更新时间:2024-06-23 13:01
水流可以做功,例如水流可以推动水轮机做功,电流也可以做功吗?给小电动机通电,电动机转起来,可以把砝码提起。这个实验表明:电流是可以做功的。电动机消耗电能的同时,砝码的机械能增加。所以,在电流通过电动机做功的过程中,电能转化为机械能。
电流不仅通过电动机时做功,通过电灯、电炉等用电器时都要做功。
电流将电能转换成其他形式能量的过程所做的功即为电功。
电流通过电炉时发热,电能转化为内能。电流通过电灯时,灯丝灼热发光,电能转化为内能(俗称热能)和光能。电流给蓄电池充电的过程是将电能转化为化学能。电功的实质是电能转化为其他形式能量的过程。电流做了多少功,就有多少电能转化为其他形式的能,但能的总量不变。
大量试验结果证明:在通电时间相同的情况下,电压越大,电流越大,砝码被提升得越高,表示电流做的功越多。如果保持电压和电流不变,通电时间越长,砝码被提升得越高,电流做的功就越多。
研究表明:电流所做的功跟电压、电流和通电时间成正比。电流所做的功叫做电功,如果电压U的单位用伏特(V),电流I的单位用安培(A),时间t的单位用秒(S)。电功W的单位用焦耳(J),那么,计算电功的公式是:
W=Pt=UIt=UQ(Q为电荷。P是电功率)
这就是说,电流在某段电路上所做的功,等于这段电路两端的电压、电路中流过的电流和通电时间的乘积。
在纯电阻电路(无电动机)中的公式:
(1)W=Q=IR×It=I2Rt(Q为电热,一般在串联电路中使用)
(2)W=Q=(U×U/R)t=(U2/R)t (一般在并联电路中使用)
几种常见物体的电功
①通过手电筒灯泡的电流,每秒钟所做的功大约是1J;
②通过普通电灯泡的电流,每秒钟做的功一般是几十焦;
③通过洗衣机中电动机的电流,每秒钟做的功是200J左右。
国际计量单位
焦耳为1牛顿力的作用点在力的方向上移动1米距离所作的功,该单位可用于电功的测定。
非国际计量单位
焦耳这个单位很小,用起来不方便,生活中常用“度”(kW·h)做电功的单位,就是平常说的用了几度电的“度”。“度”在技术中叫作千瓦时,符号是kW·h
1kW·h=3.6×10^6J
1kW·h=1度
不要小看一度电,一度电可以
电炉炼钢1.6kg,
采掘原煤105kg,
电车行驶0.85km,
灌溉农田330平方米,
洗衣机工作2.7小时,
电脑工作5小时,
所以我们要节约每一度电。
电功通常用电能表(俗称电度表)来测定,把电能表接在电路中,电能表的计数器上前后两次读数之差,就是这段时间内用电的度数。
现如今有一种IC卡电能表,用户买来IC卡后插入电能表读取卡中的金额。一旦金额用完,电能表切断电路,这时需要到银行为IC卡储值,重新插入电能表。
通常实验室用伏安法测电能。
在相同时间内,电流通过不同用电器所做的功,一般并不相同。例如,在相同的时间内,电流通过电动机车的电动机所做的功,要显著地大于通过电扇的电动机所做的功。为了表示电流做功的快慢,物理学中引入了电功率的概念。
电流在单位时间内所做的功叫做电功率。电功率用P来表示,P=W/t,而W=U×I×t(即电压乘以电流乘以时间),所以P=UI。
上式表明,电功率等于电压与电流的乘积。
在上式中,电压U的单位要用伏特,电流I的单位要用安培,这样,电功率P的单位就是瓦特。
电功率的单位还有千瓦,符号是kW。
1kW=1000W 1W=1000mW
把公式P=W/t变形后可得W=Pt,由此可以定义“千瓦时”,电流在1h内所做的功,就是1kW·h。
1kW·h=1000W×3600s
=3.6×10^6J
串联电路与并联电路中的电功率
P(电功率)单位:kW 千瓦 / W 瓦特
U(电压)单位:V 伏特
I(电流)单位:A 安培
W(电功)单位:kW·h 千瓦时 / J 焦耳
R(电阻)单位:Ω 欧姆
t(时间)单位:s 秒 / h小时
电流处处相等 I1=I2=I
总电压等于各用电器两端电压之和 U=U1+U2
总电阻等于各电阻之和 R=R1+R2
U1:U2=R1:R2
总电功等于各电功之和 W=W1+W2
W1:W2=R1:R2=U1:U2
总功率等于各功率之和 P=P1+P2
P1:P2=R1:R2=U1:U2
电压相同时电流与电阻成反比;电流相同时电压与电阻成正比
总电流等于各处电流之和 I=I1+I2
各处电压相等 U1=U2=U
并联电路中,等效电阻的倒数等于各并联电阻的倒数之和 1/R=1/R1+1/R2
总电阻等于各电阻之积除以各电阻之和 R=R1×R2÷(R1+R2)
总电功等于各电功之和 W=W1+W2
当电压不变时,电流与电阻成反比。
当电流不变时,电压与电阻成正比。
I1:I2=R2:R1
W1:W2=I1:I2=R2:R1
总功率等于各功率之和 P=P1+P2
P1:P2=R2:R1=l1:l2
额定功率
实验表明,用电器实际消耗的功率随着加在它两端的电压而改变,既然如此,我们就不能泛泛地说一个用电器的功率是多大,而要指明电压。用电器正常工作时的电压叫做额定电压,用电器在额定电压下的功率叫做额定功率。
我们使用各种用电器一定要注意它的额定电压,只有在额定电压下用电器才能正常工作,实际电压偏低,用电器消耗的功率低,不能正常工作。实际电压偏高,长期使用会影响用电器的寿命,还可能烧坏用电器。
W=UQ
电能也是一种能量,而这种能量的实施者就是电荷,电荷量就是这种能量在一般的时间内所有参与作功从A点到B点的实行者,每个电荷从A点到B点做的功就是电功,两者相乘就是AB的电功,就是消耗的电能。
W=UIt
我们来看一下电功的含义,电功通俗的讲就是AB之间的一段时间A点到B点所消耗的电能(A点到B点可以是一个用电器,也可以是一部分电路)电压的实质是一个单位的电荷从A点到B点所做的功,电流提供的是在一个单位时间内AB之间的电荷量,时间也有了,那么AB之间的电荷量在一定时间内从A点到B点所做的功也就是消耗的电能就是。
W=Pt
W电功P电功率t时间。
W=Pt
像功的计算方法一样就是功率乘以时间,在生活中可以理解为工作总量=工作效率×工作时间,同样道理电所做的功当就等于电做功的效率乘以时间。即
(注意:是纯电阻电路)