1.3　電功、電功率和焦耳定律

1.3.1　電功

電流流過燈泡，燈泡會發光；電流流過電爐絲，電爐絲會發熱；電流流過電動機，電動機會運轉。由此可以看出，在電流流過一些用電設備時會做功，電流做的功稱為電功。用電設備的做功大小不但與加到用電設備兩端的電壓及流過的電流有關，還與通電時間有關。電功可用下面的公式計算：

W=UIt

式中，W表示電功，單位是焦耳（J）；U表示電壓，單位是伏（V）；I表示電流，單位是安（A）；t表示時間，單位是秒（s）。

在電學中電功還常用到另一個單位：千瓦時（kW·h），也稱度。1kW·h=1度。千瓦時與焦耳的換算關系：

1kW·h=1×103W×（60×60）s=3.6×106W·s=3.6×106J

1kW·h可以這樣理解：一個電功率為100W的燈泡連續使用10h，消耗的電功為1kW·h（即消耗1度電）。

1.3.2　電功率

電流需要通過一些用電設備才能做功。為了衡量這些設備做功能力的大小，引入一個電功率的概念。電流在單位時間內做的功稱為電功率。電功率（可簡稱為功率）用P表示，單位是瓦（W）。此外，還有千瓦（kW）和毫瓦（mW），它們之間的換算關系：

1kW=103W=106mW

電功率的計算公式：

P=UI

根據歐姆定律可知，U=I·R，I=U/R，所以電功率還可以用公式P=I2·R和P=U2/R來求。

電功率的計算舉例如圖1-15所示。

在圖1-15中，白熾燈兩端的電壓為220V（與電源的電動勢相等），流過白熾燈的電流為0.5A，求白熾燈的功率、電阻和白熾燈在10s內所做的功。

白熾燈的功率：P=UI=220V·0.5A=110V·A=110W

白熾燈的電阻：R=U/I=220V/0.5A=440V/A=440Ω

白熾燈在10s內做的功：W=UIt=220V·0.5A·10s=1100J

1.3.3　焦耳定律

電流流過導體時導體會發熱，這種現象稱為電流的熱效應。電飯煲和電熱水器等都是利用電流的熱效應來工作的。

焦耳定律的具體內容：電流流過導體產生的熱量，與電流的平方、導體的電阻、通電時間成正比。由于這個定律除了由焦耳發現，俄國科學家楞次也通過實驗獨立發現，故該定律又稱焦耳-楞次定律。

焦耳定律可用下面的公式表示：

Q=I2Rt

式中，Q表示熱量，單位是焦耳（J）；R表示電阻，單位是歐姆（Ω）；t表示時間，單位是秒（s）。

注意：假設某臺電動機的額定電壓是220V，線圈的電阻為0.4Ω，當電動機連接220V的電壓時，流過的電流是3A，求電動機的功率和線圈每秒發出的熱量。

電動機的功率：P=UI=220V×3A=660W

線圈每秒發出的熱量：Q=I2Rt=(3A)2×0.4Ω×1s=3.6J