1.1.7 电功、电功率和焦耳定律

1.电功

电流流过灯泡，灯泡会发光；电流流过电炉丝，电炉丝会发热；电流流过电动机，电动机会运转。可见，电流流过一些用电设备时是会做功的，电流做的功称为电功。用电设备做功的大小不仅与加到用电设备两端的电压和流过的电流有关，还与通电时间的长短有关。电功可用下面的公式计算：

W=UIt

式中，W表示电功（J）；U表示电压（V）；I表示电流（A）；t表示时间（s）。

2.电功率

电流需要通过一些用电设备才能做功，为了衡量这些设备做功能力的大小，引入一个电功率的概念。电功率是指电流在单位时间内所做的功。电功率常用P表示，单位是瓦（W），此外还有千瓦（kW）和毫瓦（mW），它们之间的关系是：

1kW=10³W=10⁶mW

电功率的计算公式是：

P=UI

根据欧姆定律可知U=IR，I=U/R，所以电功率还可以用公式P=I²R和P=U²/R来求。

举例：在图1-13电路中，灯泡两端的电压为220V（与电源的电动势相等），流过灯泡的电流为0.5A，求灯泡的功率、电阻和灯泡10s所做的电功。

灯泡的功率：P=UI=220V×0.5A=110VA=110W

灯泡的电阻：R=U/I=220V/0.5A=440V/A=440Ω

灯泡10s所做的电功：W=UIt=220V×0.5A×10s=1100J

这里要补充一下，电功的单位是焦耳（J），在电学中常用另一个单位：千瓦时（kW·h），也称为度。1千瓦时=1度，千瓦时与焦耳的关系是：

1千瓦时=1×10³瓦×（60×60）秒=3.6×10⁶瓦·秒=3.6×10⁶焦

1千瓦时可以这样理解：一个电功率为100W的灯泡连续使用10小时，消耗的电功为1千瓦时（即消耗1度电）。

3.焦耳定律

电流流过导体时导体会发热，这种现象称为电流的热效应。电热锅、电饭煲和电热水器等都是利用电流的热效应来工作的。

英国物理学家焦耳通过实验发现：电流流过导体，导体发出的热量与导体流过的电流、导体的电阻和通电的时间有关。这个关系用公式表示就是：

Q=I²Rt

式中，Q表示热量（J）；R表示电阻（Ω）；t表示时间（s）。

焦耳定律说明：电流流过导体产生的热量，与电流的平方及导体的电阻成正比，与通电时间成正比。由于这个定律除了由焦耳发现外，俄国科学家楞次也通过实验独立发现，故该定律又称为焦耳-楞次定律。

举例：某台电动机额定电压为220V，线圈的电阻为0.4Ω，当电动机接220V的电压时，流过的电流是3A，求电动机的功率和线圈每秒发出的热量。

电动机的功率：P=UI=220V×3A=660W

电动机线圈每秒发出的热量：Q=I²Rt=（3A）²×0.4Ω×1s=3.6J