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電流的熱效應
電流熱效應如何產生?
電阻
歐姆定律
影響電阻大小的因素
電流熱效應
6 - 4 電流的熱效應
電流熱效應如何產生?
在自由電子流動時,原子(指原子核和其所束縛的電子)並未移動,只是在固定的晶格位置上做往復的振動。
電子在流動過程中會和原子產生碰撞,結果電子的動能減少,而使原子的振動加劇,因此使導線的溫度增加,這就是電流的熱效應。
電阻:自由電子因碰撞以致運動的速率減慢,就好像水流遇到障礙物受到阻力減速一樣,我們稱導線具有電阻。
歐姆定律:1826年德國學者歐姆(1789-1854)發現導體兩端的電壓和流經其中的電流成正比,這個關係稱為歐姆定律。電壓V和電流I的比值定義為電阻。電阻的單位稱為歐姆(ohm,符號為Ω),1歐姆=1伏特/安培,或1Ω=1V/A。
V=I
R
例如:若一導體兩端的電壓為1.5V(即接通一個乾電池),流經其上的電流為0.5A,則該導體的電阻為 3Ω 。
一般電子器具如電視、收音機等內部電路板上常用的電阻零件。
影響電阻大小的因素:材料、長度、截面積
導線的電阻和其長度成正比,和其截面積成反比。
◎若兩導線的口徑相同,則長度愈長者,電阻愈大;
◎若兩導線的長度相等,則粗導線的電阻比細導線的電阻小。
◎通常金屬導體的電阻很小,常見的電線都以純度很高的銅製成,
電阻遠低於1歐姆;
◎絕緣體的電阻則很大,遠超過一百萬歐姆以上。
◎金屬導體的電阻也和溫度有關,溫度增加時,電阻隨之增大,例如普通60W的燈泡,其內的燈絲在室溫時的電阻約為15Ω,但當燈絲白熾發光時,其電阻增加至200Ω左右。
電流熱效應:
就能量的觀點而言,電流流經導體時所產生的熱能,實際上就是由電能轉化而來。若導體的電阻為R,則該導體因電流通過所消耗電能的電功率P,利用歐姆定律,可用電阻表示如下:P=I2
R=I
V
從上式可看出,以相同的電流通過不同電阻的導體,所產生的熱能和電阻成正比。以規格為110V,500W的電爐為例,其用於發熱的電阻線是用鎳鉻合金所製成。鎳鉻線在紅熱時的電阻約為25Ω,但連接電爐和電源的銅導線,每公尺的電阻只有0.01Ω左右。如果使用的銅導線總長度為2公尺,則其發熱的功率僅約0.4W。因此雖然電爐通電後的溫度灼熱逼人,但連接的銅導線卻只稍稍溫熱而已。
家裡常用的電鍋、烤麵包機、電湯匙、電熨斗,內部都裝設有電阻甚大的導線,以供通電流時發熱之用。一般照明用的白熾燈泡是利用電流通過燈絲時,產生高熱而發光。但是消耗的電能僅有一小部分轉變成可見的光;大部分的電能還是轉變成熱能而耗散了。雖然如此,養雞人家在寒冷的冬夜,常常點電燈給小雞取暖,這也是電流熱效應的一種應用。
燈泡內的燈絲緊密地纏繞很多圈,以增加電阻。
問題:一家用電鍋的規格為110伏特,750瓦,插上電源使用時其電阻線的電阻為多少歐姆?若未使用時。該電阻線的電阻有何不同?
ANS:16.1歐姆
此電阻是使用時電阻線發熱的電阻值,當未使用時,電阻線的溫度較低,電阻值較小。
超導體的電阻為零,因此電流在超導體內流動時,不會產生電流的熱效應。除超導體外,所有的電器在使用時,或多或少都會產生熱,這是由於電器內部的導體都有電阻存在,當電流通過時,自然會伴隨有熱效應的發生。