電功和電功率
(3)表達式:
說明:
①表達式的物理意義:電流在一段電路上的功,跟這段電路兩端電壓、電路中電流強度和通電時間成正比。
②適用條件: 、 不隨時間變化——恒定電流。
(4)單位:電流單位用安培(a),電壓單位用伏(v),時間單位用秒(s),則電功的單位是焦耳(j)。
(5)電功率
①表達式:
物理意義:一段電路上功率,跟這段電路兩端電壓和電路中電流強度成正比。
②單位:功的單位用焦耳(j),時間單位用秒(s),功率單位為瓦特(w)。
1w=1j/s
這里應強調說明:推導過程中沒用到任何特殊電路或用電器的性質,電功和電功率的表達式對任何電壓、電流不隨時間變化的電路都適用。再者,這里 是電場力做功,是消耗的總電能,也是電能所轉化的其他形式能量的總和。
電流在通過導體時,導體要發熱,電能轉化為內能。這就是電流的熱效應,描述它的定量規律是焦耳定律。
學生一般認為, ,又由歐姆定律, ,所以得出 ,電流做這么多功,放出熱量 。這里有一個錯誤,可讓學生思考并找出來。
錯在 ,何以見得電流做功全部轉化為內能增量?有無可能同時轉化為其他形式能?
英國物理學家焦耳,經過長期實驗研究后提出焦耳定律。
2、焦耳定律——電流熱效應
(1)內容:電流通過導體產生的熱量,跟電流強度的平方、導體電阻和通電時間成正比。
(2)表達式:
對于導體而言,根據歐姆定律, ,所以 ,電流做功完全用來生熱,電能轉化為內能。
(3)說明:焦耳定律表明,純電阻電路中電流做功完全轉化為內能,同時,有電阻的電路中電流做功會引起內能的增加,且電熱 。
(4)簡單介紹產生焦耳熱的原因:
金屬中自由電子在電場力作用下定向移動,由于電場做功,電子動能增加,但不斷地與晶格(原子核點陣)碰撞,不斷把能量傳給晶格,使晶格中各粒子在平衡位置附近的熱運動加劇,從而溫度升高。
(5)純電阻電路中的電功和電功率
①電功 ,對所有電路中電阻的生熱都適用。
結合純電阻電路歐姆定律 ,
②電功率 ,對所有電路中電阻的電熱功率都適用。
結合純電阻電路歐姆定律
3、非純電阻電路中的電功和電功率(以含電動機電路為例)
非純電阻電路中,電能與其他形式能轉化的關系非常關鍵。以電動機為例,電動機電路如圖所示,電動機兩端電壓為 ,通過電動機電流為 ,電動機線圈電阻為 ,則電流做功或電動機消耗的總電能為 ,電動機線圈電阻生熱 ,電動機還對外做功,把電能轉化為機械能, 是電動機輸出的機械能。
考慮每秒鐘內能量轉化關系,即功率,只要令上述各式中 =1s即可,可得總功率 ,電熱功率 ,輸出功率 ,三者關系是 。
4、額定功率和實際功率
為了使用電器安全、正常地工作,對用電器工作電壓和功率都有規定數值。
(1)額定功率:用電器正常工作時所需電壓叫額定電壓,在這個電壓下消耗的功率稱額定功率。
一般說來,用電器電壓不能超過額定電壓,但電壓低于額定電壓時,用電器功率不是額定功率,而是實際功率。
(2)實際功率 , 、 分別為用電器兩端實際電壓和通過用電器的實際電流。