簡介
水流可以做功,例如水流可以推動水輪機做功,電流也可以做功嗎?給小電動機通電,電動機轉起來,可以把砝碼提起。這個實驗表明:電流是可以做功的。電動機消耗電能的同時,砝碼的機械能增加。所以,在電流通過電動機做功的過程中,電能轉化為機械能。
電流不僅通過電動機時做功,通過電燈、電爐等用電器時都要做功。
電流將電能轉換成其他形式能量的過程所做的功即為電功。
電流通過電爐時發熱,電能轉化為內能。電流通過電燈時,燈絲灼熱發光,電能轉化為內能(俗稱熱能)和光能。電流給蓄電池充電的過程是將電能轉化為化學能。電功的實質是電能轉化為其他形式能量的過程。電流做了多少功,就有多少電能轉化為其他形式的能,但能的總量不變。
相關因素
大量試驗結果證明:在通電時間相同的情況下,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,通電時間越長,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),時間t的單位用秒(S)。電功W的單位用焦耳(J),那么,計算電功的公式是:
W=Pt=UIt=UQ(Q為電荷。P是電功率)
這就是說,電流在某段電路上所做的功,等於這段電路兩端的電壓、電路中流過的電流和通電時間的乘積。
在純電阻電路(無電動機)中的公式:
(1)W=Q=IR×It=I Rt(Q為電熱,一般在串聯電路中使用)
(2)W=Q=(U×U/R)t=(U /R)t (一般在並聯電路中使用)
幾種常見物體的電功
①通過手電筒燈泡的電流,每秒鐘所做的功大約是1J;
②通過普通電燈泡的電流,每秒鐘做的功一般是幾十焦;
③通過洗衣機中電動機的電流,每秒鐘做的功是200J左右。
物理單位
國際計量單位
焦耳為1牛頓力的作用點在力的方向上移動1米距離所作的功,該單位可用於電功的測定。
非國際計量單位
焦耳這個單位很小,用起來不方便,生活中常用“度”(kwh)做電功的單位,就是平常說的用了幾度電的“度”。“度”在技術中叫作千瓦時,符號是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,
採掘原煤105kg,
電車行駛0.85km,
灌溉農田330平方米,
洗衣機工作2.7小時,
電腦工作5小時,
所以我們要節約每一度電。
電能表
電功通常用電能表(俗稱電度表)來測定,把電能表接在電路中,電能表的計數器上前後兩次讀數之差,就是這段時間內用電的度數。
現如今有一種IC卡電能表,用戶買來IC卡後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,這時需要到銀行為IC卡儲值,重新插入電能表。
通常實驗室用伏安法測電能。
電功率
在相同時間內,電流通過不同用電器所做的功,一般並不相同。例如,在相同的時間內,電流通過電動機車的電動機所做的功,要顯著地大於通過電扇的電動機所做的功。為了表示電流做功的快慢,物理學中引入了電功率的概念。
電流在單位時間內所做的功叫做電功率。電功率用P來表示,P=W/t,而W=U×I×t(即電壓乘以電流乘以時間),所以P=UI。
上式表明,電功率等於電壓與電流的乘積。
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,符號是kW。
1kW=1000W 1W=1000mW
把公式P=W/t變形後可得W=Pt,由此可以定義“千瓦時”,電流在1h內所做的功,就是1kW·h。
1kW·h=1000W×3600s
=3.6×10^6J
串聯電路與並聯電路中的電功率
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 / J 焦耳
R(電阻)單位:Ω 歐姆
t(時間)單位:s 秒 / h小時
串聯電路
電流處處相等 I₁=I₂=I
總電壓等於各用電器兩端電壓之和 U=U₁+U₂
總電阻等於各電阻之和 R=R₁+R₂
U₁:U₂=R₁:R₂
總電功等於各電功之和 W=W₁+W₂
W₁:W₂=R₁:R₂=U₁:U₂
總功率等於各功率之和 P=P₁+P₂
P₁:P₂=R₁:R₂=U₁:U₂
電壓相同時電流與電阻成反比;電流相同時電壓與電阻成正比
並聯電路
總電流等於各處電流之和 I=I₁+I₂
各處電壓相等 U₁=U₂=U
並聯電路中,等效電阻的倒數等於各並聯電阻的倒數之和 1/R=1/R₁+1/R₂
總電阻等於各電阻之積除以各電阻之和 R=R₁×R₂÷(R₁+R₂)
總電功等於各電功之和 W=W₁+W₂
當電壓不變時,電流與電阻成反比。
當電流不變時,電壓與電阻成正比。
I₁:I₂=R₂:R₁
W₁:W₂=I₁:I₂=R₂:R₁
總功率等於各功率之和 P=P₁+P₂
P₁:P₂=R₂:R₁=l₁:l₂
額定功率
實驗表明,用電器實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一個用電器的功率是多大,而要指明電壓。用電器正常工作時的電壓叫做 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,實際電壓偏低,用電器消耗的功率低,不能正常工作。實際電壓偏高,長期使用會影響用電器的壽命,還可能燒壞用電器。
電功計算
W=UQ
電能也是一種能量,而這種能量的實施者就是電荷,電荷量就是這種能量在一般的時間內所有參與作功從A點到B點的實行者,每個電荷從A點到B點做的功就是電功,兩者相乘就是AB的電功,就是消耗的電能。
W=UIt
我們來看一下電功的含義,電功通俗的講就是AB之間的一段時間A點到B點所消耗的電能(A點到B點可以是一個用電器,也可以是一部分電路)電壓的實質是一個單位的電荷從A點到B點所做的功,電流提供的是在一個單位時間內AB之間的電荷量,時間也有了,那么AB之間的電荷量在一定時間內從A點到B點所做的功也就是消耗的電能就是。
W=Pt
W電功P電功率t時間。
W=Pt
像功的計算方法一樣就是功率乘以時間,在生活中可以理解為工作總量=工作效率×工作時間,同樣道理電所做的功當就等於電做功的效率乘以時間。即
(注意:是純電阻電路)