焦耳定律
Joule’slaw
电流通过导体时产生热量的规律.1840年,J.P.焦耳由实验得出,电流通过导体时产生的热量Q(称为焦耳热)与电流强度I的平方、导体的电阻R和通电时间t成正比,即
Q=I2Rt式中I、R、t和Q的单位分别是安培、欧姆、秒和焦耳.因1842年H.F.E.楞次独立发现了同样结果,故又称焦耳-楞次定律.
单位时间散发的热量称为热功率,P=Q/t.利用欧姆定律U=IR,可将焦耳定律表为P=IU,式中U是电压.利用电流密度j和热功率密度p(单位体积的热功率),得出焦耳定律的微分形式为
式中E是电场强度;σ是导体的电导率.
电流通过导体时,电场力对电荷作功,电势能转化为热能,导致热量散发,这就是电流热效应的根源.焦耳定律实际上是普遍的能量守恒定律应用于通电导体的结果.
电流热效应有广泛的应用,电炉、白炽灯、电烙铁、电烘箱、用于过电流保护的熔丝(保险丝)等都是利用焦耳热工作的.电流热效应有时也有害,例如输电线路中散发的焦耳热降低了电能的传输效率,甚至会烧坏导线的绝缘层,引起漏电、触电;在发电机、电动机、变压器的绕组中也有同样的问题,需要用水、氢气或油冷却.各种电学仪表、家用电器等都有一定额定电压,一旦外加电压超过此值就有可能发热烧坏.