1.3　电功、电功率和焦耳定律

1.3.1　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。由此可以看出，电流流过一些用电设备时是会做功的，电流所做的功称为电功。用电设备做功的大小，不但与加到用电设备两端的电压和流过的电流有关，还与通电时间长短有关。电功可用下面的公式计算：

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）。

电功的单位是焦（耳），用J表示，在电学中还常用到另一个单位——千瓦时（kW·h），也称度。1kW·h=1度。千瓦时与焦耳的换算关系是：

1kW·h可以这样理解：一个电功率为100W的灯泡连续使用10h，所消耗的电功为1kW·h（即消耗1度电）。

1.3.2　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“电功率”的概念。电流在单位时间内所做的功称为电功率。电功率用P表示，单位是瓦（W）。此外，电功率单位还有千瓦（kW）和毫瓦（mW），它们之间的换算关系是

电功率的计算公式是

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=U 2/R来求。

下面以图1-13所示电路来说明电功率的计算方法。

在图1-13所示电路中，白炽灯两端的电压为220V（它与电源的电动势相等），流过白炽灯的电流为0.5A，求白炽灯的功率、电阻和白炽灯在10s内所做的功。

白炽灯的功率　P = UI = 220×0.5W = 110W

白炽灯的电阻　R = U/I = 220/0.5Ω = 440Ω

白炽灯在10s内所做的功　W = UIt = 220×0.5×10J = 1100J

1.3.3　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。焦耳定律具体内容是：电流流过导体产生的热量，与电流的平方和导体的电阻成正比，与通电时间也成正比。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，故该定律又称焦耳-楞次定律。

焦耳定律可用下面的公式表示：

式中，Q表示热量（J）；R表示电阻（Ω）；t表示时间（s）。

举例：某台电动机额定电压是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，求电动机的功率和电动机线圈每秒发出的热量。

电动机的功率　P = UI = 220×3W = 660W

电动机线圈每秒发出的热量　Q = I2Rt = 32×0.4×1J = 3.6J