焦耳定律——知识点

1.电功和电功率

（1）定义：电路中电场力对定向移动的电荷所做的功，简称电功，通常也说成是电流的功。

（2）实质：能量的转化与守恒定律在电路中的体现。

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=3.6x10^6 J

（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

（1）定义：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）