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电功编辑

还记得“机械功”吗?“机械功”是指物体因机械运动而做的功。做功的过程其实就是能量转化的过程。电灯泡能够将电能转化为光能和内能,在这一过程中,电流也做了功。

电流所做的功叫做电功。电流做功的过程,就是电能转化为其他形式能的过程,并且做多少电功,就表示有多少电能发生了转化。电功的单位与机械功、能量的单位相同,都是焦耳(J)

在学习“机械功”时,我们将机械功定义为“力与力的方向上物体移动的距离的乘积”,即“机械功=力×距离”。用 表示机械功, 表示力,用 表示物体在力的方向上移动的距离,则是 

而实验证明,电流通过导体所做的电功等于导体两端的电压、通过导体的电流和通电时间的乘积。即

电功=电压×电流×通电时间

如果用 表示电流通过导体所做的电功,用 表示导体两端的电压,用 表示通过导体的电流,用 表示通电时间,则

 

我们已经知道,在国际单位制中,电压的单位是伏(V),电流的单位是安(A),时间的单位是秒(s),电功的单位是焦(J)。则

1焦耳=1伏·安·秒

 

电功率编辑

机械功率表示了物体做功的快慢。自然,电功率表示了电流做功的快慢。我们把单位时间内电流做的功叫做电功率。电功率等于电功与做功时间的比值,即

电功率=电功÷做功时间

 表示电功率,用 表示电功,用 表示做功时间,则

 

看看上一节电功的计算公式“ ”,代入电功率计算公式后可知:

 

在国际单位制中,电功率的单位和机械功率的单位一致,都是“瓦特”,符号是“ ”。因此:

1瓦特=1焦耳/秒=1伏·安

 

另外,电功率的单位还有“千瓦(KW)”,“兆瓦(MW)”等。它们分别等于1×103W和1×106W。

也许你曾看到电费账单上的用电量,其单位通常是“千瓦时 )”或“”。这两个单位是一样的,不过在正式场合一般说前者,而后者则显得通俗一些。1千瓦时代表了电功率为1千瓦的用电器工作1小时,电流所做的功。所以:

1千瓦时=1000瓦×3600秒=3.6×106焦耳

 

大多数用电器上都标有了类似“220V 44W”的字样,“220V”代表此用电器正常工作时的工作电压为220伏,我们称之为“额定电压”;而“44W”则代表此用电器正常工作时电流做功的功率为44瓦,即每秒做功44焦,我们称之为“额定功率”。知道了额定电压和额定功率,我们就可以知道其正常工作时通过的电流 

实验 测定小灯泡的额定功率编辑

电能表编辑

 
旧式单相电能表

知道电力公司为什么能知道你每个月用了多少电并寄账单来让你付钱吗?原来他们在你家门口装了一个叫做“电能表”的东西,这样就可以很方便地读出使用的电能的多少。

只要将本次抄表的读数和上次抄表的读数相减,就可以知道这一个用电周期使用了多少电。

目前大部分地区都已经实行了“分时用电”的用电计费制度,不同时段用电的单价不同,目的是鼓励广大用户尽量避开每天用电的高峰时段,这样既可以减轻高峰时段的电网压力,又能节省用户的用电费用。

家用电能表有一个功率容量值,它限制了同时工作的家用电器的功率总和。功率容量值可以从电能表上标明的最大电流值计算得出。例如,标有“15(30)A”字样的电能表,表示家庭电路正常工作时的最大电流为15安(短时间最大电流为30安)。中国大陆市电的电压是220伏,所以同时工作的家用电器的功率总和不应超过 (短时间不超过6600瓦)*。

*这里涉及到了并联电路总功率与各支路功率的关系,即  。有关这一内容,将在高中物理进行讨论。

*焦耳定律编辑

电流通过导体时,导体都要发热,这种现象叫做“电流的热效应”。许多电器都是利用电流的热效应工作的,例如,电水壶工作时将电流通过导体的电能转化为了内能。

电流通过电炉、电烙铁、电饭锅等电热器时,电能几乎全部转化为内能,这时电流所做的功就等于所产生的热量,即 

根据欧姆定律 ,把它代入上面的式子,就可以知道:

热量=电流2×电阻×通电时间

 

其中,电流的单位是安(A),电阻的单位是欧(Ω),时间的单位是秒(s),电流产生的热量的单位就是焦尔(J)。所以

1焦耳=1安2·欧·秒

1840年,英国科学家焦耳通过实验研究发现了上述规律:电流通过电阻时产生的热量,跟电流的平方成正比,跟电阻成正比,跟通电时间成正比,这就是焦耳定律。