家用电能表如图6-10所示，很多家庭每个月都要依照上面显示的数字向供电局缴纳电费。你知道电能表测量的是什么吗？我们还发现灯泡上标有“220V，40W”的字样，有的电动机上标有“380V，5.4kW”的字样，这些数字和符号又表示什么意思呢？

一、电功

图6-10 家用电能表

在导体的两端加上电压，导体内就产生了电场。导体内的自由电荷在电场力的作用下发生定向移动，电场力就对自由电荷做了功。如果导体两端的电压为U，通过导体任一横截面的电荷量为q=It，那么电场力做的功W=qU，所以

在电路中，电场力对定向移动的电荷所做的功叫做电流的功，简称电功。上式表明，电流流过一段电路时所做的功W，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。

在SI中，W、U、I、t的单位分别是焦（J）、伏（V）、安（A）、秒（s）。在日常生活中，常用的电功单位还有千瓦时（kW·h），即“度”。

功是能量转化的量度，电流做功的过程实际上就是电能转化成其他形式能的过程。例如，电流通过电炉时，电能转化为热能；电流通过电动机时，大部分电能转化为机械能，小部分电能转化为热能；电流通过电解槽时，电能转化为化学能。电流做功消耗的电能是由电源供给的。

电流流过电路时做了多少功，就消耗了多少电能。所以，电能表显示的就是家庭消耗的电能。

二、电功率

电流所做的功跟完成这些功所用时间的比值叫做电功率，用P表示，因为

将（6-4）式代入，可得

上式表明，一段电路上的电功率P等于这段电路两端的电压U和电路中的电流I的乘积。在SI中，电功率的单位是瓦特，简称为瓦，符号是W，即1W=1J/s=1V·A

用电器的电功率越大，单位时间内消耗的电能就越多。下面表6-3是几种常用家用电器的额定功率。

表6-3 几种常用家用电器的额定功率

用电器的铭牌上都标明额定功率和额定电压，如图6-11所示。

用电器只有在额定电压下工作时，才能达到额定功率。如果把用电器接到高于它的额定电压的电路上，用电器消耗的电功率会超过它的额定功率，就有被烧坏的危险；而接到低于它的额定电压的电路上，它消耗的实际功率就比额定功率小，对一般电器产品在这种情况下不会损坏，但对于含有电动机的电器产品，则会有烧毁的危险。所以，在把用电器接入电路之前，必须注意电路实际电压与用电器的额定电压是否一致。

图6-11 液晶电视机和空调的铭牌

例题1 有一个额定值为“220V，1kW”的电暖器，正常工作时的工作电流是多大？如果由于供电线路老化，在用电高峰时电压下降到160V，它的实际功率将是多少？

分析 本题已知电暖器的额定功率、额定电压，可以由电功率的定义式求解它正常工作时的电流。如果电暖器两端的电压为160V，由于没有达到额定电压，它的功率也不是额定功率。应先算出它的电阻值，再根据欧姆定律计算它的实际电流，最后再计算它的实际功率。

解 已知：U=220V，P=1kW=1000W，U′=160V

求：I，P′

根据电功率公式P=UI，电暖器正常工作时的工作电流为

由部分电路欧姆定律可得，电暖器的电阻为

当电暖器两端的电压为160V时，电阻不变，根据欧姆定律得

所以，电暖器的实际功率是

答：正常工作时的工作电流是4.55A，它的实际功率为530W。

三、焦耳定律

电流通过导体时，导体要发热，这就是电流的热效应。英国物理学家焦耳（1818—1889）通过实验得出这样的结论：电流通过导体时产生的热量，等于电流的平方、导体的电阻和通电时间三者的乘积。这就是焦耳定律。用公式表为

上式中Q表示热量，I表示电流，R表示电阻，t表示通电时间，在SI中，它们的单位分别是焦（J）、安（A）、欧（Ω）、秒（s）。

如果用电器是纯电阻（白炽灯、电炉、电热器等），电流所做的功将全部转换为热量，这时部分电路欧姆定律U=IR可用，则有

对应的功率（常称为电热功率）为

如果不是纯电阻电路，部分电路欧姆定律不成立。例如电路中还包括电动机、电解槽等用电器。那么，电能只有一小部分转化为热力学能外，大部分电能转化为机械能、化学能等。在这种情况下，就不能再用上面的公式计算电功。

例题2 一台直流电动机，额定电压是220V，电动机的线圈电阻（内阻）为1.0Ω，正常工作时通过的电流是5.0A。求它的额定电功率和工作1h电流做的功及产生的热量。

分析 因为电动机不是纯电阻，部分电路欧姆定律不适用。因此在计算电功时，不能使用公式Q=W=IUt=I2 Rt=t，而只能用W=UIt进行计算。

解 已知：U=220V，I=5.0A，t=1h=3600s，R=1.0Ω

求：P，W，Q(www.daowen.com)

根据电功率的公式，可得电动机的额定电功率

由电功和电功率的关系可知，1h内电流做的功

由焦耳定律可知，1h内电流通过电动机产生的热量

答：电动机的额定功率为1.1×103W，工作1h电流做的功为3.96×106J，产生的热量为9.0×104J。

由计算结果可以看出，对于电动机这种非纯电阻用电器，电流所做的功远大于电流产生的热量，即大部分电能转化成了机械能。

电能由发电厂中的发电机发出，沿着导线输送到几百千米甚至几千千米之外。电流沿着导线流动时，能量会有损失，主要损失是由电流的热效应引起的。由焦耳定律Q=I2 Rt可知，为了减少输送过程中电能的损失，一种方法是尽量减小导线的电阻。由于输电距离不能改变，只能使用电阻率较小的铜导线并使其横截面更大一些来减小电阻，但导线过粗不但会消耗大量的金属材料，而且给架线带来困难。减小电能损失的另一种方法是减小导线中的电流。由P=UI可知，在输送电功率不变的前提下，要减小电流，必须提高电压。所以，远距离输电大多采用高压输电，如图6-12所示。

图6-12 高压输电

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家用电器的省电常识

电视机 当您使用电视机（如图6-13）时，无论是一般的彩色电视机还是液晶电视机，在不影响视听的情况下，亮度不要开得太亮，音量尽量关小。另外，不要频繁开关，对某些无交流关机功能的遥控彩电，关机后遥控接收部分仍然带电，且指示灯亮着，这将耗费部分电能，关机后应拔下电源插头。

功放机 功放机（如图6-14）节约用电的办法主要是减小音量，外接音箱的阻抗不可太小。避免多只音箱并联使用，尽可能减轻功放的负荷，以达到节电及保护机器的目的。

图6-13 液晶电视

图6-14 功放机

图6-15 电冰箱

电冰箱 （如图6-15）在日常生活中，应注意电冰箱内的食物不要装得太满，否则会阻碍冷气流通，造成冰箱制冷效率降低。冰箱内存放的食物也不宜太少，如果冰箱内食品太少，会散失冷气，浪费电能。电冰箱 应尽量减少开门次数和打开门的时间，除了无霜冰箱外，其他冰箱都应及时除霜。特别要注意定期给冷凝器除尘，以免影响制冷效果，浪费电能。

洗衣机 （如图6-16）在日常生活中，衣物应尽量集中洗涤，洗衣筒内所洗衣物应接近最大洗衣量，减少投放次数，提高工作效率。如果洗衣机已经使用了3年以上，发现洗涤无力时，应更换或调整洗衣机的电机皮带，使其松紧适度。每隔一段时间，应在洗衣机需要加油的地方加入润滑油，保证运转良好，达到节电的目的。

电饭煲 （如图6-17）电饭煲是功率较大的电炊用具。由于其保温性能特别好，用电饭煲煮食品时，锅里的水开了以后，可切断电源，利用余热还可以加热一段时间。如果饭没熟透可再一次接通电源。这样，断续通电可以节约用电20%～30%。

电熨斗 （如图6-18）使用电熨斗应尽可能将衣物集中熨烫，并根据不同的衣料选择相对应的温度控制点。如果您使用的是不能调温的普通电熨斗，还要掌握好温度，达到衣料所需温度时，应立即切断电源。需要保温的，可以在开关处并联一个3A、400V的整流二极管，当开关接通时为正常加热；当开关断开时，整流二极管串入电路，进入保温状态。电熨斗在保温状态下可节电40%左右。

图6-16 滚筒洗衣机

图6-17 电饭煲

图6-18 电熨斗

电风扇 （如图6-19）电风扇的电动机的耗电量与负载大小（即电风扇的叶片大小）及电动机所加电压大致成正比关系，电动机所加的电压与转速大致成正比关系。也就是说叶片直径越大，转速越高，耗电量越大。在基本满足风量的条件下，应尽可能选用叶片直径较小的电风扇。电风扇应在高速挡启动，达到额定转速后再切换到中速挡或低速挡，这样有利于电动机的快速启动，从而达到节电和保护电机的目的。

照明灯具 （如图6-20）家庭使用的照明灯具，应尽可能选用高亮度、小功率的节能灯具。目前推广的节能灯具，一般可节电20%～70%。如果不需要高亮度，可在电路中串入一个整流二极管（100W以下可选1A、400V；100～300W，选2A、400V），这样可节电40%左右。

图6-19 电风扇

图6-20 照明灯具

习题6-3

1.某学生宿舍供电电路中的熔断丝是按规格安装的，但经常被烧断。发生这种情况的原因可能是（ ）。

A.电路中某处短路 B.某个灯座内相线与零线直接相触

C.某个寝室经常使用大电炉D.进入宿舍的电压经常低于220V

2.在用电器功率为2.4kW，电源电压为220V的电路中，能不能选用熔断电流为10 A的保险丝？

3.一台额定电压为220V，功率为500W的电热水器，接在220V的线路中，试求：

（1）电热水器的电阻；

（2）通过电热水器的电流；

（3）如线路的电压降到200V时，电热水器的实际功率是多少？

4.额定电压为220V，电阻为24.2Ω的一台热水器，在正常工作时，它的电功率有多大？工作0.5h产生的热量是多少？

5.输电线的电阻R=1.0Ω，发电机的输出功率为100kW，求下列两种情况下输电线损失的热功率：

（1）用10kV的电压输电；

（2）用1kV的电压输电。