[科普中國(guó)]-電功

簡(jiǎn)介

水流可以做功，例如水流可以推動(dòng)水輪機(jī)做功，電流也可以做功嗎？給小電動(dòng)機(jī)通電，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)，可以把砝碼提起。這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明：電流是可以做功的。電動(dòng)機(jī)消耗電能的同時(shí)，砝碼的機(jī)械能增加。所以，在電流通過(guò)電動(dòng)機(jī)做功的過(guò)程中，電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。2

電流不僅通過(guò)電動(dòng)機(jī)時(shí)做功，通過(guò)電燈、電爐等用電器時(shí)都要做功。

電流將電能轉(zhuǎn)換成其他形式能量的過(guò)程所做的功即為電功。

電流通過(guò)電爐時(shí)發(fā)熱，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。電流通過(guò)電燈時(shí)，燈絲灼熱發(fā)光，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能(俗稱熱能)和光能。電流給蓄電池充電的過(guò)程是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。電功的實(shí)質(zhì)是電能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的過(guò)程。電流做了多少功，就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，但能的總量不變。

相關(guān)因素大量試驗(yàn)結(jié)果證明：在通電時(shí)間相同的情況下，電壓越大，電流越大，砝碼被提升得越高，表示電流做的功越多。如果保持電壓和電流不變，通電時(shí)間越長(zhǎng)，砝碼被提升得越高，電流做的功就越多。

研究表明：電流所做的功跟電壓、電流和通電時(shí)間成正比。電流所做的功叫做電功****，如果電壓U的單位用伏特（V），電流I的單位用安培（A），時(shí)間t的單位用秒（S）。電功W的單位用焦耳（J），那么，計(jì)算電功的公式是：

W=Pt=UIt=UQ（Q為電荷。P是電功率）

這就是說(shuō)，電流在某段電路上所做的功，等于這段電路兩端的電壓、電路中流過(guò)的電流和通電時(shí)間的乘積。

在純電阻電路（無(wú)電動(dòng)機(jī)）中的公式：

（1）W=Q=IR×It=I2Rt（Q為電熱,一般在串聯(lián)電路中使用）

（2）W=Q=（U×U/R）t=（U2/R）t （一般在并聯(lián)電路中使用）

幾種常見物體的電功

①通過(guò)手電筒燈泡的電流，每秒鐘所做的功大約是1J；

②通過(guò)普通電燈泡的電流，每秒鐘做的功一般是幾十焦；

③通過(guò)洗衣機(jī)中電動(dòng)機(jī)的電流，每秒鐘做的功是200J左右。

物理單位國(guó)際計(jì)量單位焦耳為1牛頓力的作用點(diǎn)在力的方向上移動(dòng)1米距離所作的功，該單位可用于電功的測(cè)定。

非國(guó)際計(jì)量單位焦耳這個(gè)單位很小，用起來(lái)不方便，生活中常用“度”（kwh)做電功的單位，就是平常說(shuō)的用了幾度電的“度”?！岸取痹诩夹g(shù)中叫作千瓦時(shí)，符號(hào)是kW·h

1kW·h=3.6×10^6J

1kW·h=1度

不要小看一度電，一度電可以

電爐煉鋼1.6kg，

采掘原煤105kg，

電車行駛0.85km，

灌溉農(nóng)田330平方米，

洗衣機(jī)工作2.7小時(shí)，

電腦工作5小時(shí)，

所以我們要節(jié)約每一度電。

電能表電功通常用電能表（俗稱電度表）來(lái)測(cè)定，把電能表接在電路中，電能表的計(jì)數(shù)器上前后兩次讀數(shù)之差，就是這段時(shí)間內(nèi)用電的度數(shù)。

現(xiàn)如今有一種IC卡電能表，用戶買來(lái)IC卡后插入電能表讀取卡中的金額。一旦金額用完，電能表切斷電路，這時(shí)需要到銀行為IC卡儲(chǔ)值，重新插入電能表。

通常實(shí)驗(yàn)室用伏安法測(cè)電能。

電功率在相同時(shí)間內(nèi)，電流通過(guò)不同用電器所做的功，一般并不相同。例如，在相同的時(shí)間內(nèi)，電流通過(guò)電動(dòng)機(jī)車的電動(dòng)機(jī)所做的功，要顯著地大于通過(guò)電扇的電動(dòng)機(jī)所做的功。為了表示電流做功的快慢，物理學(xué)中引入了電功率的概念。

電流在單位時(shí)間內(nèi)所做的功叫做電功率。電功率用P來(lái)表示，P=W/t，而W=U×I×t（即電壓乘以電流乘以時(shí)間），所以P=UI。

上式表明，電功率等于電壓與電流的乘積。

在上式中，電壓U的單位要用伏特，電流I的單位要用安培，這樣，電功率P的單位就是瓦特。

電功率的單位還有千瓦，符號(hào)是kW。

1kW=1000W 1W=1000mW

把公式P=W/t變形后可得W=Pt,由此可以定義“千瓦時(shí)”，電流在1h內(nèi)所做的功，就是1kW·h。

1kW·h=1000W×3600s

=3.6×10^6J

串聯(lián)電路與并聯(lián)電路中的電功率

P（電功率）單位：kW 千瓦 / W 瓦特

U（電壓）單位：V 伏特

I（電流）單位：A 安培

W（電功）單位：kW·h 千瓦時(shí) / J 焦耳

R（電阻）單位：Ω 歐姆

t（時(shí)間）單位：s 秒 / h小時(shí)

串聯(lián)電路

電流處處相等 I?=I?=I

總電壓等于各用電器兩端電壓之和 U=U?+U?

總電阻等于各電阻之和 R=R?+R?

U?：U?=R?：R?

總電功等于各電功之和 W=W?+W?

W?：W?=R?：R?=U?：U?

總功率等于各功率之和 P=P?+P?

P?：P?=R?：R?=U?：U?

電壓相同時(shí)電流與電阻成反比；電流相同時(shí)電壓與電阻成正比

并聯(lián)電路

總電流等于各處電流之和 I=I?+I?

各處電壓相等 U?=U?=U

并聯(lián)電路中，等效電阻的倒數(shù)等于各并聯(lián)電阻的倒數(shù)之和 1/R=1/R?+1/R?

總電阻等于各電阻之積除以各電阻之和 R=R?×R?÷（R?+R?）

總電功等于各電功之和 W=W?+W?

當(dāng)電壓不變時(shí)，電流與電阻成反比。

當(dāng)電流不變時(shí)，電壓與電阻成正比。

I?：I?=R?：R?

W?：W?=I?：I?=R?：R?

總功率等于各功率之和 P=P?+P?

P?：P?=R?：R?=l?：l?

額定功率

實(shí)驗(yàn)表明，用電器實(shí)際消耗的功率隨著加在它兩端的電壓而改變，既然如此，我們就不能泛泛地說(shuō)一個(gè)用電器的功率是多大，而要指明電壓。用電器正常工作時(shí)的電壓叫做額定電壓，用電器在額定電壓下的功率叫做額定功率。

我們使用各種用電器一定要注意它的額定電壓，只有在額定電壓下用電器才能正常工作，實(shí)際電壓偏低，用電器消耗的功率低，不能正常工作。實(shí)際電壓偏高，長(zhǎng)期使用會(huì)影響用電器的壽命，還可能燒壞用電器。

電功計(jì)算W=UQ電能也是一種能量，而這種能量的實(shí)施者就是電荷，電荷量就是這種能量在一般的時(shí)間內(nèi)所有參與作功從A點(diǎn)到B點(diǎn)的實(shí)行者，每個(gè)電荷從A點(diǎn)到B點(diǎn)做的功就是電功，兩者相乘就是AB的電功，就是消耗的電能。3

W=UIt我們來(lái)看一下電功的含義，電功通俗的講就是AB之間的一段時(shí)間A點(diǎn)到B點(diǎn)所消耗的電能（A點(diǎn)到B點(diǎn)可以是一個(gè)用電器，也可以是一部分電路）電壓的實(shí)質(zhì)是一個(gè)單位的電荷從A點(diǎn)到B點(diǎn)所做的功，電流提供的是在一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)AB之間的電荷量，時(shí)間也有了，那么AB之間的電荷量在一定時(shí)間內(nèi)從A點(diǎn)到B點(diǎn)所做的功也就是消耗的電能就是。

W=PtW電功P電功率t時(shí)間。

W=Pt

像功的計(jì)算方法一樣就是功率乘以時(shí)間，在生活中可以理解為工作總量=工作效率×工作時(shí)間，同樣道理電所做的功當(dāng)就等于電做功的效率乘以時(shí)間。即

（注意：是純電阻電路）