電流經(jīng)過電阻所消耗的功全部轉(zhuǎn)為熱能。實驗證明,導(dǎo)體中每消耗1焦耳電功,可以產(chǎn)生1焦耳的熱量,這種現(xiàn)象和轉(zhuǎn)換關(guān)系稱為電流的熱效應(yīng)。
習(xí)慣上常用q表示熱量,熱量單位為“焦耳”。電流熱效率公式為:
上式中功的單位為瓦,電流單位為安,電壓單位為伏,電阻單位為歐,時間單位為秒,則熱量單位為焦耳。此式說明,電路產(chǎn)生的熱量與電流的平方、電路電阻r、通過電流的時間t成正比。上式也稱為楞次—焦耳定律。
〔例1〕某電爐工作時電流為4.54安,電壓為220伏,試求此電爐功率和工作1小時所產(chǎn)生的熱量。
[解]電爐功率p=iu=4.54×220=1000瓦
1小時所產(chǎn)生熱量: q=pt=1000×3600=3600000焦耳。
電器元件的額定值及保險絲
白熾燈、電烙鐵和電爐等電熱器都是利用電流熱效應(yīng)來工作的,但是也有很多元件如發(fā)電機、導(dǎo)線管不需要發(fā)熱的地方,如果電流過大,時間過長,電器元件會因溫度過高而損壞。因此,在一定的散熱條件下,為保證電器元件正常工作,允許它的最高溫度要有一定限度;也就是電器元件所消耗的功率要有一定限制;對各電器元件消耗的功率、外加電壓或通過的電流,都要限制在一定值以下,這個值稱為元件的額定值(額定功率、額定電壓或額定電流)。電器元件使用時的實際功率、電壓或電流,都不應(yīng)超過其額定值。
在偶然情況下,電路可能會發(fā)生短路,當(dāng)短路電流比額定值大很多倍時,會使電器設(shè)備因溫度過高而損壞。為防止這種損壞,可在電路中串接保險裝置,其中最簡單是熔斷保險器,又稱保險絲,采用低熔點的材料(例如錫鉛合金,其熔點只有60~70℃)制成。當(dāng)電流超過一定數(shù)值時,此熔斷保險器被燒斷而將電路斷開,起到保護電器設(shè)備的作用。