焦耳定律“應用-練習”的熱度
焦耳研究了電流通過時產生的影響 根據著名的焦耳法則而成立的指揮家。 當電荷通過導體移動時，電子 相互碰撞產生熱量。
利用焦耳效應，設計了多種家用電器和工業設備，通過該原理將電能轉化為熱能，例如電爐和熨斗。
焦耳定律用於設備設計中，以減少通過熱量產生的能量損失。
初步了解James Joule：
詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（1818-1889）
他是一位英國物理學家，從事熱力學，能量，電和磁學的研究。
他們與威廉·湯姆森一起發現了所謂的焦耳-湯姆遜效應，通過該效應，他們證明了無需做外部功即可通過膨脹來冷卻氣體，這是當前冰箱和空調開發的基本原理。 與開爾文勳爵合作開發了絕對溫標，幫助解釋了氣體的動力學理論。
能源，熱力和工作的國際單位，即焦耳，以他的名字命名。 [1]
焦耳定律
焦耳定律有什麼建議？
當電流流過元件時，部分能量會以熱量的形式耗散。 焦耳定律使我們能夠確定由於流經元件的電流的影響而在元件中消散的熱量。 參見圖 1。
焦耳定律規定，導體中產生的熱量 (Q) 與其電阻 R、通過導體的電流的平方以及時間間隔成正比。 參見圖 2。
焦耳定律的數學表達
當電流流過元件時，元件中散發的熱量由圖 3 中的數學表達式給出。需要知道流經元件的電流值、其電阻和時間間隔。 [2]。
在研究元素的熱損失時，通常以單位“卡路里”而不是焦耳來表示耗散的熱量。 圖 4 顯示了確定卡路里熱量的公式。
變暖如何發生？
當電流流過導體時，電荷在穿過導體時會與導體的原子發生碰撞。 由於這些衝擊，一部分能量轉化為熱量，從而提高了導電材料的溫度。 參見圖 5。
流過的電流越大，溫升越大，散發的熱量也越多。 電流流過導體產生的熱量是電流克服導體電阻所做功的量度。
為了移動電荷，需要電壓源。 隨著更多的熱量消散，電壓源必須提供更多的功率。 通過確定產生多少熱量，可以確定電壓源必須提供多少功率。
焦耳定律的應用
白熾燈泡的焦耳效應
白熾燈泡是通過將高熔點鎢絲放入玻璃燈泡中製成的。 在 500 ℃ 的溫度下，物體會發出微紅的光，如果溫度升高，就會變成白色。 燈泡的燈絲在達到 3.000 ℃ 時會發出白光。 安瓿內部形成高真空，並充入惰性氣體，以免燈絲燃燒。
當電流通過所述燈絲時所發出的熱量（焦耳效應）允許達到發生白熾化所需的溫度，這是材料在高溫下發光的效應。 參見圖 6。
重要的是要選擇合適的燈泡，以達到更好的效果。 能源效率。 在白熾燈泡中，最多僅使用 15% 的能量，其餘電能以熱量的形式耗散。 在 LED 燈泡中，80% 至 90% 轉化為光能，只有 10% 以熱量形式散失而浪費。 LED燈泡是最佳選擇，具有更高的能源效率和更低的耗電量。 見圖7。[3]
1練習
對於100 W，110 V白熾燈泡，確定：
a）流過燈泡的電流強度。
b）每小時消耗的能量。
解決方案：
a）電流：
使用的功率表示為：
我們邀請您觀看以下文章 瓦特定律能量
根據歐姆定律，可得出燈泡的電阻值：
我們邀請您看這篇文章 歐姆定律及其秘密
b）每小時消耗的能量
焦耳定律確定燈泡中散發的熱量
如果1千瓦時= 3.600.000焦耳，則每小時消耗的能量為：
Q = 0,002千瓦時
導致:
i = 0,91 A； Q = 0,002千瓦時
焦耳效應-電能的傳輸和分配
工廠產生的電能通過導電電纜傳輸，以後再用於家庭，企業和行業。 [4]
當電流循環時，熱量通過焦耳效應消散，將部分能量損失到環境中。 電流越大，散發的熱量也越大。 為了避免能量損失，電流以低強度和 380 kV 的高電壓傳輸。 這提高了電能傳輸的效率。 在變電站和變壓器中，電壓等級會降低至 110 V 和 220 V，最終使用 25 或 220 V。 參見圖 8。
在許多設備中，都利用焦耳效應，將電能轉化為熱量，例如電熨斗、熱水器、保險絲、烤麵包機、電爐等。 參見圖 9。
2練習
使用400W電熨斗10分鐘。 知道熨斗已連接到 110 V 電源插座後，確定：
a）流過烙鐵的電流強度。
b）熨斗散發的熱量.
解決方案：
電流
使用的功率表示為：
p = vi
根據歐姆定律，可得出燈泡的電阻值：
熱度
焦耳定律決定了熨斗中散發的熱量。 如果一分鐘包含 60 秒，則 10 分鐘 = 600 秒。
如果1千瓦時= 3.600.000焦耳，則釋放的熱量為：
Q = 0,07千瓦時
結論
焦耳定律規定，電流流過導體時產生的熱量與電流強度的平方、電阻乘以電流以及電流循環所需的時間成正比。 為了向焦耳致敬，國際體系中的能量單位目前稱為“焦耳”。
許多設備使用“焦耳效應”，通過使電流通過導體（例如烤箱，火爐，烤麵包機，盤子等）產生熱量。
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