第一章六電流的熱效應(yīng)

5/55/5第一章六、電流的熱效應(yīng)電阻與電流的熱效應(yīng)白熾燈泡通電以后，一會兒就熱得燙手，電飯鍋通電以后能把生米煮成熟飯。電流通過導(dǎo)體時能使導(dǎo)體的溫度升高，電能變成內(nèi)能，這就是電流的熱效應(yīng)。導(dǎo)體通電時發(fā)熱的多少與哪些因素有關(guān)？有什么關(guān)系？最容易想到的是，發(fā)熱的多少與通電的時間有關(guān)，通電時間越長，發(fā)熱越多。我們還很容易想到，發(fā)熱的多少與電流的大小有關(guān)，在其他條件一定時，電流越大，發(fā)熱越多。難以猜想的是另外一個問題：發(fā)熱的多少與電阻有什么關(guān)系？在其他條件一定時，電阻越大，發(fā)熱越多嗎？電阻是阻礙電流的因素，怎么會是“電阻越大，發(fā)熱越多”呢？難道是“電阻越小，發(fā)熱越多”嗎？導(dǎo)線的電阻都很小，電爐絲的電阻比較大，通電時電爐絲熱得發(fā)紅，而導(dǎo)線的溫度并不會明顯上升。這些疑問要通過實驗解決。演示研究導(dǎo)體通電時發(fā)熱的規(guī)律實驗裝置和電路圖如圖1.6-1所示，實驗步驟如下。1．阻值不同的電阻絲A、B分別浸在質(zhì)量相等的煤油里，兩者串聯(lián)起來，通過變阻器和開關(guān)接到電源上。2．測量兩燒瓶煤油的初始溫度并做記錄。3．閉合開關(guān)，過幾分鐘后再測煤油的溫度并做記錄。同時記下這次通電的時間。比較兩燒瓶煤油的溫度，可知哪個電阻發(fā)熱較多。由于兩個電阻串聯(lián)，它們的電流相等；也是由于它們串聯(lián)，通電時間也相等。所以這樣比較可以得知在電流相等、通電時間相等的條件下，發(fā)熱量與電阻大小的關(guān)系。4．調(diào)整變阻器，增大電流，并使通電時間與上次實驗相同。對比某燒瓶煤油這次上升的溫度與上次實驗上升的溫度，可知在通電時間相等、電阻相等的條件下，發(fā)熱量與電流大小的關(guān)系。圖圖1.6-1 比較電流熱效應(yīng)的裝置圖和電路圖英國物理學(xué)家焦耳（Prescott1818-1889）通過一系列實驗發(fā)現(xiàn)，電流發(fā)熱具有下述規(guī)律：電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，跟電流的二次方、導(dǎo)體的電阻、通電時間成正比。這個規(guī)律叫做。如果用Q表示熱量，用I表示電流、R表示導(dǎo)體的電阻，t表示通電的時間，焦耳定律可以用下式表示Q＝I2Rt在這個公式里，I、R、t的單位分別用安培、秒，熱量Q的單位用焦耳。由焦耳定律知道，只要有電阻存在，電路中就會產(chǎn)生熱。由于電隉的大小不同、電路中電流的大小不同，電路中產(chǎn)生的熱量也就不一樣。根據(jù)電流的熱效應(yīng)，人們制成各種電熱器，如電熱水器、電熨斗、電熱毯等。過去安裝在電路上的保險絲，也是根據(jù)電流的熱效應(yīng)設(shè)計的，它在電流過大時會因發(fā)熱而熔斷，起到保護(hù)電路的作用。圖圖1.6-2 各種電熱器我們知道，電熱器使用的時間越長，產(chǎn)生的熱越多，消耗的電能也越多。在物理學(xué)中，把電熱器在單位時間消耗的電能叫做熱功率。如果一個電暖器在時間t內(nèi)產(chǎn)生的熱量為Q，那么，它的熱功率P==I2R各種電熱器上都有銘牌，上面標(biāo)明的額定功率就是它的熱功率。在國際單位制中，熱功率的單位是瓦特，簡稱瓦，符號是W。電動機(jī)、電燈泡的銘牌上都標(biāo)有它們的額定功率。當(dāng)電流通過電動機(jī)時，電能主要轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，只有一部分轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這時電功率大于熱功率。而當(dāng)電流通過白熾燈泡時，電能幾乎全部轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，這時電功率等于熱功率。白熾燈利用電流的熱效應(yīng)，使通電的金屬絲溫度升高，達(dá)到白熱，從而發(fā)光。這就是白熾燈泡的發(fā)光原理。為了避免高溫下金屬絲迅速氧化折斷，燈泡要抽成真空或充入惰性氣體。白熾燈的發(fā)光效率比較低，浪費能源，逐漸被各種靠氣體通電發(fā)光的燈管所代替。盡管如此，白熾燈依然具有巨大的生命力，并陸續(xù)出現(xiàn)了如鹵鎢燈等許多新型白熾燈?，F(xiàn)在，我們的生活中有各種各樣的電燈。以美國發(fā)明家愛迪生和英國化學(xué)家斯旺為代表的一批發(fā)明家，發(fā)明和改進(jìn)了電燈，改變了人類日出而作、日沒而息的生活習(xí)慣。電燈不僅延長了人們的工作時間，而且使舞臺光輝奪目、城市夜景燦爛炫目。愛迪生（愛迪生（ThomasAlvaEdison，1847-1931），美國發(fā)明家。思考與討論節(jié)約用電的途徑閱讀以下文章。新華網(wǎng)江蘇頻道南京1月13日電2004年，南京市缺電的狀況將有可能由去年的季節(jié)性缺電轉(zhuǎn)變?yōu)槿晷匀彪姡渲邢募救齻€月份將是用電高峰。電力專家指出，普通市民也應(yīng)掌握科學(xué)的用電方式，緩解目前電力緊張的壓力。家電不要待機(jī)現(xiàn)在的家用電器大多有待機(jī)功能，每一臺電器設(shè)備在待機(jī)狀態(tài)下耗電3～10瓦不等。電視、音響、電腦以及其他多種家用電器，在電源開關(guān)未關(guān)閉的情況下，它們的紅外線接收電路、控制電路處于工作狀態(tài)，仍在耗電。因此，市民盡量不要使家電處于長時間待機(jī)狀態(tài)，家電不用時要徹底斷開電源。換用節(jié)能燈現(xiàn)在家庭都安裝了漂亮的吊燈，有的吊燈要安十幾個白熾燈泡。如果把白熾燈改成暖色調(diào)的節(jié)能燈，在同樣的亮度下用電量可以減少很多?！橐徊榧抑械母鞣N電器，你發(fā)現(xiàn)家里的哪些方面存在浪費電的現(xiàn)象？你家有哪些可行的節(jié)約用電的途徑？科學(xué)足跡發(fā)明大王愛迪生愛迪生1847年2月11日出生于美初中西部的俄亥俄州，7歲時因患猩紅熱而耳聾。他僅讀了三個月的書就被老師斥為“低能兒”而攆出校門。母親是他的“家庭教師”。12歲的時候，愛迪蘭獲得了在列車上賣報的工作。這期問，他用一架舊印刷機(jī)印刷《先驅(qū)報》，并用掙的錢在行李車上建立了一個化學(xué)實驗室，1862年8月，愛迪生在火車軌道上救出了一個男孩，孩子的父親為了表達(dá)感激之情，教他電報技術(shù)。從此，愛迪生便與神秘的電世界結(jié)下了不解之緣，踏上了發(fā)明之旅。1863年起愛迪生擔(dān)任電信報務(wù)員，1868年，以報務(wù)員的身份獲得了第一項發(fā)明專利。1869年6月初，愛迪生以修電報機(jī)的技術(shù)謀得了一個比較滿意的工作。之后，他發(fā)明了“愛迫生印刷機(jī)”。他用賣印刷機(jī)的錢建了一座工廠，專門制造各種電氣機(jī)械，他通宵達(dá)旦地工作培養(yǎng)出許多能干的助手，同時做出了諸如蠟紙、油印機(jī)等發(fā)明。1876年春天、愛迫生在新澤西州的“門羅公園”建造了第一所“發(fā)明工廠”，它標(biāo)志著集體研究的開端。1877年，他改進(jìn)了早期的貝爾，并使之進(jìn)入實際應(yīng)用。他還發(fā)明了留聲機(jī)。到這個時候，人們都稱他為“門羅公園的魔術(shù)師”。在經(jīng)歷了無數(shù)次失敗后，愛迪生對電燈的研究取得了突破。1879年10月22日，愛迪生點燃了第一盞有實用價值的電燈。為了延長燈絲的壽命，他試用了6000多種燈絲材料，才找到合適的發(fā)光體——炭化后的日本竹絲。這種導(dǎo)體可持續(xù)工作45小對，達(dá)到了實用的水平。愛迪生使用一條膠片拍自下一系列照片，將它們連續(xù)地、迅速地映到幕布上，產(chǎn)生出運動的感覺，這就是他于1889年在實驗室里試驗成功的電影。1891年他申請了這項專利。1903年，他的公司攝制了第一部故事片《列車搶劫》。1887年愛迪生開始創(chuàng)建通用電氣公司。由于缺乏系統(tǒng)的科學(xué)知識，愛迪生也曾對現(xiàn)代技術(shù)妁發(fā)展做出過不正確的判斷。19世紀(jì)末，交流輸電系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)，但他仍堅持直流輸電（盡管現(xiàn)在直流輸電在某些方面顯示了優(yōu)越性，但在當(dāng)時的條件下是一種落后的技術(shù)），并在與G．威斯汀豪斯的激烈競爭中喪失了承建尼亞加拉水電站的合同。他的實驗室盲目試制磁力選礦設(shè)備，耗盡了發(fā)明電燈所得的資金，最后不得不放棄。盡管如此，愛迪生由于在電力開發(fā)、電器制造和推廣電能應(yīng)用等方面做出了悉出的貢獻(xiàn)，仍然是偉大的發(fā)明家之一。愛迪生的貢獻(xiàn)巨大，“秘訣”是什么？是因為他有一顆好奇心，一種事事親自試驗的探索熱忱，以及超乎常人的精力和頑強(qiáng)精神。當(dāng)有人稱贊愛迪生是個“天才”時，他卻謙虛地說“天才就是2%的靈感加上98%的汗水。”除此之外，他能把科學(xué)家、工程師、工人組織起來，靠集體的力量來進(jìn)行技術(shù)“攻關(guān)”，這也是取得成就的重要原因。他于1931年10月18日病逝，享年84歲。終其一生，愛迪生和他的實驗室共獲一千多項發(fā)明專利。今天，當(dāng)我們在燈下讀書、觀看電影、欣賞錄音時，會不會想到這位對人類做出偉大貢獻(xiàn)的發(fā)明家呢？20002000年剛果共和國發(fā)行的紀(jì)念愛迪生的郵票問題和練習(xí)1．你家有哪些電熱器（如電熱水器、電熨斗、暖風(fēng)機(jī)……）？它們使用多高的電壓？功率各是多少？2．到百貨商場向售貨員了解，除了電阻絲外，家用電熱器件還用到了什么新型電熱元件？設(shè)法了解這些新型電熱元件的工作原理。3．調(diào)查你家里有哪些家用電器