焦耳定律详解

2.5焦耳定律二、电功率一、电功三、电热四、电功与电热大小对比五、电动机电路的输入功率、热功率、输出功率六、输电线路中的输入功率、输出功率、线路损耗功率它们把电能转化为什么能？这种电器叫纯电阻用电器热能导体通电时的发热现象叫电流的热效应。一、电功电场力（或电流）所做的功叫电功。描述力对电荷位移的累积效果。（1）定义式的变形式：W=qU=UIt（2）单位：焦耳（J）、千瓦时（kwh）。1kwh=3.6×106J自由电子在电场力的作用下在电路中会定向移动，电场力做功，电场力做的功常常说成是电流所做的功，简称电功。不同的用电器在相同电压作用下，电场力做功的快慢程度又不同，为了比较电场力做功的快慢，引入了电功率。

电流通过导体是会发热，把它叫电热。那么，电功、电功率、电热三个物理量之间有何关系呢？

下面在复习学过内容的基础上，进一步来明确这些问题。

P额是个定值，P实是个变值大小关系P额≥P实二、电功率附:几种常见家用电器的额定功率

用电器29吋彩电电熨斗电冰箱微波炉台灯额定电压（V）220220220220220额定功率（W）0～150300～800100～150800～120040～60用电器的电阻和功率的说明①纯电阻用电器接入电路中，若无特别说明，应认为其电阻不变．②用电器的实际功率超过额定功率时，认为它将被烧毁。不考虑其安全系数．③没有注明额定值的用电器(如用于限流的变阻器)接入电路时，认为其工作的物理量均小于其额定值，能安全使用.④电压表和电流表是考虑内阻，要看具体问题，具体分析。有些题要求考虑，有些不要求考虑。电流通过导体产生的热量叫电热。热的产生不只是电。（1）焦耳定律：电流通过导体时产生的热量Q等于电流I的二次方、导体的电阻R和通电时间t三者的乘积．

Q=I2Rt（2）单位：焦耳（J）

三、电热（4）焦耳定律的适用条件：焦耳定律适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路。只要有电阻通电就成立。纯电阻电路：只含有电阻的电路、如电炉、电烙铁等电热器件组成的电路，白炽灯及转子被卡住的电动机也是纯电阻器件。它们把电能转化为热能。非纯电阻电路：电路中有电动机在转动或有电解槽在发生化学反应，或有电池在充电等。电能变为热和其它形式能。产生的热量用焦耳定律计算。

根据能量守恒定律及“功是能量转化的量度”可知：电流的热效应产生了电热，即电能转化为热能，则电流必做功。那么，电功与电热大小之间有何关系呢？（1）在纯电阻电路中，电功等于电热：W=E电减=Q即电能全部转化为内能：UIt=I2Rt→U=IR，也即欧姆定律成立。

此时还有：UIt=I2Rt=（U2/R）tMVU>IR四、电功与电热大小对比因电能只有一部分转化为内能，另一部分转化为机械能能等其它形式的能量。UIt=I2Rt+E其它＞I2Rt，可见，U＞IR，即欧姆定律对这段非纯电阻电路不成立。U=IR（2）在非纯电阻电路中，电功大于电热：W=E电减＞Q注意：1、公式W=UIt和P=UI是电功和电功率的一般表达式，表示电流通过用电器做的总电功和总电功率。适用于任何用电路。W=I2Rt=U2t/R和P=I2R=U2/R，则是前面两公式与欧姆定律结合而导出的，它们实际上只适用于纯电阻电路。2、电流通过用电器做功的过程实际上是电能转化为其它形式的能的过程。

电流通过一段电路做了多少功，电能就减少多少，其它形式能就增加多少。例1关于电功W和电热Q的说法正确的是(

)A．在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，且W＝QB．在任何电路中都有W＝UIt、Q＝I2Rt，但W不一定等于QC．W＝UIt、Q＝I2Rt均只有在纯电阻电路中才成立D．W＝UIt在任何电路中成立，Q＝I2Rt只在纯电阻电路中成立解析：

W＝UIt、Q＝I2Rt适用于一切电路，但在纯电阻电路中W＝Q，在非纯电阻电路中W＞Q，B对，A、C、D错．答案：

B电动机中的能量转化：通电时，电阻r把电能转化为热能，无阻线圈D把电能转化为机械能。能量守恒关系为E电=E机+Q

，即UIt=P机t+I2Rt(2)电动机的输入功率：又叫电动机的总功率，由电动机线圈中的电流I和电机两端的电压U决定计算方法：P总＝UI（1）电动机是一种非纯电阻用电器电动机通电时，常把电动机内的有阻线圈等效于：线圈的电阻r和无电阻线圈D（理想线圈）串联而成。如图所示。五、电动机电路的输入功率、热功率、输出功率D(3)电动机的热功率：电动机线圈的电阻r发热热功率P热＝I2r(4)电动机的输出功率：电动机做有用功的功率，是机械功率。如图所示，P出=P机=FV匀速时F=mg，P出=P机=mg·v(5)三个功率的关系输入功率P=

IU热功率P热=I2r

输出功率P出=P机=mg·v

P＝P出+P热IU=mg·v+I2r思考:电动机的效率是？

输入功率：输电线路两端的电压U与输入电流I之积。即P=IU输出功率：即用户获得的电功率，等于用户两端的电压U用与输出

电流I之积，即P用=IU用三个功率关系：P=P用+P损耗即UI=

U用

I+I2R线

其中P出=P用输电线路的等效电路图I

思考：输电效率η=

?

线路损耗的功率：P损=I2R线六、输电线路中的输入功率、输出功率、线路损耗功率

小结：１．电功

３．电功率

４．热功率

２．焦耳热

利用专用公式解题还会错吗？BC解析：

首先要明确，欧姆定律U＝IR只适用于纯电阻电路，因此三个公式在纯电阻电路中没有区别，但在非纯电阻电路中它们互不相同．

其次，P＝UI表示电功率，而P＝I2R表示热功率．因此，在纯电阻电路中，UI＝I2R，消耗的电能全部转化为热能；而在非纯电阻电路中，UI＞I2R，即消耗的电能只有部分转化为热能．答案：

BC例2.“220V,66W”的电风扇，线圈的电阻为20Ω，(1)接上220V电压后，电风扇消耗功率转化为机械能的功率和发热功率．(2)如果接上电源后，扇叶被卡住，不能转动，求电动机消耗的功率和发热功率．

典型例题解析：(1)电风扇工作时，其电路不是纯电阻电路，它从电源获取的电功率一部分转化为线圈的发热功率，另一部分转化为扇叶转动时的机械功率．它们三者之间的关系为：

P电＝P热＋P机．其中P电＝UI，P热＝I2R.电风扇接在220V电压下正常工作，电流大小为I额＝P额/U额＝(66/220)A＝0.3A.发热功率为P热＝I2R＝0.32×20W＝1.8W.转化为机械能的功率为P机＝P电－P热＝66W－1.8W＝64.2W.(2)电扇的扇叶被卡住不能转动，电机相当于纯电阻，电能全部转化为内能，通过电扇的电流为I′＝U/R＝(220/20)A＝11A.电机消耗的功率P′等于发热功率P热′，P′＝P热′＝I′U＝11×220W＝2420W,远大于66W.这时电机将被烧坏．答案：

64.2W

1.8W

2420W

2420W例3.在研究微型电动机的性能时，可采用如下图所示的实验电路．当调节滑动变阻器R，使电动机停止转动时，电流表和电压表的示数分别为0.5A和1.0V；重新调节R，使电动机恢复正常运转时，电流表和电压表的示数分别为2.0A和15.0V．求：(1)这台电动机正常运转时的输出功率和电动机的线圈电阻．(2)电动机正常工作状态时匀速提升一个2kg的物体，该物体竖直上升的速度多大？(g＝10m/s2)答案：

(1)22.0W

2Ω

(2)1.1m/s例4如下图所示，电路中的电阻R＝10Ω，电动机的线圈电阻r＝1Ω，加在电路两端的电压U＝100V．已知电流表读数为30A，则通过电动机线圈的电流为多少？电动机输出功率为多少？答案：

20A

1600W

例5如图所示，A为电解槽，M为电动机，N为电炉子，恒定电压U＝12V，电解槽内阻rA＝2Ω，当K1闭合，K2、K3断开时，A示数6A；当K2闭合，K1、K3断开时，A示数5A，且电动机输出功率为35W；当K3闭合，K1、K2断开时，A示数为4A.求：(1)电炉子的电阻及发热功率各多大？(2)电动机的内阻是多少？(3)在电解槽工作时，电能转化为化学能的功率为多少？答案：⑴R=2Ω；PR=72W⑵rM=1Ω⑶P化=16W