焦耳发现了焦耳定律,焦耳:英国物理学家,发现焦耳定律(电流的热效应);是能量守恒定律发现者之一,功和能量的单位用焦耳命名。英国杰出的物理学家焦耳最先发现了“电流通过导体产生的热量与电流、电阻、通电时间的关系”,即焦耳定律。
焦耳的人物简介
焦耳出生于曼彻斯特近郊的沙弗特,英国物理学家,英国皇家学会会员。由于焦耳在热学、热力学和电方面的贡献,皇家学会授予他最高荣誉的科普利奖章。后人为了纪念他,把能量或功的单位命名为“焦耳”,简称“焦”;并用焦耳姓氏的第一个字母“J”来标记热量以及“功”的物理量。
焦耳在研究热的本质时,发现了热和功之间的转换关系,并由此得到了能量守恒定律,最终发展出热力学第一定律。国际单位制导出单位中,能量的单位——焦耳,就是以他的名字命名。他和开尔文合作发展了温度的绝对尺度。他还观测过磁致伸缩效应,发现了导体电阻、通过导体电流及其产生热能之间的关系,也就是常称的焦耳定律。
焦耳定律的内容
焦耳定律是指电能和热能的转化关系,它是英国物理学家焦耳在1841年发现的。焦耳定律的具体内容是:电流通过导体所产生的热量与电流的平方成正比,与导体的电阻成正比,与通电时间成正比。
焦耳定律的数学公式是Q=I²Rt,其中Q表示热量,单位是焦耳;I表示电流,单位是安培;R表示电阻,单位是欧姆;t表示时间,单位是秒。这个公式适用于所有电流热效应的计算。
在纯电阻电路中,以焦耳定律的公式为依据,还能推导出其他的计算电路热量的公式。但是需要注意的是,焦耳定律的公式适用于所有电路,而推导出来的公式只适用于纯电阻电路。
国际单位制用焦[耳](J)表示功或能的单位。1焦耳等于在1牛力作用下,在该力的方向上运动1米所做的功;在电学中等于1W²s,即1A的电流流过1Ω的电阻在1秒内释放的能量。
焦耳热的内容
以毛细管电泳为例:毛细管电泳需要电场做功,有电场做功就会产生热量,这就是焦耳热。这种焦耳热视其程度不同,可形成不同的温度梯度,甚或引起溶液对流、出现气泡等。气泡会使电泳中断,而温度梯度和对流会大幅度降低分离效率。
在传统电泳中,为了避免对流,采用各种难流动或不流动物质作为电泳支持介质,如纤维素和凝胶等,这实际上是一种“堵”的方法。
与此相反,在毛细管电泳中则采用消除“源”的策略,即通过缩小毛细管内径来加快散热的速度,以达到克服焦耳热效应的目的。可以预见,不同毛细管的散热能力肯定各有差异,其分离效果也必然会各有差异,所以如果能够预先推出关于毛细管在电泳过程中的散热性能或温度分布,将会十分有用。
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