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电工技术

电路基础知识——电功和电功率

Author: Date:2012-6-6 16:13:55

一、电功

搬运工将重物举到高处,这是人力做功,消耗的是体能;使用电动葫芦同样也能把重物举到高处,这是电流做功,消耗的是电能。


电流做功的过程,实质上就是将电能转化为其他形式的能的过程。例如:电流通过电动机做功,电能转化为机械能;电流通过电炉做功,电能转化为热能;电流通过灯泡做功,电能转化为热能和光能;电流通过电解槽做功,电能转化为化学能等等。

电流所做的功,简称电功(即电能),用字母W表示。研究表明,电流在一段电路上所做的功等于这段电路两端的电压U、电路中的电流I和通电时间t三者的乘积,即:

W=UIt

式中的WUIt的单位分别用JVAs

电能的另一个常用单位是千瓦时,用符号Kw·h表示,即通常所说的1度电,它和焦耳的换算关系为:

1kW·h=3.6x106J

二、  电功率

在相同的时间内,电流通过不同的用电器所做的功,一般并不相同。例如,电流通过电力牵引机车的电动机所做的功,显然要比通过微风电扇的电动机所做的功要大的多。为了表征电流做功的快慢程度,引入了电功率这一物理量。

电流在单位时间内所做的功称为电功率,用字母P表示,单位为W,其计算式为

P=W/t=UI

对于纯电阻电路,上式还可以写为

P=I2RP=U2/R

讨论全电路欧姆定律时,已知在一个闭合回路中,电源电动势等于外电路电压降与内电路电压降之和,即

E=U+U

E=IR+Ir

将上式两边同乘以I,可得

IE=I2R+I2r

P电源=P负载+P内载

上式表明,在一个闭合回路中,电源电动势发出的功率,等于负电阻消耗的功率和电源内阻消耗的功率之和。这种关系称为电路中的功率平衡。

三、  电流的热效应

电流通过导体时使导体发热的现象称为热效应。也就是说,电流的热效应就是电能转化成热能的效应,电流与它流过导体时所产生的热量之间的关系可用下式表示:

Q=I2Rt

Q的单位是J,这种热也称焦耳热。

四、  负载的额定值

电流的热效应也有不利的一面,如电动机在运行中发热,不仅消耗电能,而且会加速绝缘材料的老化,严重时会发生事故。因此,在电气设备中应采取防护措施,以避免电流的热效应所造成的危害。例如,许多电气设备的机壳上都装有散热孔,有的电动机里还装有风扇,都是为了加快散热。

电气设备安全工作时所允许的最大电流、最大电压和最大功率分别称为它们的额定电流、额定电压和额定功率。一般元器件和设备的额定值都标在其明显位置,如灯泡上标有的“220V/40W”和电阻上标有的“100Ω/2w”等。电动机的额定值通常标在其外壳的铭牌上,故其额定值也称铭牌数据。

电气设备在额定功率下的工作状态叫做额定工作状态,也叫满载;低于额定功率的工作状态叫轻载;高于额定功率的工作状态叫过载或超载。由于过载很容易烧坏用电器,所以一般不允许出现过载。