熱作為能量形式：轉換電能為熱能

描述

P2.3.4.1 轉換電能為熱能 – 使用電壓計和電流表進行測量。

P2.3.4.2 轉換電能為熱能 – 使用焦耳計和瓦特計進行測量。

P2.3.4.3 轉換電能為熱能 – 使用CASSY系統進行測量。

P2.3.4.4 轉換電能為熱能 – 使用Mobile-CASSY進行測量。

就像機械能一樣，電能也可以轉換為熱能。我們可以使用一個裝有電阻線圈的熱量計容器，將其連接到電壓來演示這一事實。當電流通過電阻線圈時，朱勒熱會產生並加熱熱量計容器。

在實驗P2.3.4.1中，通過測量電壓U、電流I和時間t來確定所供應的電能

\(W(t) = U \cdot I \cdot t\)

 

這導致熱量計容器溫度的變化，對應於其特定熱容量

\(Q(t) = m \cdot c \cdot (\vartheta(t) – \vartheta_0)\)

 

其中：

• c：特定熱容量
• m：質量
• T(t)：時間t時的溫度
• T(0)：初始溫度

為了確認等效性，將這兩個數量在圖表中繪製在一起。

\(Q(t) = W(t)\)

 

在實驗P2.3.4.2中，直接使用焦耳計和瓦特計來直接測量所供應的電能。

在實驗P2.3.4.3中，通過在加熱線圈（或加熱螺旋）中轉換電能Eel為熱能Eth來建立電能和熱能之間的等效性。這導致熱量計（或浸入加熱螺旋的水）中的溫度升高。通過同時測量電流I和溫度J作為時間t的函數，並且已知恆定電壓U，這兩種能量形式可以定量地以瓦秒（Ws）和焦耳（J）的單位進行登記，從而可以實驗性地證明它們的數值等效性： Eel = Eth。

 

在實驗P2.3.4.4中，使用Mobile-CASSY系統來測量所供應的電能。