手，电饭锅通电以后能把生米煮成熟饭。电流通过导体时能使导体的温度升高，电能变成内能，这就是电流的热效应。

导体通电时发热的多少与哪些因素有关？有什么关系？

最容易想到的是，发热的多少与通电的时间有关，通电时间越长，发热越多。我们还很容易想到，发热的多少与电流的大小有关，在其他条件一定时，电流越大，发热越多。

难以猜想的是另外一个问题：发热的多少与电阻有什么关系？在其他条件一定时，电阻越大，发热越多吗？电阻是阻碍电流的因素，怎么会是“电阻越大，发热越多”呢？

难道是“电阻越小，发热越多”吗？导线的电阻都很小，电炉丝的电阻比较大，通电时电炉丝热得发红，而导线的温度并不会明显上升。

这些疑问要通过实验解决。

演示

研究导体通电时发热的规律

实验装置和电路图如图1.6-1所示，实验步骤如下。

1．阻值不同的电阻丝A、B分别浸在质量相等的煤油里，两者串联起来，通过变阻器和开关接到电源上。

2．测量两烧瓶煤油的初始温度并做记录。

3．闭合开关，过几分钟后再测煤油的温度并做记录。同时记下这次通电的时间。比较两烧瓶煤油的温度，可知哪个电阻发热较多。

由于两个电阻串联，它们的电流相等；也是由于它们串联，通电时间也相等。所以这样比较可以得知在电流相等、通电时间相等的条件下，发热量与电阻大小的关系。

4．调整变阻器，增大电流，并使通电时间与上次实验相同。对比某烧瓶煤油这次上升的温度与上次实验上升的温度，可知在通电时间相等、电阻相等的条件下，发热量与电流大小的关系。

图

图1.6-1 比较电流热效应的装置图和电路图

英国物理学家焦耳（Prescott1818-1889）通过一系列实验发现，电流发热具有下述规律：电流通过导体产生的热量，跟电流的二次方、导体的电阻、通电时间成正比。这个规律叫做。

如果用Q表示热量，用I表示电流、R表示导体的电阻，t表示通电的时间，焦耳定律可以用下式表示

Q＝I2Rt

在这个公式里，I、R、t的单位分别用安培、秒，热量Q的单位用焦耳。由焦耳定律知道，只要有电阻存在，电路中就会产生热。由于电陧的大小不同、电路中电流的大小不同，电路中产生的热量也就不一样。

根据电流的热效应，人们制成各种电热器，如电热水器、电熨斗、电热毯等。过去安装在电路上的保险丝，也是根据电流的热效应设计的，它在电流过大时会因发热而熔断，起到保护电路的作用。

图

图1.6-2 各种电热器

我们知道，电热器使用的时间越长，产生的热越多，消耗的电能也越多。在物理学中，把电热器在单位时间消耗的电能叫做热功率。如果一个电暖器在时间t内产生的热量为Q，那么，它的热功率

P==I2R

各种电热器上都有铭牌，上面标明的额定功率就是它的热功率。

在国际单位制中，热功率的单位是瓦特，简称瓦，符号是W。

电动机、电灯泡的铭牌上都标有它们的额定功率。当电流通过电动机时，电能主要转化成机械能，只有一部分转化成内能，这时电功率大于热功率。而当电流通过白炽灯泡时，电能几乎全部转化成内能，这时电功率等于热功率。

白炽灯

利用电流的热效应，使通电的金属丝温度升高，达到白热，从而发光。这就是白炽灯泡的发光原理。为了避免高温下金属丝迅速氧化折断，灯泡要抽成真空或充入惰性气体。白炽灯的发光效率比较低，浪费能源，逐渐被各种靠气体通电发光的灯管所代替。尽管如此，白炽灯依然具有巨大的生命力，并陆续出现了如卤钨灯等许多新型白炽灯。

现在，我们的生活中有各种各样的电灯。以美国发明家爱迪生和英国化学家斯旺为代表的一批发明家，发明和改进了电灯，改变了人类日出而作、日没而息的生活习惯。电灯不仅延长了人们的工作时间，而且使舞台光辉夺目、城市夜景灿烂炫目。

爱迪生（

爱迪生（ThomasAlvaEdison，1847-1931），美国发明家。

思考与讨论

节约用电的途径

阅读以下文章。

新华网江苏频道南京1月13日电2004年，南京市缺电的状况将有可能由去年的季节性缺电转变为全年性缺电，其中夏季三个月份将是用电高峰。电力专家指出，普通市民也应掌握科学的用电方式，缓解目前电力紧张的压力。

家电不要待机

现在的家用电器大多有待机功能，每一台电器设备在待机状态下耗电3～10瓦不等。电视、音响、电脑以及其他多种家用电器，在电源开关未关闭的情况下，它们的红外线接收电路、控制电路处于工作状态，仍在耗电。因此，市民尽量不要使家电处于长时间待机状态，家电不用时要彻底断开电源。

换用节能灯

现在家庭都安装了漂亮的吊灯，有的吊灯要安十几个白炽灯泡。如果把白炽灯改成暖色调的节能灯，在同样的亮度下用电量可以减少很多。

……

查一查家中的各种电器，你发现家里的