知识讲解电功和电热焦耳定律电阻定律基础
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电功和电热、焦耳定律、电阻编稿:张金虎审稿:李勇康
【学习目标】
1.理解电功、电功率以及焦耳热的计算公式,能够熟练地运用其进行计算;明确不同
的电路中能的转化情况,能够区分电功和焦耳热的不同、电功率和热功率的不同。
2.在非纯电阻电路中能的转化,电功和电热的区别以及一些功率的意义(如电源的总功率,发热功率,额定功率,实际功率等)。
3.明确导体电阻的决定因素,能够从实验和理论的两个方面理解电阻定律,能够
熟练地运用电阻定律进行计算。
【要点梳理】
要点一、电功
1.电功的计算及单位
(1)定义:电流在一段电路中所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I、通电时间t三者的乘积。
(2)公式:WqUUIt??.
(3)单位:在国际单位制中功的单位是焦耳,符为J,常用的单位还有:千瓦时(kWh?),也称“度”,61kWh3.610J???.
2.电功计算公式所适用的电路
(1)电功WUIt?适用于任何电路。
(2)在纯电阻电路中,由于UIR?,所以22UWUItIRttR???. 3.电
功实质及意义
如图一段电路两端的电压为U,通过的电流为I,在时间t内通过这段电路任一横截面的电荷量qIt?,则电场力做功WqU?即:
WUIt?.
(1)实质:电流通过一段电路所做的功,实质是电场力在这段电路中所做的功。(2)意义:电流做功的过程是电能转化为其它形式的能的过程,电流做了多少功,
表明就有多少电能转化为其它形式的能,即电功是电能转化为其它形式的能的量度。
要点二、电功率
1.电功率定义、公式及单位
(1)定义:单位时间内电流所做的功,等于这段电路两端的电压U与通过这段导体的电流I的乘积。
(2)公式:WPUIt??. (3)单位是瓦特,符为W(国际单位制),常用的还有千瓦(kW),1kW=100W.
2.电功率计算公式所适用的电路
(1)电功率PUI?适用于任何电路。
(2)在纯电阻电路中,22UPIRR??.
3.电功率的意义
(1)意义:电功率表示电流做功的快慢。
(2)用电器的额定功率和实际功率
○1额定功率:用电器长期正常工作时的最大功率,也就是用电器加上额定电压(或通以额定电流)时消耗的电功率。
○2实际功率:用电器的实际工作时消耗的电功率。
要点诠释:为了使用电器不被烧毁,要求实际功率不能大于其额定功率。
要点三、焦耳定律
1.焦耳定律:
(1)1841年,英国物理学家焦耳发现载流导体中产生的热量Q(称为焦耳热)与电流I 的平方、导体的电阻R、通电时间t成正比,这个规律叫焦耳定律。
2QIRt?.
焦耳定律是一个实验定律。它的适用范围很广,纯电阻电路、非纯电阻电路在计算电热时都用到它。
(2)热功率:单位时间内导体的发热功率叫做热功率.热功率等于通电导体中电流I的二次方与导体电阻R的乘积.
2QPIRt??. (3)电功率与热功率
对纯电阻电路,电功率等于热功率
即:
2UIIR?.
此时,可得UIR?,所以纯电阻电路也可以说是欧姆定律成立的电路
对非纯电阻电路,电功率等于热功率与转化为除热能外其他形式的功率之和.
即:
2UIIR?.
此时,可得UIR?,所以,对非纯电阻电路欧姆定律不成立.
2.电热
(1)电热:由于导体的电阻,使电流通过导体时消耗的电能中转化为内能的那一部
分能量叫电热。
(2)内容:电流通过导体时产生的热量等于电流的平方、导体的电阻和通电时间的
乘积。
(3)公式:2QIRt?. (4)适用对象
凡是要计算电热,都应首选2QIRt?,可求任何电路中电流I通过电阻R时所产生的
热量。
3.热功率的意义及计算
(1)热功率:单位时间内发热的功率叫作热功率。热功率即电能转化为内能的功率,即2QPIRt??. (2)热功率计算
当电路不是纯电阻电路时,电功用WUIt?来计算,电热Q只能用2QIRt?进行计算,电功率用PUI?计算,热功率只能用2PIR?热计算。
要点四、电动机工作过程的能量转化
1.电流做功的过程,是电能转化为其他形式能量的过程.
电动机把电能转化为机械能;电解槽把电能转化为化学能;电热器把电能转化为热能.在真空中,电场力对电荷做正功时,减少的电势能转化为电荷的动能;在金属导体中,在电场力作用下做加速运动的自由电子频繁地与离子碰撞,把定向移动的动能传给离子,使离子热运动加剧,将电能完全转化为内
能.
2.电动机的总功率(输入功率):总=PUI总.
3. 电动机的热功率2PIr?热.
4. 电动机的输出功率(机械功率):2=PUIIr?出.
5. 电动机的效率:
2100%=100%(1)100%PUIIrIrPUIU????????出总.
要点诠释:注意区分电动机的几种功率,从能量守恒角度去分析和考虑电动机问题。
要点五、电路中热功率的计算及注意事项
1.注意区别“负载”与电阻
“负载”或“负荷”是对用电器功率特征的一种习惯称谓,通常说“负载”或“负荷”大,是指用电器的功率大,并不是用电器的“电阻大”,一般情况下,“负载”大的用电器电阻反而小,如“220V60W”与“220V100W”的两个灯泡,后者的功率大但电阻较小。
2.注意区别纯电阻电路与一般电路
○1电路消耗的电能全部转化为电热(内能)的电路称为纯电阻电路,对纯电阻电路有:
○2电路消耗的电能并不完全转化为内能,还有一22UPPUIIRR????电热.
部分转化为其它形式的能(如机械能、化学能等),这种电路叫非纯电阻电路,如电动机、电解槽的电路等。对非纯电阻的电路有:2PUIIR?>电,此时UIR<或UIR >,决不能乱套用公式。
要点诠释:对非纯电阻电路计算电功率只能用PUI?电,计算热功率只能用2PIR?热. 要点六、电阻定义及意义
1.导体电阻的定义及单位
导体对电流的阻碍作用叫做导体的电阻,导体的电阻与导体本身性质有关,与电压、电流均无关。