在电路中,由于电源的接入,在负载的两端产生了电压,即形成了电场。在电场力作用下,电荷定向移动便形成电流,电场力做了功,也称电流做功,称为电功。
电流流过负载做功的过程就是将电能转换成其他形式的能的过程。如果负载是电阻丝,则将电能转换成热能(内能);如果负载是电动机,则将电能转换成机械能。电流做功的多少也就是电能的大小,因此电功也称电能。
如果加在导体两端的电压为U,在t的时间内通过导体横截面的电荷量为q,产生的电流为I,则根据电压的定义式,可得电功的大小为
W=qU=UIt (1-12)
式中 U——加在导体两端的电压,单位为V;
I——导体中的电流,电位为A;
t——通电时间,单位为s;
W——电能,单位为J。
式(1-12)说明,电流在一段电路上所做的功,与这段电路两端的电压、电路中的电流和通电时间成正比。
在实际使用中,电能常以千瓦时为单位,俗称度(电),符号是kW.h。
1度(电)=1kW·h=3.6×106J
对于纯电阻电路,欧姆定律成立,则电能公式还可以写成
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所谓纯电阻电路是指在通电的状态下,负载只有发热而没有对外做其他的功,即电能全部转化为内能(热能),而不转化为其他形式的能量的电路。例如,白炽灯、电炉、电烙铁、电熨斗、电水壶、电饭煲、电烘箱等,它们工作时都可以看作只是发热,因此这些电路都是纯电阻电路。在纯电阻电路中,欧姆定律成立。
非纯电阻电路是指电能不仅转化为热能,还转化为其他形式的能量的电路。例如,日光灯、电动机、电风扇、发电机、变压器等,它们工作时除了发热以外,还对外做功,所以,这些电路是非纯电阻电路,欧姆定律不成立。
电能表又称电度表,是计量电能的仪表。常见的家用电能表外形如图1-52所示,它的计量单位是kW.h,常称度(电)。
【例1-11】有一功率为60W的白炽灯,每天使用它照明的时间为5h,按平均每月30天计算,每月消耗的电能为多少焦耳?合为多少度(电)?
图1-52 电能表
解:该白炽灯平均每月工作时间
t=5×30h=150h
每月消耗的电能为
W=Pt=60×150×3600J=3.24×107J
用kW·h,即度(电)来计量
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