網友問:為什麼焦耳定律,可以在任何電路中使用?

2021-01-09 艾伯史密斯

因為焦耳定律(I^2RT)表述的本質就是「電流因發熱損失的能量」,所以在任何電路中都適用;而UIT中的電壓,不止電流轉化為熱能引起的壓降,所以不適用於非純電路計算發熱量。

在物理學中,公式的每個參數表示的範圍,都給該公式的適用範圍加了一道限制。

比如焦耳定律(I^2RT),描述的是電流發熱做功量,我們可以這麼看:

(1)電流的定義為I=q/t,該公式為電流定義式,適用一切範圍;

(2)電阻的定義為R=ρL/S,其中ρ為材料的電阻率,電阻的微觀解釋就是導體對其中定向移動電子的阻礙作用,發熱引起的壓降U(發熱)=IR,在非純電路中,U(總)≠U(發熱);

(3)在非純電路中,總壓降:U(總)=U(發熱)+U(其他);

(4)電功率P=UI基於電流和電場的本質推導出來,適用一切範圍;

(5)於是有P(總)=U(發熱)I+U(其他)I=I^2R+P(其他);

推導過程我們避開了壓降的討論,最終得到的電流發熱功率I^2R,乘以時間既是焦耳定律,該公式在純電路和非純電路中都適用,因為其中每個參數都是針對電流發熱本質的。

而另外一個公式P=UI,其中壓降涉及發熱造成的壓降,還有轉化為其他能量的壓降;單獨計算某項時,使用起來極不方便,在非純電路中,一般不能用來計算發熱量,除非你能分清不同原因引起的壓降大小。

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