电功率=电压×电流,即P=UI。
电功率,相信大家都耳熟能详,它用于描述电能消耗的快慢,表示电场力在单位时间内对电荷所做的功,符号为P,单位为瓦特[W]。例如功率为100W的电灯每小时消耗0.1度电(kWh);功率为200W电灯每小时消耗0.2度电(kWh)。
和电功率有关的公式有很多,如下图所示的W=Pt,P=UI,P=I2R等。那么,其中的P=UI(电功率=电压×电流)又是怎么来的呢?这个公式是不是适用于所有电路?
其实,不管是交流电路还是直流电路,不管是瞬时值、有效值或者是直流电路的恒定值,功率都是等于电压乘以电流的,也就是说,p=ui这个公式适用于所有电路,注意,这里的p、u、i用的都是小写。
功率表示了电能消耗的快慢,也就是电场力对电荷做功的快慢,回顾电压的定义,你们发现了什么?
没错,功率中所谓的电场力做的功和电压中的电场力做的功,其实是同一个功。区别在于,功率中电场力做功是对所有电荷而言的,而且是单位时间内。
例如现在有一个元件,如下图1-7所示,由于电场的作用,其两端的电压为u,这表示该元件内一个正电荷从A点移到B点,电场力就做了u的功,所花是时间为Δt。
若在这个Δt的时间内,有Δq个电荷从A点移到了B点,那么此时电场力做的总功就为ΔW=Δq×Δt。结合电流的定义,在Δt的时间内,有Δq个电荷从A点移到了B点,在元件AB间取任一截面可以求得单位时间内通过该截面的电荷量,即电流为i=Δq/ Δt。
功率在表达式上,为电场力做的功除以时间,即p=ΔW/Δt,如图1-7所示,显然将电压u乘以电流i也可以得出ΔW/Δt,即p=ui。咦?这就很神奇!
对于p=ui,在明白了p、u、i这几个物理量的前提下,我们可以这样理解:把一个电荷从A移到B做的功是u,单位时间内移了i个电荷,ui相乘,就表示单位时间内移了i个电荷做的功,这就是功率p。
另外要说明的一点是,以上的时间变化量Δt可以取得无限短,在这个无限短的时间内都满足p=ui,这就表明了电压和电流可以是瞬时值,所乘出来的功率是瞬时功率,所以这里用小写字母表示。
我们家用电器上所标的功率,都是指的平均功率,用大写的P表示,而它为什么等于电压有效值乘以电流有效值,根本上也是从瞬时功率p=ui推导出来的,这个推导的过程涉及到微积分,我在此就不再展开讲解。
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