什麼是焦耳熱?
焦耳熱(又稱電阻發熱或歐姆發熱)是指電流通過導體時所產生熱量的現象。其熱量大小可由焦耳第一定律描述:$$Q = \text{I}^{2} \cdot \text{R} \cdot \text{t}$$式中 Q 為熱量(焦耳)、I 為電流(安培)、R 為電阻(歐姆)、t 為時間(秒)。本計算器採用國際單位制(SI),通用於任何地區,無國別限制。
如何使用本計算器
請輸入通過元件的電流、其電阻值,以及電流通過的持續時間。工具會回傳所產生的總熱能(焦耳)、穩定狀態下的功率消耗(瓦特,\(P = \text{I}^{2}\text{R}\)),以及換算成千卡的熱量(1 kcal = 4184 J),方便進行熱量比較。
公式詳解
由於功率代表能量轉換的速率,\(P = \text{I}^{2}\text{R}\) 求得的是瓦特(即每秒焦耳數)。再乘上持續時間 t,即可得到總能量:$$Q = P \cdot t = \text{I}^{2} \cdot \text{R} \cdot \text{t}$$值得注意的是,熱量與電流的平方成正比,因此電流加倍,熱量便增為四倍——這正是大電流線路必須審慎選用線徑的關鍵原因。
計算範例
某發熱元件的電阻 R = 10 Ω,通過電流 I = 2 A,持續時間 t = 60 s。功率 $$= 2^{2} \times 10 = 40 \text{ W}$$ 熱量 $$Q = 40 \times 60 = 2{,}400 \text{ J}$$ 換算成千卡為 \(2400 \div 4184 \approx 0.5736 \text{ kcal}\)。
常見問題
這套公式適用於交流電(AC)嗎?適用,但交流電請使用電流的均方根值(RMS),套入相同公式即可得到平均熱量。
為什麼熱量與 I² 成正比?電阻兩端的電壓為 \(V = \text{IR}\),而功率 \(P = \text{VI} = \text{I}^{2}\text{R}\),因此熱量會隨電流的平方而上升。
如果我只知道電壓該怎麼辦?你可以代入 \(R = V/\text{I}\),或在已知電壓與電阻時改用 \(Q = V^{2}t/\text{R}\) 計算。