问题导入

电灯通电会发光，电能转化成光能；电水壶通电会加热，电能转化为内能；机床通电会转动，电能转化成机械能……在这些电器或机器工作时，会消耗多少电能呢？电器或机器上都标有额定电压和额定功率（图5-2-1），这些数据和它们消耗的电能有什么关系呢？

图5-2-1　某饮水机外型及铭牌

1.电功

当电流通过用电器时，电流会做功，我们把电流做的功称为电功。

理论推导和实验均可得出：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。用公式表示为

W=UIt

前面我们已经学习过，功是能量转化的量度。电流做功的过程也是电能转化成其他形式的能的过程。例如，电流通过电动机做功时，电动机转动并发热，电能转化为机械能和内能；电流从电灯的灯丝中通过时，电灯发光、发热，电能转化为光能和内能。在电能转化为其他形式的能时，同样遵守能量守恒定律。电流做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能。

2.电功率

电流做功与所用时间的比值，叫作电功率。用P表示电功率，则有

上式表示，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。

其中，电压U、电流I和通电时间t的单位分别是V、A和s，电功W和电功率P的国际单位分别是J和W。

我们常常看到用电器上标明电功率和电压，如某个灯泡上标有“220V100W”字样，表示它正常工作时的电压和电功率。我们把电器正常工作时的电压称为额定电压。用电器在额定电压下工作，消耗的电功率称为额定功率。

由于P=UI，根据用电器的额定功率和额定电压可以求出它的额定电流。例如，标有“220V100W”字样的灯泡，额定电流。演示实验

根据如图5-2-2所示的电路图，将小灯泡、电源、电压表、电流表、滑动变阻器和开关连接起来。调节滑动变阻器的滑片位置，改变小灯泡两端的电压，读出电压和相应的电流值，由公式P=UI，计算出在额定电压下和较低电压下小灯泡消耗的电功率并观察小灯泡亮度的变化。

图5-2-2　电功率和电压电流的关系

通过实验发现：在额定电压下，小灯泡正常发光；低于额定电压时，灯泡亮度变暗了，表明这时它消耗的电功率小于额定功率。由此可见，改变加在灯泡上的电压，就改变通过它的电流，进而改变了它消耗的电功率。调节灯光亮度的装置都是根据这个原理实现调光的。

应该注意的是，如果把用电器接到高于它的额定电压的电源上，用电器消耗的电功率超过它的额定功率，就有烧坏的危险。另外，有的用电器如日光灯、电风扇、电冰箱以及工厂需要用电动机带动的各种车床和设备等，当电源电压比它们的额定电压低很多时，这些用电器和设备往往不能启动，并有损坏的危险，所以电压过高、过低都不行。使用电器时，在用电器接通电源之前，必须查清用电器的额定电压与电源电压是否基本一致。

STS(www.daowen.com)

漏电保护器

在生产和生活过程中，为了防止触电事故，用电单位和家庭都安装漏电保护器，漏电保护器的主要技术参数有额定频率、额定电压、额定电流、额定漏电动作电流、额定漏电不动作电流、分断时间。我们在选择漏电保护器时，一定要按照上述技术参数进行选择。

3.电热　焦耳定律

如果一段电路中只有电阻元件，在这段电路中电流做的功W等于电流通过这段电路时发出的热量Q，即

Q=W=UIt

由欧姆定律U=IR，热量Q的表达式可写成

Q=I2Rt

这个关系最初是焦耳用实验直接得到的，这就是我们在初中学过的焦耳定律。

单位时间内发热的功率，通常称为热功率。

P=I2R

W=UIt和Q=I2Rt意义是不同的。W=UIt表示输入一段电路的全部电能，或者说在这段电路上消耗的全部电能；Q=I2Rt则是这段电路上因发热而消耗的电能。在电路中只有电阻元件时，二者是相等的，如图5-2-3甲所示。当电路中有电动机、电解槽等用电器时，电能要分别转化成机械能、化学能等，只有一部分转化成内能，这时二者并不相等，电功率大于热功率，如图5-2-3乙所示。

图5-2-3　电功与电热的大小关系

想想议议

发电厂发出的电送到用户需要很长的距离，我们称为远距离输电。在远距离输电过程，由于导线长度很大，电阻比较大，会产生很多的热量，损失很多电能，为了解决这一问题，采用高压输电。你能用本节课的内容解释一下原因吗？

习　题

1.记下某种用电器的额定功率和额定电压，求出它在正常工作时的电流。

2.已知一多功能插排的额定电压是220V，额定电流是10A，在电源电压为220V的电路中，如果让它同时接通一台“220V1500W”规格的电暖气和一个“220V1200W”规格的电吹风，二者能否正常工作？

3.日常使用的电功单位是kW·h（俗称“度”），1kW·h等于功率为1kW的用电器在1h内所消耗的电功。那么，1kW·h等于多少J？

4.40W的白炽灯几小时消耗1度电？10kW的电动机1h消耗多少度电？

5.输电线的电阻为1Ω，输送的电功率是10000kW。如果用400V的低压送电，输电线上因发热损失的功率是多少？改用110kV的高压送电，输电线上因发热损失的功率又是多少？