第七节 电功与电功率
一、电功
电流通过电灯泡时，电灯泡会发光；电流通过电动机时，电动机会转动；电流通过电炉时，电炉会发热……这说明，电流通过不同的负载时，能将电能转化为不同形式的能量。而能量的转化必须通过做功来实现，可见，电流在通过负载时要做功。我们把电流通过负载时做的功，称为电功或电能，用W表示。
实验表明，如果加在一段电路两端的电压为U，电路中的电流为I，则在时间t内电流所做的电功为
式中，U的单位是伏特（V）；I的单位是安培（A）；t的单位是秒（s）；电功W的单位是焦耳，简称焦，单位符号是J。
在实际应用中，电功还有一个常用单位是千瓦时，单位符号是kW·h，俗称度（电）。
1度（电）=1千瓦时=1kW·h=3.6×106J
也就是，一个1kW的用电器工作1h所消耗的电能为1度电。
对于纯电阻电路，由于
U=IR，，代入式（1-9）可得
注意，电流做功的过程实质上就是电能转化为其他形式能量的过程。
电能用电能表（电度表）来进行测量。电能表的外形结构如图1-16所示。
图1-16 电能表
二、电功率
电功是衡量电流做功大小的物理量。但电流通过不同的用电器将电能转化为其他形式能量的快慢不一样，即电流做功的快慢不一样。为了表征电流做功的快慢程度，我们引入电功率这一物理量。
电流在单位时间内所做的功叫做电功率，用P表示，公式为
式中，W为电流所做的功（即电能），单位是焦耳（J）；t为完成这些功所用的时间，单位是秒（s）；P为电功率，单位是瓦特，简称瓦，单位符号是W。
将W=IUt代入式（1-11）可得
对于纯电阻电路，电能完全转化为热能，则电功率的公式可写成
电功率常用功率表（瓦特表）来进行测量。功率表的外形结构如图1-17所示。
图1-17 功率表
观察与思考
有人认为电阻消耗的功率与电阻的大小成正比（P=I2R），但也有人认为电阻消耗的
功率与电阻成反比 ，哪一种看法正确？为什么？
三、功率的参考方向
为了便于对功率问题进行分析，同样，对功率也和电压、电流一样引入参考方向。一般用“+”符号表示吸收功率（即P＞0），用“−”符号表示发出功率（即P＜0）。例如，对于蓄电瓶来说，如果它处于充电状态，那么它是吸收能量的，实质上是处于负载状态的；如果它处于放电状态，那么它是发出能量的，实质上是处于电源状态的。
应当强调指出以下两点。①当电流、电压为关联参考方向时，则式（1-12）定义电路或元件是吸收功率；当P＞0时，表示电路或元件吸收功率；当P＜0时，与定义相反，表示电路或元件发出功率。②当电流、电压为非关联参考方向时，则式（1-12）定义电路或元件是发出功率；当P＞0时，表示电路或元件发出功率；当P＜0时，与定义相反，表示电路或元件吸收功率。例如，某电路或元件吸收功率5W，则也可认为它发出功率−5W；同理，如果某电路或元件发出功率5W，也就可认为它吸收功率−5W。
四、电流的热效应
大量例子表明，电流通过导体时会发热，这种现象称为电流的热效应。
实验结果表明，电流通过导体产生的热量，与电流的平方、导体的电阻及通电时间成正比。这称做焦耳定律。热量用Q表示，其单位是焦耳（J）。用公式表示为
电流的热效应有利有弊。例如，电烙铁、电炉、电烤箱等都是利用电流的热效应原理制成的。但电流的热效应也有不利的一面。例如，电流通过输电线、电动机、变压器时，不仅浪费电能，还会加速绝缘材料的老化，严重时会因温度过高而烧坏设备，所以，在许多电气设备中都采取了防护措施。例如，变压器中的变压器油就是起冷却作用的，有的电动机里装有风扇，在计算机的主机里也装有小型电风扇，这都是为了加快散热。
五、电气设备的额定值
为了保证各种电气设备能够安全、正常地工作，各种电气设备都规定有额定值。电气设备长期安全工作时所允许的最大电压、最大电流和最大功率分别叫做它们的额定电压、额定电流和额定功率，分别用Ue、Ie、Pe表示。一般元器件和设备的额定值都标注在其上面的明显位置。例如，电灯泡上标有220V/40W，电阻上标有100Ω/2W等。电气设备的额定值通常标注在一块小金属牌（铭牌）上，固定在设备的外壳上，便于使用者观察。
电气设备在额定电压下工作时，其消耗的功率正好是额定功率，电气设备正常工作。此种状态称为满载。
电气设备在低于额定电压下工作时，其消耗的功率小于额定功率，电气设备不能得到充分利用或根本无法工作。此种状态称为轻载。
电气设备在高于额定电压下工作时，其消耗的功率大于额定功率，电气设备很容易被烧坏或造成严重事故。此种状态称为过载。
轻载和过载都属于不正常的工作状态，一般是不允许出现的。
例题1-7 有一个额定值为100Ω/1W的电阻，使用时允许通过的最大电流是多少？此电阻能否接在15V的电源上使用？
解：由P=I2R得
由上可知，使用时允许通过的最大直流电流是100mA，电阻两端允许加的最大直流电压为10V，故不能直接接在15V的电源上使用。
例题1-8 额定电压是220V、电阻为48.4Ω的电炉，它的额定功率是多少？正常工作30min，产生的热量是多少？
解：电炉是电阻性负载，所以额定功率为
由焦耳定律得
观察与思考
白炽灯泡的灯丝烧断后若能想办法重新搭上，会发现电灯泡比原来更亮了。这是为什么？