解讀電熱

作者簡介高虹燕，鄭州八中物理教師.曾獲得鄭州市五一勞動獎章，并獲鄭州市“技術狀元”稱號.2006年獲河南省優質課大賽一等獎，2007年獲全國物理教學改革創新大賽一等獎.在全國初中物理競賽中，輔導的學生多人次獲全國一#65380;二等獎和省獎，多次被評為“全國優秀指導教師”和“河南省優秀輔導教師”.編寫有十余本教輔書籍，并在報刊上發表有多篇學習指導文章.

在我們的生活中，很多用電器都與熱有關，比如電飯鍋#65380;電熨斗#65380;電熱毯#65380;電爐等，它們是如何工作的?產生的熱量與哪些因素有關?使用時應注意什么呢?讓我們一起走進電與熱組成的奇妙世界吧!

一#65380;電流的熱效應

電流通過導體做功時，把電能轉化為其他形式的能.如果電路中有用電器，則電流通過用電器時電能轉化為熱能，使用電器發熱，溫度升高，這就是電流的熱效應.電流的熱效應是電流的普遍現象，上述用電器都是利用電流的熱效應來工作的.

例1隨著科技的不斷進步，出現了利用纖維材料制成的#65380;接上電池就可以發熱的“發熱紙”.通電后，用這種紙包裝的食品便可香熱可口.這種“發熱紙”在工作時將_______能轉化為_______能.

分析由于這種材料接上電池就可以發熱，說明它工作時消耗了電能，得到了熱能，是利用電流的熱效應來工作的.

答案:電熱

二#65380;焦耳定律

1. 內容:電流通過導體時產生的熱量跟電流的平方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電時間成正比.

2. 數學表達式:Q=I2Rt.焦耳定律是對電流熱效應規律的定量描述.

注意:(1)Q=I2Rt既可用于電能全部轉化成內能的純電阻電路，也可用于有電動機等的非純電阻電路.(2)在電流相同時，電能轉化成熱能時的功率跟導體的電阻成正比，表達式為P熱 =I2R.

例2愛動腦筋的小明在探究焦耳定律時，設計了如圖1所示的實驗，只連接一次電路就完成了實驗探究. 他的方法是:用電阻絲(其中R甲 ≠R乙 )給燒瓶中的煤油(煤油質量相同)加熱，然后觀察煤油在插入密封燒瓶里的玻璃管中上升的高度，就可以對比電阻絲放熱的多少.請你仔細觀察小明設計的實驗電路，并應用所學知識分析回答下列問題:

(1)探究電熱的多少與電流的關系，應該對比_______兩個燒瓶中煤油柱上升的高度，這兩個燒瓶中電阻絲的阻值應該_______.

(2)探究電熱的多少與電阻的關系，應該對比_______兩個燒瓶中煤油柱上升的高度.

分析探究電熱的多少與電流的關系，應控制兩個燒瓶中的電阻絲阻值相同，而改變它們的電流.圖中甲#65380;乙兩個電阻絲串聯，電流相等，不符合條件.而丙燒瓶所在的電路與甲#65380;乙兩燒瓶串聯后的電路并聯，故通過甲#65380;丙(或乙#65380;丙)兩個燒瓶的電流不相等，符合條件.所以應該對比甲#65380;丙(或乙#65380;丙)兩個燒瓶中煤油柱上升的高度，而這兩個燒瓶中電阻絲的阻值應該相同，即當甲#65380;丙兩個燒瓶中電阻絲的阻值相同時，就比較甲#65380;丙兩燒瓶中煤油柱上升的高度;若乙#65380;丙兩燒瓶中的電阻絲阻值相同，就比較乙#65380;丙兩燒瓶中煤油柱上升的高度.在探究電熱的多少與電阻的關系時，應控制通過兩個燒瓶中電阻絲的電流相同，而阻值不同，故應該對比甲#65380;乙兩個燒瓶中煤油柱上升的高度.

答案:(1)甲#65380;丙(或乙#65380;丙)相等(2)甲#65380;乙

三#65380;電熱和電功的關系

電流做功W=UIt跟電流產生的熱量Q=I2Rt的關系，簡單地說是整體與局部#65380;全體與部分的關系.

1. 在電路中接入的如果是電爐#65380;白熾燈#65380;電烙鐵等“純電阻性”用電器，當電流通過時，消耗的電能全部轉化為內能，此時電功和電熱的計算相同，即W=Q，導出公式為Q= t=UIt=Pt.

2. 在電路中接入電動機#65380;充電的蓄電池等，當有電流通過時，消耗的電能中大部分轉化為機械能#65380;化學能，只有一部分電能消耗在導線上，克服電阻做功轉化為內能，故此時電熱Q只是電功W中的一部分，即W>Q.

例3小強同學設計了一種電熱水壺，電路如下頁圖2所示，S是溫控開關，R1為發熱體.當開關S接到a時，電熱水壺處于加熱狀態，此時發熱體的電功率為1 000 W;當水燒開時，開關S自動切換到b，電熱水壺處于保溫狀態，此時發熱體的電功率為88 W.

(1)請你算出R1#65380;R2的電阻值(不計溫度對電阻值的影響).

(2)為充分利用好電能，在不改變電路連接方法的前提下，請你對小強的設計提出合理的改進辦法.

分析(1)當開關S接到a時，電路中只連入R1，此時電熱水壺處于加熱狀態，發熱體的電功率為1 000 W，可得R1= = =48.4 Ω.當開關S自動切換到b時，電路中連入R1和R2，R1與R2串聯，電熱水壺處于保溫狀態，此時發熱體的電功率為88 W，可得R總 = = =550 Ω，則R2=R總 -R1=501.6 Ω.

(2)小強設計的電路中干路上沒有開關，將導致R1一直工作，這不符合節約用電的原則.應在干路上加一個總開關.

答案:(1)R1=48.4 Ω，R2=501.6 Ω.(2)如圖3所示.

四#65380;電熱器

1. 電熱的利用.

(1)電熱器的主要組成部分是發熱體，發熱體是由電阻率大#65380;熔點高的合金絲繞在絕緣材料上做成的.

(2)電熱器的優點:①清潔衛生，沒有環境污染;②熱效率高;③可以方便地控制和調節溫度.

2. 電熱的防止.安裝風扇和散熱窗等，是為了加快散熱.

例4下列情況屬于防止電熱危害的是().

A. 電視機背后有散熱窗

B. 家電長時間停用，隔一段時間應通電一次

C. 家庭電路一般安裝自動保護裝置，當電流過大時，自動切斷電流

D.大型爆破工程，用電熱裝置引爆炸藥

分析選項A中，電視機長時間使用后會發熱，容易使線路老化而損害電視機，所以背后都有散熱窗，它的作用是加快散發熱量，屬于防止電熱造成的危害.選項B中，家電長時間停用后，會有潮氣，易造成短路，所以隔一段時間應通電一次，可以利用電流的熱效應使內部的水分蒸發.選項C和D都屬于利用電流的熱效應來工作的.綜上所述，應選擇A.

1. 市場銷售的電熱水壺有兩種形式，一種如圖4a所示，電熱元件在壺底下面的底座內;另一種如圖4b所示，電熱元件在壺底之上，浸沒在水中.如果兩種水壺的耗電功率相同，壺內水量也相同，那么().

A. a壺的電熱元件在壺底下面，有利于水的對流，a壺中的水先沸騰

B. a壺的電熱元件安放在底座內，熱量損失較小

C. b壺中的電熱元件被水包圍，熱量損失小，b壺中的水溫上升較快

D. b壺的電熱元件體積較小，熱能的利用率較低

2. 某電熱水器的工作原理如圖5所示(已知兩電阻絲的阻值相等，電源電壓保持不變)，它有加熱和保溫兩個工作狀態.當開關S1接b，S2斷開時，它是處于_______狀態，此時電路功率為P1;當開關S1接a，S2閉合時，它是處于_______狀態，此時電路功率為P2. 綜上，則P1∶P2=_______.

參考答案:1. C 2. 保溫加熱 1∶4

注:“本文中所涉及到的圖表#65380;注解#65380;公式等內容請以PDF格式閱讀原文#65377;”