焦耳加热

焦耳加热，也称为电阻、电阻或欧姆加热，是电流通过导体产生热量的过程。

焦耳加热影响整个电导体，这与将热量从一个电接点传递到另一个电接点的珀耳帖效应不同。

焦耳将一段电线浸入固定质量的水中，并测量由于已知电流流过电线 30 分钟引起的温升。 通过改变电流和电线的长度，他推断出产生的热量与电流的平方乘以浸入电线的电阻成正比。

这导致焦耳拒绝热能理论（当时占主导地位的理论），转而支持热的机械理论（根据该理论，热是能量的另一种形式）。

国际单位制的能量单位后来被命名为焦耳，并给出符号 J。众所周知的功率单位瓦特相当于每秒一焦耳。

焦耳加热是由电荷载体（通常是电子）与导体主体之间的相互作用引起的。

导体两点之间的电位差（电压）会产生一个电场，该电场会沿电场方向加速电荷载流子，从而为它们提供动能。 当带电粒子与导体中的准粒子碰撞时（即晶体谐波近似中的规范量子化离子晶格振荡），能量从电子转移到晶格（通过产生进一步的晶格振荡） . 离子的振荡是人们在典型实验中测量的辐射（热能）的来源。

焦耳加热因其与欧姆定律的关系而被称为欧姆加热或电阻加热。 它构成了涉及电加热的大量实际应用的基础。 然而，在发热是电流使用的不良副产品（例如，电力变压器中的负载损耗）的应用中，能量转移通常称为电阻损耗。 在电力传输系统中使用高压是专门设计用于通过以相应较低的电流运行来减少布线中的此类损耗。 英国家庭中使用的环形电路或环形电源是另一个例子，其中电力以较低的电流（每根电线，通过并联使用两条路径）输送到插座，从而减少电线中的焦耳加热。 焦耳加热不会发生在超导材料中，因为这些材料在超导状态下的电阻为零。

电阻器会产生电噪声，称为约翰逊-奈奎斯特噪声。 约翰逊-奈奎斯特噪声与焦耳加热之间存在密切关系，由波动耗散定理解释。

焦耳加热的最基本公式是广义幂等式

P {\displaystyle P} 是电能转化为热能的功率（单位时间内的能量），

• I {\displaystyle I} 是流经电阻器或其他元件的电流，
• V A − V B {\displaystyle V_{A}-V_{B}} 是元件两端的电压降。

这个公式（ P = I V {\displaystyle P=IV} ）的解释是：

（每单位时间耗散的能量）=（每单位时间通过电阻的电荷）×（每次通过电阻的电荷耗散的能量）

假设元件表现为一个完美的电阻器，并且功率完全转化为热量

当电流变化时，就像在交流电路中一样，P 是 瞬时功率从电能转换为热能。