更新时间：2024-09-20 19:57
焦耳定律（英语：焦耳's Law）是定量说明传导电流将电能转换为热能的定律。内容是：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电的时间成正比。其基本表达式为。
焦耳定律由英国科学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳于1840年发现，并于1841年对外公开发表相关研究成果。该定律大量应用于人们的生活当中，例如电炉等。目前其主要的研究方向有焦耳定律教学实验装置的改进，焦耳定律的偏移性研究等。
电流通过带电阻的导体时会产生热量，这叫做电流的热效应，也叫做焦耳热效应，而焦耳定律就是定量说明电流将电能转换为热能的定律。
焦耳定律规定：电流通过导体所产生的热量和导体的电阻成正比，和通过导体的电流的平方成正比，和通电时间成正比。焦耳定律是一个实验定律，它可以对任何导体，电路适用。遇到电流热效应的问题，例如要计算电流通过某一电路时放出的热量；比较某段电路或导体放出热量的多少，即从电流热效应角度考虑对电路的要求时，都可以使用焦耳定律。理想气体的判定上，焦耳定律同样适用。
焦耳定律的表达式为：
其中Q指热量，单位是焦耳（J），I指电流，单位是安培（A），R指电阻，单位是乔治·欧姆（），t指时间，单位是秒（s），以上单位全部用的是国际单位制中的单位。
迈克尔·法拉第发现电磁感应现象不久以后，就出现了当时称为磁电机的早期电机，那时的人们只是感到磁电机非常新奇，有可能代替蒸汽机成为效率更高管理更方便的新动力。焦耳也投入到了这场流行的电气研究热潮中，开始了他关于电机、电池和电磁铁的研究工作。
1838 年,在父亲的支持下,焦耳在工厂里建造了一个实验室，开始了他最初的实验研究,并取得了许多重要发现。在测试中,集耳注意到电机和电路中的发热现象，他想到这和机件运转中的摩擦生热一样都是动力损失的原因，这促使他对电流的热效应进行了定量研究。电流热效应的实验研究和焦耳定律的建立是焦耳热现象研究的早期工作和成果。
最终，焦耳通过精密实验得出结论：通电导体所产生的热量，跟电流的平方、导体电阻和通电时间成正比例。经过反复实验，他将其论文《电流生热》在1840年12月寄给了伦敦皇家自然知识促进学会，又将这些数据、结论和换算公式发表在1841年10月号《哲学杂志》(哲学 Magajine)上。因此，后人就把通体导体产生的热称为焦耳热、电流热，把这效应称为焦耳效应，把相应的规律称为焦耳定律。焦耳前后用了四十年时间，在机械功和热、电和热转换的基础上，做了数百次各种各样的实验，准确地测定了物理学上的重要常数热功当量，从而为建立热力学第一定律即能量转换和不灭定律作出了贡献。
当电流所做的功全部产生热量，即电能全部转化为内能（也叫热能），该电路为纯电阻电路，得：【W指功，单位是焦耳（J），P指功率，单位是瓦特（W）】
根据电功公式【U指电压，单位是伏特（V）】得：
根据欧姆定律（欧姆定律本身只在纯电阻电路中成立），得：
对于非纯电阻电路而言，用得最多的还是焦耳定律的一般形式，不能用上面纯电阻中的两个公式，因为欧姆定律只在纯电阻电路中成立；非纯电阻电路电能不是全部转化为内能，不能用电功的公式。
因此对于其电功和热量，得：
根据电流定义得 【q表示电荷数，单位是库仑（C）】，以此对焦耳定律公式进行变形（适用于所有电路）得：
在串联电路中，由于通过导体的电流相等，通电时间也相等，根据焦耳定律可知电流通过导体产生的热量跟导体的电阻成正比。
在并联电路中，由于导体两端的电压相等，通电时间也相等，根据焦耳定律可知电流通过导体产生的热量跟导体的电阻成反比。
恒定电场对电荷做的功严格地等于这个过程电荷损失的能量，而这两个底面的电压为 。现在令这个柱体的两个底面趋于无穷小，柱体的长度也趋于无穷小，得到导体内部某点处的体积元在无限小时间 内恒定电场对电荷做的功 ，导体本身获得的能量为：
一般地，电荷损失的能量全部转化为导体内部产生的热能，量 就称为该恒定电流下，导体内部该处的电热功率密度 （定义为单位时间内，单位体积导体内部因电流而产生的热能），对于各向同性线性绝缘介质将 代入后写成数学形式就是：
上式称为焦耳定律的微分形式，它描述了导体内部将电能转化为热能的能力。
传导电流能将电能转换为热能。电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟 通电时间成正比。焦耳定律的数学表达式为：。
利用气体的热胀冷缩定律，通过液位的上升高低判断产热的多少。利用不同电阻液面差的比值，不同时间的比值和不同电流的比值可近似得到热量同电阻，电流和时间的相关性。
abcd表示接线柱，实验时将ad连接上电源，将电阻丝放在密封盒内的空气中，不计热量的损失，当通电一段时间后，盒内的空气因电阻发热而膨胀， 导致盒内的气压增大，从而推动 U 型管内的液面上升。 通过观察 U 型管的液面高低间接比较不同电阻所释放热量的多少。电阻大的产生的热量多，它所对应的U 型液面上升得更快更高。
生活中电炉等电加热设备，都利用了焦耳定律中电流通过带电阻的导体时会产生热量的原理，由于电流通过导体所产生的热量和导体的电阻成正比，通过调节电路中电阻的大小来调节设备放热速率。其中不含电动机的设备可视为纯电阻电路，含电动机的设备为非纯电阻电路。
理想的电介质是不导电的，所以电介质是电绝缘的。但实际电介质中呈现微弱的导电性，而且这种微弱的导电性会造成漏电损耗，其原因是电介质在外电场的作用下，将发生极化过程和电导过程。极化过程伴随着能量损耗，而电导过程中，电导性泄漏电流流过绝缘电阻也会产生能量损耗，这种电介质表现出的功率损耗过程称为介质损耗。其中电导性泄露电流的能量损耗可用焦耳定律公式计算。
焦耳定律的函数表达式是理想气体定义条件之一。
焦耳定律实验装置的改进研究可以完善焦耳定律的实验教学，方便教育工作者更好的教授焦耳定律的含义。同时新型的焦耳定律实验装置操作更简单，显示的数据更精确，更有利于对焦耳定律的学习。
非纯电阻电路中焦耳定律的研究可以定量能量传递过程中的部分能量损耗，例如导线发热的能量损耗等，有助于能效方面的计算与研究。
探究特殊情况下焦耳定律的普适性有助于对特殊实验中的能量转化进行正确分析。
焦耳定律与理想气体状态方程独立性的研究有助于快速的找到判定理想气体的条件。
焦耳定律的研究方向较多为焦耳定律实验装置的改进，还有对焦耳定律的偏移性进行研究，例如与热晶体空位性质有关的稠密液体近冻结时焦耳定律的偏离。也有对焦耳定律相较于其他定律独立性的研究，例如理想气体状态方程与焦耳定律是否相互独立。