电流会在导体中传播,除了超导体以外,任何导体或多或少都有电阻,那么就根据能量守恒来说,初始的电能是不变的,可是通过导体后,电流小了,也就是电能少了,然后我们可以发现导体发热了,所以电能就变成了热能(内能),也就是电流的热效应。
什么是电流的热效应
当电流通过电阻时,电流做功而消耗电能,产生了热量,这种现象叫做电流的热效应。实践证明,电流通过导体所产生的热量和电流的平方、导体本身的电阻值以及电流通过的时间成正比。这是英国科学家焦耳和俄国科学家楞次得出的结论,被人们称作焦耳一楞次定律。用公式表达为:Q=I2Rt
式中I—通过导体的电流,单位为安培;
R—导体的电阻,单位是欧姆;
t—电流通过导体的时间,单位是秒;
Q—电流在电阻上产生的热量,单位是焦。
利用电流的热效应可以为人类的生产和生活服务,如白炽灯,由于通电后钨丝温度升高达到白热的程度,于是一部分热能又转化为光能而发出光亮。但电流热效应也有一些不利影响,如电流通过导线时会产生热量,不仅损失了电能,过大的热量还可能损坏导线的绝缘,导致线路短路,甚至引发火灾。
为了避免导线过热,有关部门对各种不同截面的导线规定了最大允许电流(即安全电流)。导线截面越大允许通过的电流也就越大。
电流的热效应原理
电流通过导体时,导体中的自由电子受到电场力作用开始运动,随着电子的摩擦和碰撞,它们会不断地损失能量,部分能量转化为电阻热能,从而使导体发热。
电流热效应计算公式:根据欧姆定律,当电流I通过具有电阻R的导体时,导体所消耗的电功率P可以表示为:P=I平方R
其中,R是导体的电阻。如果导体的电阻随温度变化,则需考虑温度对电阻的影响,此时计算公式应该修正为:P=I平方R0(1+αΔT)
其中,R0是参考电阻,α是温度系数,ΔT是温度变化量。
电流的热效应应用
一方面,利用电流的热效应可以为人类的生产和生活服务。如在白炽灯中,由于通电后钨丝温度升高达到白热的程度,于是一部分热:以转化为光。发出光亮。另一方面,电流的热效应也有一些不利因素。大电流通过导线而导线不够粗时,就会产生大量的热,破坏导线的绝缘性能,导致线路短路,引发电火灾。
为了避免导线过热,有关部门对各种不同截面的导线规定了允许最大通过的电流(安全电流)。导线截面越大,允许通过的电流也越大。(导体的电阻越大,通过导体的电流越小,通电时间越长,电流的热效应就越显著)