的焦耳效应或焦耳定律是电能转变成热量，该热量通过导体时发生的电流的结果。只要打开任何需要用电的电器或设备，就会出现这种效果。
在其他时候，这是不希望的，并且试图将其最小化，这就是为什么在台式PC上添加风扇以散热的原因，因为这会引起内部组件的故障。
利用焦耳效应产生热量的设备内部有一个电阻，该电阻在电流通过时会发热，称为加热元件。
说明
焦耳效应的起源是微观的颗粒，无论是构成材料的颗粒还是携带电荷的颗粒。
物质中的原子和分子处于其在物质中最稳定的位置。就电流而言，电流由电荷的有序运动组成，这些电荷来自电池的正极。当他们离开那里时，他们有很多潜在的能量。
当它们通过时，带电粒子会撞击材料的粒子并使其振动。它们将试图恢复以前的平衡，以可感知的热量的形式将多余的能量传递到周围环境。
释放的热量Q取决于电流I的强度，电流I在导体Δt和电阻元件R中循环的时间：
上式称为焦耳-伦茨定律。
例子
两位物理学家，英国的詹姆斯·焦耳（1818-1889）和俄罗斯的海因里希·伦茨（1804-1865）独立地观察到，载流导线不仅变热，而且在此过程中电流减小。
然后确定电阻散发的热量与以下因素成正比：
-循环电流强度的平方。
-所述电流保持流过导体的时间。
-所述导体的电阻。
热的单位与能量的单位相同：焦耳（缩写为J）。焦耳是相当小的能量单位，因此经常使用其他单位，例如卡路里。
要将焦耳转换为卡路里，只需将系数乘以0.24，这样开始时给出的方程式就可以直接用卡路里表示：
焦耳效应和电能传输
欢迎使用焦耳效应来产生局部热量，例如燃烧器和吹风机。但是在其他情况下，它会产生不良影响，例如：
-导体内的热量过高可能会造成危险，从而引起火灾和燃烧。
-带晶体管的电子设备会降低其性能，即使温度过高也可能导致故障。
-带有电能的电线总是会发热，甚至轻微发热，这会导致明显的能量损失。
这是因为承载发电厂电流的电缆要延伸数百公里。他们携带的这么多能量没有到达目的地，因为它浪费了。
为了避免这种情况，寻求导体具有最小可能的电阻。这受三个重要因素的影响：导线的长度，横截面积和制造导线的材料。
最好的导体是金属，最有效的导体有金，银，铂或铜。电缆的电线由铜丝制成，铜是一种金属，尽管它不如黄金导电，但价格便宜得多。
导线越长，它所具有的电阻就越大，但是通过使其更粗，电阻会减小，因为这有利于电荷载流子的移动。
可以做的另一件事是降低电流强度，以使发热最小化。变压器负责正确控制强度，这就是为什么它们在电能传输中如此重要。
练习题
练习1
散热器表示其功率为2000W，并且已连接至220 V插座。计算以下内容：
a）流过散热器的电流强度
b）半小时后已转化的电能量
c）如果将所有这些能量投资于加热最初在4ºC的20升水，可以将水加热到的最高温度是多少？
解决方案
功率定义为每单位时间的能量。如果在开始时给出的方程式中，将系数Δt传递到右边，则每单位时间我们将有精确的能量：
可以通过欧姆定律了解加热元件的电阻：V = IR，由此得出I = V /R。从而：
因此，当前结果为：
解决方案b
在这种情况下，Δt= 30分钟= = 30 x 60秒= 1800秒。还需要电阻的值，这可以从欧姆定律中清除：
这些值被焦耳定律所取代：
解决方案c
使一定量的水升高至一定温度所需的热量Q取决于比热和需要获得的温度变化。计算公式为：
这里m是水的质量，C e是比热，已经将其作为问题的数据，而ΔT是温度的变化。
水的质量是20升。它是借助密度来计算的。水的密度ρ 水是质量与体积的比率。此外，您还必须将升转换为立方米：
由于m =密度x体积=ρV，因此质量为。
请注意，我们必须从摄氏度升到开尔文，加273.15K。将以上代入热方程：
练习2
a）找到与交流电压相连的电阻的功率和平均功率的表达式。
b）假设您有一个功率为1000W的吹风机连接到120 V插座，找到加热元件的电阻和通过它的峰值电流-最大电流。
c）干衣机连接到240 V插座后会发生什么情况？
解决方案
抽头电压是交替的，形式为V = V o。参ωt。因为它随时间变化，所以定义电压和电流的有效值非常重要，用下标``rms''表示，代表均方根。
电流和电压的这些值为：
当应用欧姆定律时，作为时间的函数的电流为：
在这种情况下，经过交流电的电阻中的功率为：
可以看到，幂也随时间变化，并且它是一个正数，因为所有均平方，并且R始终>0。此函数的平均值通过循环积分计算得出：
在有效电压和电流方面，功率如下所示：
解决方案b
将最后一个方程式与提供的数据一起应用：
平均 P = 1000 W和V rms = 120 V
因此，通过加热元件的最大电流为：
电阻可以通过平均功率方程求解：
P 均值＝ V rms。我有效值 = 240 V X 16.7 A≈4000W时
这大约是加热元件设计的瓦数的4倍，插入该插座后不久就会烧坏。
应用领域
白炽灯泡
白炽灯泡会产生光并产生热量，在连接时我们会立即注意到。产生两种作用的元件是非常细的导体丝，因此具有高电阻。
由于电阻的增加，尽管灯丝中的电流减小了，但是焦耳效应被集中到发生白炽灯的程度。由钨制成的灯丝，由于其3400ºC的高熔点，既发光又发热。
该设备应密封在一个透明的玻璃容器中，该容器中要充满惰性气体，例如低压下的氩气或氮气，以避免灯丝变质。如果不这样做，空气中的氧气将消耗灯丝，灯泡立即停止工作。
磁热开关
磁铁的磁效应在高温下会消失。当电流过大时，可用于创建中断电流流动的设备。这是一个磁热开关。
电流流过的电路的一部分被附在弹簧上的磁铁封闭。只要不被加热削弱，磁体就会由于磁引力而粘在电路上并保持不变。
当电流超过一定值时，磁力减弱，弹簧将磁铁分离，导致电路断开。并且由于电流需要闭合电路以便流动，因此电流断开并且电流中断。这样可以防止电缆发热，否则可能引起火灾等事故。
保险丝
保护电路并及时中断电流流动的另一种方法是使用保险丝，这是一种金属条，当受到焦耳效应加热时，金属条熔化，使电路断开并中断电流。
图2.保险丝是电路保护器元件。当过大的电流通过时金属会熔化。资料来源：
欧姆加热巴氏灭菌
它包括使电流通过自然具有电阻的食物。为此，使用由防腐蚀材料制成的电极。食物的温度上升，热量消灭细菌，有助于将其保存更长的时间。
该方法的优点是加热发生的时间比传统技术所需的时间少得多。长时间加热会破坏细菌，但也会中和必需的维生素和矿物质。
仅持续几秒钟的欧姆加热有助于保持食物的营养成分。
实验
下一个实验包括通过测量已知量的水吸收的热量来测量转化为热能的电能。为此，将加热线圈浸入水中，使电流通过。
材料
-1个聚苯乙烯杯
-万用表
-摄氏温度计
-1个可调电源，范围0-12 V
-平衡
-连接电缆
-秒表
处理
线圈通过焦耳效应加热，因此水也加热。我们必须测量水的质量及其初始温度，并确定要加热到什么温度。
图3.确定多少电能转化为热量的实验。资料来源：F. Zapata。
每分钟连续读取一次，记录电流和电压值。记录可用后，将使用以下公式计算所提供的电能：
Q = I 2.R。Δt（焦耳定律）
V = IR（欧姆定律）
并与水体吸收的热量进行比较：
Q =米 Ç é。ΔT（请参阅练习1）
由于节省了能量，所以两个量应该相等。然而，尽管聚苯乙烯具有低的比热并且几乎不吸收热能，但是仍然会损失一些大气。还必须考虑实验误差。
如果在开始实验之前将水加热到高于室温以下相同的度数，则可以最大程度地减少对大气的损失。
换句话说，如果水温为10ºC，环境温度为22ºC，则必须将水温升至32ºC。
参考文献
- Kramer，C.，1994年。《物理实践》。麦格劳·希尔。197。
- 筛子。焦耳效应。从以下位置恢复：eltamiz.com。
- Figueroa，D.（2005年）。系列：科学与工程物理。第5卷。静电。由Douglas Figueroa（USB）编辑。
- Giancoli，D.，2006年。《物理：应用原理》。6 日。埃德·普伦蒂斯·霍尔（Ed Prentice Hall）。
- 超文本的。焦耳效应是什么以及为什么它已成为我们生活中的先验事物。从以下网址恢复：hypertextual.com
- 维基百科。焦耳效应。摘自：es.wikipedia.org。
- 维基百科。焦耳加热。从以下位置恢复：en。wikipedia.org。