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焦耳热和电力

1841
  • James Prescott Joule
在老式实验室用电器演示焦耳加热。.

(图片仅供参考)

Joule heating, or ohmic heating, is the phenomenon where heat is produced by an electric current passing through a conductor. The rate of heat generation, or power dissipated ([latex]P[/latex]), is given by Joule’s 第一定律, [latex]P = VI[/latex]. By combining this with 欧姆定律, the power can be expressed as [latex]P = I^2 R[/latex] or [latex]P = \frac{V^2}{R}[/latex].

焦耳热的物理基础在于运动电荷载体(电子)与导体离子之间的相互作用。当电子在电场中加速时,会与材料晶格结构中的离子发生碰撞。每次碰撞都会将电子的动能转移给离子,从而增加离子的振动能。这种增强的原子振动表现为导体温度的升高。.

虽然焦耳热效应可用于加热应用,但它通常也是造成能量损耗的常见原因。例如,在电力传输中,[latex]P = I^2 R[/latex] 关系式表明功率损耗与电流的平方成正比。这就是为什么电力需要以极高的电压和极低的电流进行长距离传输,以最大限度地减少这种“I²R”损耗。了解焦耳热对于电子设备的热管理至关重要,它可以防止微处理器等元件过热而失效。

UNESCO Nomenclature: 2205
- 电磁学

类型

抽象系统

中断

重大的

用法

广泛使用

前体

  • 欧姆定律,该定律阐明了电压、电流与电阻之间的关系。
  • 定律 能量守恒, ,确立了能量既不能被创造也不能被毁灭的原理
  • 本杰明·富兰克林和汉弗莱·戴维等科学家对电和热进行的早期实验

应用程序

  • 电暖器和电炉
  • 白炽灯泡(加热灯丝直至其发光)
  • 保险丝,当电流过高时会熔断并断开电路
  • 电热水壶、烤面包机和吹风机
  • 飞机机翼和挡风玻璃上的除冰系统

专利:

NA

潜在创新理念

  • 由 PTC 材料制成的自调节加热元件,加热时会降低功率输出
  • 用于智能窗户的透明导电薄膜,可加热防止起雾
  • 利用受控欧姆加热技术从内到外烹饪的 3D 打印食品
  • 用于救灾的快速水消毒系统,利用焦耳加热高效煮沸水
  • 集成热安全断流装置的加热服装导电纺织品
  • 用于微创手术的精密热消融工具
  • 利用焦耳加热蒸发污染物的土壤修复技术
  • 采用熔点精确设计的材料进行先进的保险丝设计
  • 高功率电池中的热管理系统,利用受控的内部电阻加热来实现寒冷天气下的性能
  • on-chip heaters for 微流控 devices to control reaction temperatures
相关主题:焦耳热、欧姆热、电功率、功率损耗、电阻、I²R损耗、能量转换、热力学、电加热器、詹姆斯·普雷斯科特·焦耳。.

历史背景

焦耳热和电力

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1835
1838
1841
1845
1850
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1833
1834
1836
1839-01-01
1842
1847
1850
1850

(如果日期未知或不相关,例如“流体力学”,则提供其显著出现的近似估计)

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