三、电功电功率2

1、电功和电功率,第十四章 第五节,广西北海市营盘中学 钟军,学习目标: 1.理解电功的概念,知道是指电场力对自由电荷所做的功,理解电功的公式,能进行有关的计算. 2.理解电功率的概念和公式,并能进行有关的运算. 3.知道电功率和热功率关系和区别. 4.知道电场力对自由电荷做功的过程是能量转化为其它形式的能量的过程.,电流通过一段电路时,自由电荷在电场力的作用下发生定向移动,电场力对自由电荷所做的功，这就是通常我们所说的电流所做的功，简称为电功,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,常用单位有：,1kWh3.6106J,(一)电功,1电功的

2、概念是:,2电功的公式是:,3电功公式的所表示的含义是：,4在国际单位制中电功的单位是：,焦（J）,千瓦时（kWh）.,单位转换关系：,推导,练习1,例题,例.有一个用电器,接入220V的电压时通过它的电流为1A,若通电时间为1小时则此用电器所消耗的电能是多少焦?即是多少度? 解:由电功公式W=UIt得 W=220V1A3.6103 S =7.92105 J = 7.92105 (3.6106 ) KWh = 0.22 KWh,返回,电功 跟完成这些电功所用的时间的比值(P=W/t)，也可以说是单位时间内电流所做的功叫做电功率,一段电路上的电功率P等于这段电路两端的电压U和电路中电流I的乘积,

3、电功率表示电流做功的快慢,常用单位有：,1kW103W106mW,2.电功率的公式是：,（二）电功率,1电功率的定义是：,3.电功率公式表示的含义是：,4电功率的物理意义是：,5在国际单位制中电功率的单位是：,瓦特,简称为 “瓦”（W）,毫瓦（mW），千瓦（kW）,单位转换关系：,推导:P=W/t=UIt/t=UI,例2,P=W/t=UI,额定功率：,几种常见家用电器的额定功率,实际功率：,用电器在实际电压下工作的功率是实际功率，,用电器铭牌上所标称的功率是额定功率，即是用电器在额定电压下正常工作的功率,只有用电器在额定电压下工作时,实际功率才等于额定功率,实际功率与额定功率的关系：,(三)、

4、电功率和热功率,1电流做功的实质：,在真空中，电场力对电荷做正功时，电荷做加速运动,减少的电势能转化为电荷的动能； 在金属导体中，在电场力作用下做加速运动的自由电子频繁地与离子碰撞，把定向移动的动能传给离子，使离子热运动加剧，将电能完全转化为内能,电流做功的过程，是电能转化为其他形式能量的过程,电动机主要是把电能转化为机械能； 电解槽(或给蓄电池充电)主要是把电能转化为化学能； 电热水器主要是把电能转化为内能,生活实例分析:,2焦耳定律: (初中学过) (1)内容:,注:焦耳定律既适用于纯电阻电路，也适用于非纯电阻电路；而欧姆定律=IR 只适用于纯电阻电路,只含有电阻的电路、如电炉、电烙铁等电

5、热器件组成的电路，白炽灯及转子被卡住的电动机都是纯电阻器件电能全部转化为内能的电路,电路中含有电动机在转动或有电解槽在发生化学反应的电路电能除了转化为内能以外还要转化为其它形式的能量的电路,电流通过导体时产生的热量Q等于电流I的二次方、导体的电阻 R 和通电时间 t 三者的乘积 ,(2)表达式：,纯电阻电路：,非纯电阻电路：,(注:此公式是由纯电阻电路 中Q=W=UIt=I2Rt推导而来,跳过,纯电阻电路:,电能 内能,Q I2Rt,W UIt,=,I=U/R,M,非纯电阻电路:,电能 内能+其它形式的能,W,W - Q,Q,UIt,I2Rt,IU/R,指某段电路在某段时间内消耗的全部电能!,

6、电能全部转化为内能,说明：欧姆定律不适用于非纯电阻电路,返回,纯电阻电路:,非纯电阻电路:,电能 内能,电能 内能+其它形式的能,Q I2Rt,W UIt,=,I=U/R,电功 = 电热,：W=Q,= UIt,=I2Rt,=U2t/R,M,W,W - Q,Q,UIt, I2Rt,IU/R,电功：W= UIt,电热：Q=I2Rt,返回,热功率：,表示电阻元件在单位时间内导体所释放出热量(即是导体所释放出热量和所用的时间的比值：Q/t),（）热功率的定义是：,热功率也等于通电导体中电流I 的二次方与导体电阻R 的乘积,（）热功率的表达式是：,此公式说明了:,返回,3电功率与热功率的关系与区别 （1

7、）区别： 电功率是指某段电路上消耗的全部电功率，它决定于这段电路两端电压和通过的电流强度的乘积P电=UI 热功率是指在这段电路上因发热而消耗的功率决定于通过这段电路电流强度的二次方和这段电路电阻的乘积P热=I 2R （2）联系： 对纯电阻电路，电功率等于热功率； P电= P热 对非纯电阻电路，电功率等于热功率与转化为除热能外其他形式的功率之和即:电能 内能+其它形式的能 ,所以P电P热,例4,图解1,图解2,纯电阻电路:,电能 内能,Q I2Rt,W UIt,=,I=U/R,M,非纯电阻电路:,电能 内能+其它形式的能,W,W - Q,Q,UIt,I2Rt,IU/R,指某段电路在某段时间内消耗

8、的全部电能!,电能全部转化为内能,说明：欧姆定律不适用于非纯电阻电路,返回,纯电阻电路:,非纯电阻电路:,电能 内能,电能 内能+其它形式的能,Q I2Rt,W UIt,=,I=U/R,电功 = 电热,：W=Q,= UIt,=I2Rt,=U2t/R,电功率=热功率：P =P热 = UI = I2R = U2/R,M,W,W - Q,Q,UIt, I2Rt,IU/R,电功：W= UIt,电热：Q=I2Rt,电功率：P=UI,热功率：P热=I2R,返回,小结：,电功,电功率,热功率,焦耳热,练习三 1.日常用的电功的单位是kWh(俗称为度). 1kWh等于功率为1kW的用电器在1小时内所消耗的电功

9、. 1kWh等于多少焦耳? 2.有两个额定电压为220V的灯泡,一个功率为40W,另一个为100W. A.正常发光时,哪一个灯光的电阻大?电阻各为多少? B.把它们分别改接到110V的电压上,哪一个电功率大?功率各为多少? C.把它们串联后接在220V的电压上哪一个消耗的电功率大?功率各为多少? (注:不考虑温度对电阻的影响,认为灯光的电阻仍然为正常发光时的电阻) 3.使用功率为2kW的电炉把2kg有水从20加热到100,需要多长时间?已知电炉的效率为60 ,水的比热容为4200J/(kgk). 5.如图14-11所示,线路的电压为U=220V,每条输电线路的电阻r=5 ,电炉A的电阻RA=1

10、00 ,求电炉A上的电压和它消耗的功率,如果再并联一个阻值相同的电炉B,则两个电炉上的电压和每个电炉上所消耗的功率各为多少?,1.日常用的电功的单位是kWh(俗称为度). 1kWh等于功率为1kW的用电器在1小时内所消耗的电功. 1kWh等于多少焦耳? 解:W=Pt=1 kW1h=1103W3600S =3.6106J,返回,例2.有两个额定电压为220V的灯泡,一个功率为P1 =40W,另一个为P2= 100W. (1).正常发光时,哪一个灯光的电阻大?电阻各为多少? (2).把它们分别改接到110V的电压上,哪一个电功率大?功率各为多少? (3).把它们串联后接在220V的电压上哪一个消耗

11、的电功率大?功率各为多少? (注:不考虑温度对电阻的影响,认为灯光的电阻仍为正常发光时的电阻 ) 解:(1)由P=U2 /R得: R1 = U2 / P1 =2202/40= 1210() R2 = U2 / P2 =2202/100=484() (2)若把它们分别改接到110V的电压上时,由P=U2 /R得: P1 = U2 / R1 = 1102/1210= 10(W) P2 = U2 / R2 =1102/484=25(W) (3).若把它们串联后接在220V的电压上时,由串联电路的特点可得通过R1和R2的电流相等即 I=U/(R1+R2)=220/(1210+484)=0.13(A)

12、所以 P1 = I 2 R1 = 0.131210=157.3W P2= I 2 R2 = 0.13484=62.92W,返回,3.使用功率为2kW的电炉把2kg有水从20加热到100,需要多长时间?已知电炉的效率为60 ,水的比热容为4200J/(kgk). 解: Q吸热= W有用功=W电 即 Cm(T2-T1) = P电t t=Cm(T2-T1)/(P电) =42002 (100-20) (0.6 2000)S =560(S),5.如图14-11所示,线路的电压为U=220V,每条输电线路的电阻r=5 ,电炉A的电阻RA=100 ,求电炉A上的电压和它消耗的功率,如果再并联一个阻值相同的电

13、炉B,则两个电炉上的电压和每个电炉上所消耗的功率各为多少? 解(1)若只有电炉A接入电路时,由串联电路的分 压关系可知,电路A上的电压U为220V, A消耗的功率为PA=U2/R=2202/100=400W (2)若电炉A和B都接入电路时,由并联电 路特点A和B的等效电阻为RAB=50 加在A和B上的电压为UAB, 导线上的电势降(即导线电阻上所分得的电压)为U2r, 由串联电路的特点每个电阻所分得的电压与电阻成正比,则有 UAB/U2r=RAB/2r=50/10=5 又因为 UAB+U2r=220V, 解得UAB=138(V) 每个电炉上所消耗的电功率为: PA=PB=UAB/RA=138

14、2/100=335(W),图14-11,例4：铭牌为 “220V、66W”的电风扇，线圈电阻为20，求: (1)接上220V的电压正常运转后，电风扇转化为机械能的功率和发热功率。(2)如果接上电源后扇叶被卡住不能转动,求电动机消耗的功率和发热的功率。 解: (1)接上220V的电压正常运转后, 电风扇的电功率为:P电 通过电风扇的电流为: 电风扇发热功率: 电风扇转化为机械能的功率为 (2)如果接上电源后扇叶被卡住不能转动时,电风扇相当于一个电阻,则电动机消耗电功率功率等于发热功率。即,66,I=P额/U=66/220=0.3A,P热= I2R=0.3 220=1.8(W),P机械能=P电- P热=66-1.8=64.2W,P电=P热= UI=U2/R=2202/20=2420W,返回,电功公式的推导:,如上图所示,若某段电路两端的电压为U，通过的电流为I，则在时间 t 内通过这段电路任一横截面的电荷量,所以 电场力