什么是电流的热效应？
电源不断推动电荷通过电阻。电源对电荷做了功；在电阻里，这些功不会让任何东西运动起来，所以全部变成了热。运动的电子不停地撞击金属里的原子，把能量传给它们，让它们振动得更快，我们就感觉到温度升高了。这就是电流的热效应。
焦耳定律的推导
设电流 I 通过电阻 R，时间为 t，电阻两端的电压（电势差）为 V。移动的电荷量：Q = It。电源做的功：W = VQ = VIt。这些功全部变成热：H = VIt。再用欧姆定律 V = IR：
H = I²Rt（也可以写成 H = VIt = V²t/R）
焦耳定律：电阻中产生的热量 (i) 与电流的平方成正比，(ii) 在电流相同时与电阻成正比，(iii) 与通电时间成正比。当 I 的单位是 A，R 的单位是 Ω，t 的单位是 s 时，H 的单位是焦耳。
热效应的应用
- 电热器具：电熨斗、烤面包机、烤箱、电水壶、取暖器和热水器用的是镍铬合金电热丝（电阻率大、熔点高、不容易氧化）。
- 电灯泡：灯丝是钨做的，钨的熔点高达约 3380 °C，所以能烧到白炽发光也不熔化。灯泡里充入不活泼的氮气和氩气，灯丝才不会烧掉。不过大部分能量还是变成了热，只有一小部分变成光。
- 保险丝：一小段熔点低的金属或合金丝（例如锡铅合金），串联在用电器的电路里。如果电流超过保险丝的额定值（1 A、2 A、5 A、10 A、15 A……），丝就会发热、熔断、断开电路，保护线路和电器。保险丝的额定值要选得比正常电流稍大一点，例如 1 kW 的电熨斗在 220 V 下电流约为 4.5 A，就选 5 A 的保险丝。
什么时候热是我们不想要的？
在导线、电动机、电脑和充电器里，热是被浪费的能量，还会损坏零件。所以连接用的导线是粗铜线，电子设备带有风扇或散热孔，远距离输电也用很高的电压（这样电流小，I²R 的损耗也就小）。
重点公式和概念
- H = I² R t（焦耳定律）
- H = V I t = V² t / R
- Q = I t, W = V Q
- 单位：H 用焦耳 (J)，I 用 A，R 用 Ω，t 用 s
例题讲解
1. 2 A 的电流通过 10 Ω 的电阻，通电 30 s。求产生的热量。
H = I²Rt = 2² × 10 × 30 = 1200 J。
2. 一个电阻为 50 Ω 的电熨斗通过 4 A 的电流。1 分钟产生多少热量？
H = 4² × 50 × 60 = 48 000 J = 48 kJ。
3. 20 Ω 的电热器接在 220 V 电压上 10 s。求产生的热量。
H = V²t/R = 220² × 10 / 20 = 24 200 J。
4. 如果通过电热器的电流变成原来的 3 倍，同样时间内产生的热量变成原来的多少倍？
H ∝ I²，所以热量变成 3² = 9 倍。
5. 一个电水壶通过 5 A 的电流，2 分钟产生 60 000 J 的热量。求它的电阻。
t = 120 s。R = H / (I²t) = 60 000 / (25 × 120) = 20 Ω。
6. 一个 1100 W 的电热器在 220 V 下工作。应该选哪种保险丝：2 A、5 A 还是 10 A？
正常电流 I = P/V = 1100/220 = 5 A。保险丝的额定值要比它稍大一点，所以选 10 A 的保险丝；5 A 的保险丝在正常使用时就会熔断。
常见错误
- 以为热量和电流成正比。其实热量和 I² 成正比，电流加倍，热量是 4 倍。
- 在 H = I²Rt 里把分钟直接当作 t 用。一定要先换算成秒。
- 把保险丝并联。保险丝必须串联，这样全部电流才会通过它。
- 说铜适合做电热丝。铜的电阻率小，还容易氧化；电热丝要用镍铬合金。