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3.7 电热器

发布时间:2013-12-19 09:32:42  

这些电器通电使用时都会产生一 个共同的现象是什么?其本质是 电能转化成什么形式的能? 它们通电后为什么都会发热? 电流通过任何一种导体时,都会使导体温度 升高,这种现象——叫做电流的热效应。 利用电流的热效应工作的电器——叫做电热器

电热器的主要组成部 分是什么?

发热体——是由电阻率大,熔点高的电阻丝 (合金)绕在耐高温的绝缘材料上 做成的。

各种各样的电热器

各种各样的电热器

使用电热器有何优点?

优点:清洁、无污染、热效率高
便于控制和调节

观察●思考●发现
观察这些电器设备的 元件构造,说明什么? 电流通过导体时电能会

转化成热能——电流的 热效应有什么危害?

讨论:电流的热效应有何利弊?
无污染、热效率高、方便控制和 优点:

调节温度。
①在家庭电路中,由于长期的电流热 效应,导线外的绝缘层会加速老化甚至会烧毁 绝缘层而引发火灾; ②同时,由于电流热效应,会影响家电 的使用性能和寿命。

缺点:

防止措施:加装散热系统(如散热电扇)或为
了更好散热而特别设计的结构

观察●思考●发现
热得 发烫

电炉接入电路 中时,电炉丝和电 线中都有电流流过, 为什么电炉丝热得 发烫,而电线却不 怎么热? 几乎 不发 热

请你提出问题。

电流通过导体时产生的热的多 少跟哪些因素有关?

?电流强弱 (I) ?电阻大小 (R) ?通电时间 (t)

话题一: 要探究电流I 、电阻R、时间t三者对电流产热Q 多少,你想用什么样的科学研究方法

控 制 变 量 法

1、控制电流I 、时间t相同: 研究电阻R变化 对电热Q的影响 2、控制电阻R、时间t相同: 研究电流I变化对电热Q的影响 3、控制电阻R、电流I相同: 研究时间t变化对电热Q的影响

控 制 变 量 法 研 究

⑴控制I、R,研 究Q与t的关系
⑵控制R、t, 研究Q与I的关系 ⑶控制I、t,研 究Q与R的关系

设计实验

电路图1

设计实验

电路图2

电 综合 路 图 4

设计实验

电路图3

话题二: 电流通过导体产热其中所产生的热既 看不见也摸不着如何测量呢? 既看不见也摸不 着的科学量 既看得见也能 测量的科学量

让电流产生的热量被水吸收,通过观察一定 质量的水升温变化来判定产热多少。

长时间才能测出的 定量科学量

短时间也可作出定 性判定的科学量

从测水温变化到观察水的热膨胀 (小导管中的液面高度变化)

水短时间内升温慢,可观察一定体积的 水吸热升温膨胀情况。

煤油

那么是否有比水还要膨胀的快的物质呢? 空气

结论1. 在电流和通电时间相同的条件下,
电阻越大,电流产生的热量越多。

结论2. 在电阻和通

电时间相同的条件下,
电流越大,电流产生的热量越多。

结论3. 在电流和电阻相同的条件下,通电
时间越长,电流产生的热量越多。

1840年,英国的物理学家焦耳通过大量的实验最精确确定了 电流产生的热量跟电流、电阻和通电时间的关系—焦耳定律 四、焦耳定律的内容: 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。这个规律叫做焦耳定律 焦耳定律可用下面的公式表示:

焦耳定律的表达式:

Q = I2 R t

其中:I——通过导体的电流,单位:安(A);

R——导体的电阻,单位:欧(Ω);
t——通电时间,单位:秒(S)

Q——电流通过导体时产生的热量,单位:焦(J)

解决 问题

为什么电炉丝热 得发红,而导线 却几乎不发热?
在其他条件相同的情况 下,电流通过电阻时产生的 热量, 跟电阻大小成正比。 电炉丝的电阻大,产生的热 多,所以热得发烫。

显然,我们希望热量更多的集中在电炉 的发热体上,而不是与电炉相连的导线 上。根据今天所学的焦耳定律Q=I2Rt , 你对发热体和导线的材料有何建议?

发热体:电阻率大,熔点高 导线:电阻率小,熔点高

焦耳定律公式: Q =I 2R t 如果在照明电路中接入 大功率的电炉,导线将 显著发热,有可能烧坏 它的绝缘皮,甚至引起 火灾。为什么?

大功率电炉的R 较小,电路中的I 较大, 由Q=I2Rt 可知电流产生的热量就很多,导线 也就显著发热。

解决 问题
在家庭电路中,若同时接入如图所示的用 电流 电器,会引起干路中的___________过大,根据 焦耳 ____________定律,可知导线中将产生大量的 热 __________,使导线发热,甚至燃烧引起火灾.

有一种新型的炊具叫做电压力锅,它用电加 热,又具有压力锅的优点。如图所示是一只 压力锅的铭牌,问该压力锅正常工作15分钟 能够产生多少热量?

额定电压:220V 额定频率:50Hz

本题还有别的 解:当它处于正常 电压力锅 工作状态时 SUPOR 方法求解吗? CYKB50-2A I=P/U=900W/220V
额定容量:5.0L 额定功率:900W 集团有限公司 制造

Q=I2Rt= (4.09A)2×53.8Ω×15×60S ≈8.1×105J

产地:湖北武汉 地址:武汉新华下路211号 电话:027-85876363

≈4.09A R=U/I=220V/4.09A =53.8Ω

因为该用电器把电能全部转化成了热 能,所以:

Q=W=Pt=900W×15×60S 5J =8.1×10
像这样把电能全部转化成内能的用电器 有时我们称其为纯电阻电路。
纯电阻电路中,电热正好等于电功

如电磁炉、白炽灯等。

电吹风机和电熨斗通电时都会发热,哪种电 器可以认为将电能全部转化成内(热)能? 电吹风机 :电能转化成热能和机械能 电熨斗: 电能全部转化成内能

电流做的功全部用来产生热量,即Q=W时,我们 能否利用电功公式和欧姆定律来推导焦耳定律呢?

∵ Q=W ∵ W=UIt 又根据欧姆定律 U=IR
∴Q=W=UIt=I2Rt

你能推出Q = W 时,Q 的其他计算公式吗?

Q = I2 R t 与 Q = Pt; Q =UIt ; Q =(U 2 /R )t
有什么不同?

Q = I

2

R t 适

用于任何电路 的电热计算。

Q = U It ; Q =(U 2 / R)×t ; Q =Pt 仅适用于电功全部
用来产生电热时的电热计 算。

◆电流的热效应—— 电流通过任何一种导体时, 都会使导体温度升高的现象。 ◆电流热效应的利和弊: 利:加热、烤食品、取暖,白炽灯发光等 弊:影响电器的寿命和引起火灾 ◆电热器 —— 利用电流的热效应工作的电器 主要组成部分—— 发热体的材料—— 电阻率大,熔点高的(合金)。

◆焦耳定律——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。 即: Q =I 2Rt ——适用于任何电路的 电热计算 ◆当如果电能全部转化成内能, W =Q 时:

Q = Pt; Q = UIt; Q = (U 2/R) ×t

仅适用于电功全 部用来产生电热 时的计算。

1.当2安的电流通过一导体时产生的 热量为Q1,若使通过的电流为4安时, 在相同的时间内产生的热量为Q2,那 么Q2是Q1的 ( B )
A. 2倍 C. 0.25倍 B. 4倍 D. 0.5倍

焦耳定律的应用
2.电热器接在220伏的电源上,它的电阻 是55欧,通电10分钟产生多少热量?
已知: U=220V R=55 欧 t=10分=600秒 求:Q 解:?利用欧姆定律算出通过电热器的电流 I=U/R=220伏/55欧=4安 ?再根据焦耳定律算出通电10分钟产生的热量 Q=I2Rt=(4安)2 × 55欧×600秒 = 5.28×105焦

答:电热器10分钟产生的热量5.28×105焦

3.一台电风扇,其线圈电阻约为5欧, 现接入220伏电路中,正常工作时电流 约为4安 , 求: (1)1分钟电风扇产生多少热量? 4800J
48000J

(2)1分钟内有多少电能转化为机械能?


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