焦耳定律是电学中的一个基本定律,它描述了电流通过导体时产生的热量与电流强度、电阻和时间的关系。公式为Q=I²Rt,其中Q表示产生的热量,I表示电流强度,R表示电阻,t表示时间。为了帮助大家更好地理解这个定律,下面是一些经典的练习题。
练习题一:
一根电阻为10欧姆的金属丝通以2安培的电流,持续5分钟,请计算这根金属丝所产生的热量。
解析:根据焦耳定律公式Q=I²Rt,代入已知数据:
- I = 2A
- R = 10Ω
- t = 5分钟 = 300秒
所以 Q = (2)² × 10 × 300 = 4 × 10 × 300 = 12000焦耳。
答案:该金属丝在5分钟内产生的热量为12000焦耳。
练习题二:
某电器设备工作时,通过其内部电阻为20欧姆的导线的电流为3安培,工作时间为10分钟。如果每秒钟产生的热量可以加热0.01克水升温1℃,那么这台设备工作10分钟后能将多少克水从20℃加热到沸腾?
解析:首先计算10分钟内产生的总热量:
- I = 3A
- R = 20Ω
- t = 10分钟 = 600秒
Q = (3)² × 20 × 600 = 9 × 20 × 600 = 108000焦耳。
接着计算这些热量能使多少克水升温至沸腾:
- 水的比热容c = 4.2J/(g·℃)
- 水的沸点温度差ΔT = 100℃ - 20℃ = 80℃
由公式Q = m·c·ΔT可得:
m = Q / (c·ΔT) = 108000 / (4.2 × 80) ≈ 321.43克。
答案:这台设备工作10分钟后能将约321.43克水从20℃加热到沸腾。
以上就是两道关于焦耳定律的经典练习题及其详细解答。希望大家通过这些题目能够更深入地理解和掌握焦耳定律的应用方法。