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焦耳定律

Joule's law

定义：表达导体中通过的电流与由此而产生的热量之间关系的法则。其数学表达式为Q=I2Rt。式中，Q为电流通过导体时产生的热量；I为导体中通过的电流；R为导体的电阻；t为通电时间。

学科：物理学_热学、统计物理学_热学、热力学

相关名词：焦耳效应 电流 热量

【延伸阅读】

电暖器和电熨斗等在接通电源后会迅速变热，智能手机和电脑如果连续使用时间较长也会逐渐变热。这些热能是流经电器内部的电流所携带的一部分电能转变而来的。

电流通过电阻时可以产生热量，这是英国物理学家詹姆斯·焦耳发现的，因此，这种热量被称为“焦耳热”。

焦耳终生独立地开展研究工作。他将自家的酿酒工坊改造成实验室，在这里开展热力学实验。焦耳通过向泡在水中的导线通电，成功地推导出电流与产生热量的关系，并在1840年发表了论文。

我们可以用镍镉合金线来还原焦耳所做的实验。首先，将镍铬合金线放入水中，镍铬合金是由镍元素和铬元素混合制成的具有高电阻特性（电流不易通过）的合金。然后，在合金线中通上电流，同时用温度计测量水温。一边不断改变电流和电阻的大小，一边反复进行实验测量，就可以推导出电流和电阻的大小与产生的热量之间的关系。

根据焦耳推导出的 “焦耳定律”，电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比。也就是说，电流和电阻的值越大，产生的热量（焦耳热）就越多。

电熨斗特意采用电阻率较大的材料来传导电流，以此产生较多的热量。而智能手机在处理庞大数据时，必然要通过大量电流，使用中就会发热。

为什么电流通过时会产生热量呢？因为物质本身具有的温度来源于原子振动的幅度，温度越高的物质，其原子振动得越剧烈。例如，当电流流经导线时，导线中的大量电子处于移动状态。此时，电子就会与构成导线的原子发生“冲撞”，而这样的“冲撞”又会影响到原子的振动。这意味着电子的前进方向会因此发生改变，原子也会吸收电子的部分能量，而吸收的这部分能量会使原子的振动变得更加剧烈。所以当电流通过电器时，会使电器的温度上升。