haihongyuan.com
海量文库 文档专家
全站搜索:
您现在的位置:首页 > 初中教育 > 初中理化生初中理化生

15.4探究焦耳定律

发布时间:2013-12-22 16:50:03  

周六,小明的爸爸出门前嘱咐他好好

写作业,不要看电视。爸爸回来时看到他
在认真写作业,电视机也没打开,很高兴。 可之后就发现,小明刚看过电视。

生活中,许多用电器接通电源后,都伴 有热现象产生。

第十五章 电能和电功率

15.4 探究焦耳定律

生活中,许多用电器通电后,都伴有热现象 产生。请举例说明。

一、电流的热效应

电流通过导体时,导体会发热
的现象,叫做电流的热效应。(电 能转化为内能)

想想议议
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? 电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关?

提出问题:
电流产生的热量跟哪些因素有关呢?

电流的大小
猜想: 导体电阻的大小 通电时间

等量煤油,电流相同,时间 条件: 相同

现象: B瓶中温度上升的多
电流和通电时间相同时, 结论: 电阻越大,产生的热量越 多。

条件: 通电时间相同,电阻相同 电流大时,温度上升多 现象: 结论: 在通电时间一定、电阻 相同时,通过的电流越 大,产生的热量越多。

条件: 通电电流相同,电阻相同 时间长时,温度上升多 现象: 结论: 在通电电流一定、电阻 相同时,通电时间越长, 产生的热量越多。

焦耳简介

焦耳(James Prescott Joule,

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 焦耳

流产生的热量与电流、电阻和通电
时间的关系。

二、焦耳定律: (1)内容:电流流过导体时产生的热量, 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: Q = I 2 R t (3)意义:热量 电流 电阻 时间 (4)单位: J A Ω S

思考与讨论
为什么电炉接入照明电路后,能放出大 量的热来,而与电炉连接的导线却不怎么热?

答: 因为电线和电炉串联,通过它们的 电流是一样的,而电炉丝的电阻比电线 的电阻大的多,所以根据焦耳定律 Q=I2Rt可知,在相同时间内电流通过 电炉产生的热量比通过电线产生的热量 大,因此电炉热而电线却不热。

三、电能和电热关系
1.在纯电阻电路中(如:电暖器,电饭锅, 电炉子等),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

U2 Q = W = UIt = I2Rt=Pt= t R
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

W>Q 热

此时,只能用Q=I2Rt(焦耳定律)来计算电热

例题一 一根 60 Ω 的电阻丝接在 36 V的电源两 端

,在 5 min内共产生多少热量?
解:
U 36 V I= = = 0.6 A R 60 Ω

Q = I2Rt =(0.6 A)2×60 W×300 s

= 6 480 J
答: 在 5 min 内共产生 6 480 J 热量。

例题二
有一电动机,它正常工作时的电阻为5Ω,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 = I2Rt =(5A)2×5Ω×600s=7.5×104J

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焦电电能转化为机械能

想想议议
额定电压相同的灯泡,额定功率越大,电阻越 小,正常工作时单位时间内产生的热量越多。可是 按照焦耳定律,电阻越大,单位时间内产生的热量 越多。二者似乎有矛盾,这是怎么回事?

答:前者说电阻越小,正常工作时单位时间内 产生的热量越多,前提条件是电压相同;而后者说, 电阻越大,单位时间内产生的热量越多,前提条件 是电流相同,两者并不矛盾。所以我们在应用公式 时应该特别注意条件。

四、电热的利用和防止

1.电热的利用

用来加热

利用电热孵化器孵小鸡

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。

1、电热器
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

2、电热的危害
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。

随堂练习
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)列举两个生活或者生产中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)列举两个生活和生产中为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

课堂小结

焦耳定律 的实验和 内容

电热的利 用和危害

随堂练习
关于焦耳定律(电热)的计算练习题

1.某导体的电阻是2Ω,通过2A的电流时, 1min产生多少焦耳的热量? 解:Q=I2Rt=(2A)2×2Ω×60s=480J
若电流变为原来的2倍,其它条件不变, 则电热是原来的_______倍 4

2.一只额定功率是450w的电饭锅,在额定电压 下使用,每分钟产生多少热量? 解:电饭锅是纯电阻电路 所以,Q=W=Pt=450W×60s=27000J

3.一只电烙铁的额定电压是220V,在额定电压下 工作时的电阻

是1210Ω,它的额定功率有多大? 在额定电压下通电10min产生多少热量?

U额 (220 V) 解: P额 ? ? ? 40 W R 1210 W
2

2

因为电烙铁消耗的电能全部用来发热,所以 Q=W=Pt=40W×10×60s=24000J

4.某校师生自制了一台电烘箱。电烘箱的电阻 丝通过5A的电流时,每分钟可产生6.6×104J的 热量。求这台电烘箱的电功率和电阻丝工作时 的电阻。

W Q 6.6 ?10 J 3 解: P ? ? ? ? 1.1?10 W t t 60s
4

∵ P=I2R

P 1.1?10 3 J ? 44W ∴ R? 2 ? 2 I (5A)

6.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P=I2R可知,在电流相等时,电阻 越大,电功率越大。导线相互连接的位置接触电 阻比较大,因而电能转化为热的功率也较大,造 成此处比别处更容易发热,加速老化甚至引起火 灾


网站首页网站地图 站长统计
All rights reserved Powered by 海文库
copyright ©right 2010-2011。
文档资料库内容来自网络,如有侵犯请联系客服。zhit326@126.com