初中物理/電功率

電功

還記得「機械功」嗎？「機械功」是指物體因機械運動而做的功。做功的過程其實就是能量轉化的過程。電燈泡能夠將電能轉化為光能和內能，在這一過程中，電流也做了功。

電流所做的功叫做電功。電流做功的過程，就是電能轉化為其他形式能的過程，並且做多少電功，就表示有多少電能發生了轉化。電功的單位與機械功、能量的單位相同，都是焦耳（J）。

在學習「機械功」時，我們將機械功定義為「力與力的方向上物體移動的距離的乘積」，即「機械功＝力×距離」。用 $W$ 表示機械功， $F$ 表示力，用 $S$ 表示物體在力的方向上移動的距離，則是 $W=FS$ 。

而實驗證明，電流通過導體所做的電功等於導體兩端的電壓、通過導體的電流和通電時間的乘積。即

電功＝電壓×電流×通電時間

如果用 $W$ 表示電流通過導體所做的電功，用 $U$ 表示導體兩端的電壓，用 $I$ 表示通過導體的電流，用 $t$ 表示通電時間，則

$W=UIt$

我們已經知道，在國際單位制中，電壓的單位是伏（V），電流的單位是安（A），時間的單位是秒（s），電功的單位是焦（J）。則

1焦耳＝1伏·安·秒 即

$1\mathrm {J} =1\mathrm {V\cdot A\cdot s}$

電功率

機械功率表示了物體做功的快慢。自然，電功率表示了電流做功的快慢。我們把單位時間內電流做的功叫做電功率。電功率等於電功與做功時間的比值，即

電功率＝電功÷做功時間

用 $P$ 表示電功率，用 $W$ 表示電功，用 $t$ 表示做功時間，則

$P={\frac {W}{t}}$

看看上一節電功的計算公式「 $W=UIt$ 」，代入電功率計算公式後可知：

$P=UI$

在國際單位制中，電功率的單位和機械功率的單位一致，都是「瓦特」，符號是「 $\mathrm {W}$ 」。因此：

1瓦特=1焦耳/秒=1伏·安

即 $1\mathrm {W} =1\mathrm {J/s} =1\mathrm {V\cdot A}$

另外，電功率的單位還有「千瓦(KW)」，「兆瓦(MW)」等。它們分別等於1×10³W和1×10⁶W。

也許你曾看到電費賬單上的用電量，其單位通常是「千瓦時（ $\mathrm {kW\cdot h}$ ）」或「度」。這兩個單位是一樣的，不過在正式場合一般說前者，而後者則顯得通俗一些。1千瓦時代表了電功率為1千瓦的用電器工作1小時，電流所做的功。所以：

1千瓦時=1000瓦×3600秒=3.6×10⁶焦耳

即 $1\mathrm {kW\cdot h} =1000\mathrm {W} \times 3600\mathrm {s} =3.6\times 10^{6}\mathrm {J}$

大多數用電器上都標有了類似「220V 44W」的字樣，「220V」代表此用電器正常工作時的工作電壓為220伏，我們稱之為「額定電壓」；而「44W」則代表此用電器正常工作時電流做功的功率為44瓦，即每秒做功44焦，我們稱之為「額定功率」。知道了額定電壓和額定功率，我們就可以知道其正常工作時通過的電流 $I={\frac {44\mathrm {W} }{220\mathrm {V} }}=0.2\mathrm {A}$ 。

實驗測定小燈泡的額定功率

電能表

舊式單相電能表

知道電力公司為什麼能知道你每個月用了多少電並寄賬單來讓你付錢嗎？原來他們在你家門口裝了一個叫做「電能表」的東西，這樣就可以很方便地讀出使用的電能的多少。

只要將本次抄表的讀數和上次抄表的讀數相減，就可以知道這一個用電周期使用了多少電。

目前大部分地區都已經實行了「分時用電」的用電計費制度，不同時段用電的單價不同，目的是鼓勵廣大用戶儘量避開每天用電的高峰時段，這樣既可以減輕高峰時段的電網壓力，又能節省用戶的用電費用。

家用電能表有一個功率容量值，它限制了同時工作的家用電器的功率總和。功率容量值可以從電能表上標明的最大電流值計算得出。例如，標有「15(30)A」字樣的電能表，表示家庭電路正常工作時的最大電流為15安（短時間最大電流為30安）。中國大陸市電的電壓是220伏，所以同時工作的家用電器的功率總和不應超過 $P=UI=220\mathrm {V} \times 15\mathrm {A} =3300\mathrm {W}$ （短時間不超過6600瓦）*。