焦耳定律知识点Word格式.doc
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电能通过电流做功转化为其他形式能。
上一章里学过电场力对电荷的功,若电荷q在电场力作用下从A搬至B,AB两点间电势差为UAB,则电场力做功W=qUAB。
对于一段导体而言,两端电势差为U,把电荷q从一端搬至另一端,电场力的功W=qU,在导体中形成电流,且q=It,(在时间间隔t内搬运的电量为q,则通过导体截面电量为q,I=q/t),所以W=qU=ItU。
这就是电路中电场力做功即电功的表达式。
(3)表达式:
W=IUt(适用于所有电路)
说明:
①表达式的物理意义:
电流在一段电路上的功,跟这段电路两端电压、电路中电流和通电时间成正比。
②适用条件:
I、U不随时间变化——恒定电流。
(4)单位:
电流单位用安培(A),电压单位用伏(V),时间单位用秒(s),则电功的单位是焦耳(J)。
1KW.h=3.6x10^6J
(5)电功率
物理意义:
一段电路上功率,跟这段电路两端电压和电路中电流成正比。
此公式适用于所有点路。
②单位:
功的单位用焦耳(J),时间单位用秒(s),功率单位为瓦特(W)。
1W=1J/s
这里应强调说明:
推导过程中没用到任何特殊电路或用电器的性质,电功和电功率的表达式对任何电压、电流不随时间变化的电路都适用。
所以在这里瞬时功率和平均功率相等。
额定功率:
用电器正常工作时所需电压叫额定电压,在这个电压下消耗的功率称额定功率。
一般说来,用电器电压不能超过额定电压,但电压低于额定电压时,用电器功率不是额定功率,而是实际功率。
实际功率P=IU,U、I分别为用电器两端实际电压和通过用电器的实际电流。
再者,这里W=IUt是电场力做功,是消耗的总电能,也是电能所转化的其他形式能量的总和。
电流在通过导体时,导体要发热,电能转化为内能。
这就是电流的热效应,那么如果想求出转化的内能得多少,学习焦耳定律就可以求出了。
英国物理学家焦耳,经过长期实验研究后提出焦耳定律。
2.焦耳定律
(1)纯电阻和非纯电阻电路
纯电阻电路:
W=Q如白炽灯、电炉
非纯电阻电路:
W=Q+W其他如电动机、电解槽
(2)焦耳定律表达式:
Q=I2Rt(适用于所有电路)
(3)简单介绍产生焦耳热的原因:
金属中自由电子在电场力作用下定向移动,由于电场做功,电子动能增加,但不断地与晶格(原子核点阵)碰撞,不断把能量传给晶格,使晶格中各粒子在平衡位置附近的热运动加剧,从而温度升高。
3.热功率
点位时间内的发热量
(2)表达式:
P=Q/t=I2R(电功Q=I2Rt对所有电路中电阻的生热都适用,所以热功率也适用于所有电路)
4.应用
(1)在纯电阻电路中的应用
注意:
欧姆定律U=IR只适用于纯电阻电路
(2)在非纯电阻电路中的应用
W=Q+W其他
P=P电+P其他
(3)非纯电阻电路中的电功和电功率(以含电动机电路为例)
非纯电阻电路中,电能与其他形式能转化的关系非常关键。
以电动机为例,电动机电路如图所示,电动机两端电压为U,通过电动机电流为I,电动机线圈电阻为R,则电流做功或电动机消耗的总电能为W=IUt,电动机线圈电阻生热Q=I2R0t,电动机还对外做功,把电能转化为机械能,W'
=W—Q=IUt-I2R0t,W'
是电动机输出的机械能。
这是一个非纯电阻电路,可满足U=IR0,且W'
>0,则有U>IR0。
考虑每秒钟内能量转化关系,即功率,只要令上述各式中t=1s即可,可得总功率P总=IU,电热功率P热=I2R0,输出功率P出,三者关系是P总=P热+P出,即P出=IU=I2R。
复习巩固
1.某一用直流电动机提升重物的装置如上图所示,重物质量m=50kg,电源提供恒定电压U=110V,不计各处摩擦,当电动机以v=0.90m/s的恒定速度向上提升重物时,电路中电流I=5A,求电动机线圈电阻R(g=10m/s2)。
(4Ω)
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