焦耳熱Q=I^2Rt為什麼不能通過歐姆定律得到Q=U^2/R來計算?
不能,因為影響電流的不光有電阻,還有電容和電感。電路也並非只有初中接觸的靜態電路,還有電流瞬時值隨時間變化的電路。
比如電容充放電過程,或者交流電壓源接個電容,熱功率用I^2R計算仍然有效,用U^2/R就完全不對了。
不然熱功率恆等於電功率,我們的電器就只有電暖器電熱毯熱得快白熾燈這類的了。
因為歐姆定律只在純阻性負載成立,也就是說理想的純阻性負載,焦耳熱的確是可以改寫為電壓的形式的。當然你的公式也是錯的,丟了t。
至於為什麼只跟電流有關,很簡單啊,電流是單位時間通過的電荷量,我們知道電荷的載體都是電子,所以電流越大,單位時間通過的電子越多,造成的熱效應當然就更大了。
當然可以,用加在線路上的電壓就行了
設電阻為R,流過電阻的電流為I,電阻兩端的電壓為U,電阻載入電流的時間長度是t,則電阻的發熱量為:
注意到這裡的熱量Q其實是電源提供給電阻的,它包括電阻升溫消耗的熱量Q1和電阻散熱消耗的熱量Q2。如果把三者結合起來,就有:
這裡的Q1為: ,其中c是電阻或者導體的比熱容,m是電阻或者導線的質量,括弧內是電阻或者導體現時溫度與先前溫度之差。
這裡的Q2為: ,其中Kt是綜合散熱係數,它與熱傳導、熱對流與熱輻射的水平有關;A是表面積, 是當前電阻或者導線的溫度相對環境溫度之差,t是時間。
Q2這個公式的名字叫做牛頓散熱公式,它是偉大的牛頓首先推導出來的。
我們看到,在Q的表達式中,焦耳熱既可以寫成與電壓有關,也可以寫成與電流有關。但在實用中,大多寫成與電流有關,為何?
我們看圖1: