在我们的生活和工作中,使用着形形色色的电气设备,它们都是利用电流在做功。电流在做功的过程中,把电能转换成其他形式的能量—热能、光能、机械能、声能、化学能等等。
怎样计量电流所做的功
电流做功的能力叫电能。能只有以做功的形式才能表现出来,而功又是测量能量的唯一尺度。测量电能,就是求出电源消耗自己的能量时所作的功。
电流的功可以同河水的功相比拟。河水如果停止不动,它就不会做任何的功。河流做功的能力决定于河流的水量和水压。同样,电流所做的功也决定于流过电路的电量和电路两端的电压。因此,电流通过某一段电路时所做的功,可以用通过这段电路的电量与这段电路两端电压的乘积来计量,即W=UQ
式中 W——电流所做的功(焦耳)
Q——流过电路的电量(库仑)
U——电路的端电压(伏)
大家知道,在时间t内通过电路的电量Q,等于电流I与时间t的乘积,即Q=It
将Q的值代入计算电功的公式,得
W=UQ=UIt
即电流在电路上所做的功W,与电路两端的电压U、流过电路的电流I以及通电时间t成正比。
电功的基本计量单位是焦耳,用符号J表示。1焦耳就是在电压为1伏时,1安电流在1秒钟内所做的功。在电路计算中,电功常用瓦特秒作单位,符号为Ws。1瓦特秒也就是1焦耳,即
1(J)=1(Ws)=1(V)×1(A)×1(s)
根据欧姆定律的公式U=IR、I=U/R,分别代入计算电功的公式,可得
W=I\(^{2}\)Rt, W=U\(^{2}\)/R·t
这几个公式是完全等价的,可以根据不同的已知条件来灵活运用。
〔例题〕 一只50Ω的电阻器,通过它的电流为0.2A,求该电阻器2小时消耗的电能。
解:因为 W=I2Rt
所以 W=0.2\(^{2}\)×50×2×3600=14400(J)
电流做功的速率——电功率
在实际工作中,我们不仅常常要计算电功(电能),还需要知道电气设备做功的速率。电气设备在单位时间内所做的功叫电功率,用符号P表示,即
P=W/t
式中 P——电功率(瓦特)
W——电功(焦耳或瓦特秒)
t——时间(秒)
因为 W=UIt
所以 P=W/t=UIt/t=UI
这就是说,电流在电路中所产生的电功率P,在数值上等于电压和电流的乘积。
根据欧姆定律的公式U=IR、I=U/R,还可以导出以下公式
P=I\(^{2}\)R 及 P=U\(^{2}\)/R
电功率的基本单位是瓦特,简称瓦,用符号W表示。1瓦特就是1伏特电压推动1安培电流所产生的电功率,即
1(W)=1(V)×1(A)
电功率的较大单位为千瓦,用符号kW表示,即
1千瓦(kW)=1000瓦(W)
在电子电路中,电功率常使用较小的单位,它们是
1毫瓦(mW)=1/1000瓦(W)
1微瓦(μW)=1/1000毫瓦(mW)
各种电气设备都标出了它们各自的电功率,用以表示做功的速率。例如,内热式电烙铁为20W,电磁灶为1200W,白炽灯泡为60W,等等。
〔例题〕 二极管整流滤波电路中使用的滤波电阻为50Ω,流过电阻的电流为0.5A,求电阻的电功率。
解:P=I\(^{2}\)R=0.5\(^{2}\)×50=12.5(W)
〔例题〕 有一只150W的白炽灯,接在220V的电源上,计算流过灯丝的电流。
解:I=P/U=150/220=0.682(A)
〔例题〕 一只10kΩ/1W的碳膜电阻,它的额定电流和额定电压各为多大?
解:因为P=I\(^{2}\)R
所以 I=\(\sqrt{P}\)/R=\(\sqrt{1}\)/10000=0.01(A)
又因 P=UI
所以 U=P/I=1/0.01=100(V)
1度电是多少?
电流在做功的过程中不断地消耗着电能。电气设备的耗电量取决于它的电功率和用电时间,即W=Pt
在实际计算时,电功率P的单位用千瓦(kW),时间t的单位用小时,于是耗电量就用千瓦小时作单位,符号为kWh。1千瓦小时就是常说的1度电。
〔例题〕 有5盏40W的白炽灯,每天平均使用5小时,计算每月消耗的电能。
解:5盏灯的总功率为 P=5×40=200(W)
每月用电小时数 t=5×30=150(h)
每月消耗的电能 W=Pt=0.2×150=30(kWh)
(向群)