实验 12．2

〔目的〕研究电路上放出热量的多少跟哪些因素有关。

〔器材〕电热丝（附有三个接线柱的框架），量热器，煤油，电池组， 电流表，温度计，变阻器，电键，导线。

〔步骤〕图 12-7

1. 按图 12-7(a)连接电路（将接线柱 1、2 连入电路，这时连入电路的只有半根电热丝），读出温度计的示数。闭合电键，读出电流表的读数， 在通电 1min 和 2min 时各读一次温度计的示数，算出温度变化△t 的大小。

根据热量公式 Q＝cmΔt 可知，由于煤油的比热 c，煤油质量 m 一定，

所以热量Q与温度差Δt成正比，即 Qx

Qy

= △tx 。设1min内电热丝放出的

△ty

热量为 Q1，2min 内电热丝放出的热量为 Q2。

1. 调节变阻器的电阻，使电路上电流 I 增大为原来的 2 倍，通电1min，观察温度变化△t 的大小。

设电流为 2I 时，在 1min 内电热丝放出的热量为 Q3。

1. 把电热丝的接线柱 1、3 接入电路，使电热丝的电阻为原来的 2 倍， 调节变阻器的电阻使电流仍为 I。通电 1min，观察温度变化Δt 的大小。

设电流为 I、电阻为 2R 时，在 1min 内电热丝放出的热量为 Q4。

〔记录〕

〔结果〕

实验表明，在电流做功的过程中：

当电流和电阻一定时，电路上放出的热量与通电时间 ； 当电阻和通电时间一定时，电路上放出的热量与电流 ； 当电流和通电时间一定时，电路上放出的热量与电阻 。

英国物理学家焦耳（1818～1889）经过多次实验，研究了这个问题后指出：电流通过导体产生的热量，与电流的平方、导体的电阻和通电的时间成正比。这就是焦耳定律。用公式可以表示为

Q＝I2Rt。

上述公式又可称为电热公式。它与前面提出的电功公式 W＝IUt 存在什么关系呢？

在纯电阻电路中（电路中只含有电阻），电流做功所消耗的电能全部转化为内能，这时电功等于电热，即

W＝Q＝IUt＝I2Rt。

在非纯电阻电路中（电路中还包含有电动机、电解池等），则电流做功所消耗的电能除有一部分转化为内能外，还要转化为机械能、化学能等。这时电功就大于电热，即

W＞Q，IUt＞I2Rt。

***［例题 12．4］**一台电动机的额定电压为 220V，电阻为 0.5Ω，电动机在正常工作时通过的电流为 32A，电动机在运转 20min 的过程中，问： (1)消耗了多少电能？(2)有多少电能转化为内能？(3)有多少电能转化为 机械能？

解 由于 I＝32A，U＝220V，R＝0.5Ω，t＝20min＝1200s。根据电功公式 W＝IUt，可以算出电动机所消耗的电能

W＝IUt

＝32×220×1200J

≈8.4×106J。

根据电热公式 Q＝I2Rt，可以算出电动机所放出的热量Q＝I2Rt

＝(32)2×0.5×1200J

≈6.1×105J，

这部分就是转化为内能的电能，因此可以算出转化为机械能的电能E＝W－Q

＝(8.4×106－6.1×105)J

≈7.8×106J。

家用电器中的电热器如电饭堡、电热毯、电熨斗、电炉等组成的电路都属于纯电阻电路，在本章和下一章里，我们只研究纯电阻电路。