第七節 電功與電功率
一、電功
電流通過電燈泡時，電燈泡會發光；電流通過電動機時，電動機會轉動；電流通過電爐時，電爐會發熱……這說明，電流通過不同的負載時，能將電能轉化為不同形式的能量。而能量的轉化必須通過做功來實現，可見，電流在通過負載時要做功。我們把電流通過負載時做的功，稱為電功或電能，用W表示。
實驗表明，如果加在一段電路兩端的電壓為U，電路中的電流為I，則在時間t內電流所做的電功為
式中，U的單位是伏特（V）；I的單位是安培（A）；t的單位是秒（s）；電功W的單位是焦耳，簡稱焦，單位符號是J。
在實際應用中，電功還有一個常用單位是千瓦時，單位符號是kW·h，俗稱度（電）。
1度（電）=1千瓦時=1kW·h=3.6×106J
也就是，一個1kW的用電器工作1h所消耗的電能為1度電。
對于純電阻電路，由于
U=IR，，代入式（1-9）可得
注意，電流做功的過程實質上就是電能轉化為其他形式能量的過程。
電能用電能表（電度表）來進行測量。電能表的外形結構如圖1-16所示。
圖1-16 電能表
二、電功率
電功是衡量電流做功大小的物理量。但電流通過不同的用電器將電能轉化為其他形式能量的快慢不一樣，即電流做功的快慢不一樣。為了表征電流做功的快慢程度，我們引入電功率這一物理量。
電流在單位時間內所做的功叫做電功率，用P表示，公式為
式中，W為電流所做的功（即電能），單位是焦耳（J）；t為完成這些功所用的時間，單位是秒（s）；P為電功率，單位是瓦特，簡稱瓦，單位符號是W。
將W=IUt代入式（1-11）可得
對于純電阻電路，電能完全轉化為熱能，則電功率的公式可寫成
電功率常用功率表（瓦特表）來進行測量。功率表的外形結構如圖1-17所示。
圖1-17 功率表
觀察與思考
有人認為電阻消耗的功率與電阻的大小成正比（P=I2R），但也有人認為電阻消耗的
功率與電阻成反比 ，哪一種看法正確？為什么？
三、功率的參考方向
為了便于對功率問題進行分析，同樣，對功率也和電壓、電流一樣引入參考方向。一般用“+”符號表示吸收功率（即P＞0），用“?”符號表示發出功率（即P＜0）。例如，對于蓄電瓶來說，如果它處于充電狀態，那么它是吸收能量的，實質上是處于負載狀態的；如果它處于放電狀態，那么它是發出能量的，實質上是處于電源狀態的。
應當強調指出以下兩點。①當電流、電壓為關聯參考方向時，則式（1-12）定義電路或元件是吸收功率；當P＞0時，表示電路或元件吸收功率；當P＜0時，與定義相反，表示電路或元件發出功率。②當電流、電壓為非關聯參考方向時，則式（1-12）定義電路或元件是發出功率；當P＞0時，表示電路或元件發出功率；當P＜0時，與定義相反，表示電路或元件吸收功率。例如，某電路或元件吸收功率5W，則也可認為它發出功率?5W；同理，如果某電路或元件發出功率5W，也就可認為它吸收功率?5W。
四、電流的熱效應
大量例子表明，電流通過導體時會發熱，這種現象稱為電流的熱效應。
實驗結果表明，電流通過導體產生的熱量，與電流的平方、導體的電阻及通電時間成正比。這稱做焦耳定律。熱量用Q表示，其單位是焦耳（J）。用公式表示為
電流的熱效應有利有弊。例如，電烙鐵、電爐、電烤箱等都是利用電流的熱效應原理制成的。但電流的熱效應也有不利的一面。例如，電流通過輸電線、電動機、變壓器時，不僅浪費電能，還會加速絕緣材料的老化，嚴重時會因溫度過高而燒壞設備，所以，在許多電氣設備中都采取了防護措施。例如，變壓器中的變壓器油就是起冷卻作用的，有的電動機里裝有風扇，在計算機的主機里也裝有小型電風扇，這都是為了加快散熱。
五、電氣設備的額定值
為了保證各種電氣設備能夠安全、正常地工作，各種電氣設備都規定有額定值。電氣設備長期安全工作時所允許的最大電壓、最大電流和最大功率分別叫做它們的額定電壓、額定電流和額定功率，分別用Ue、Ie、Pe表示。一般元器件和設備的額定值都標注在其上面的明顯位置。例如，電燈泡上標有220V/40W，電阻上標有100Ω/2W等。電氣設備的額定值通常標注在一塊小金屬牌（銘牌）上，固定在設備的外殼上，便于使用者觀察。
電氣設備在額定電壓下工作時，其消耗的功率正好是額定功率，電氣設備正常工作。此種狀態稱為滿載。
電氣設備在低于額定電壓下工作時，其消耗的功率小于額定功率，電氣設備不能得到充分利用或根本無法工作。此種狀態稱為輕載。
電氣設備在高于額定電壓下工作時，其消耗的功率大于額定功率，電氣設備很容易被燒壞或造成嚴重事故。此種狀態稱為過載。
輕載和過載都屬于不正常的工作狀態，一般是不允許出現的。
例題1-7 有一個額定值為100Ω/1W的電阻，使用時允許通過的最大電流是多少？此電阻能否接在15V的電源上使用？
解：由P=I2R得
由上可知，使用時允許通過的最大直流電流是100mA，電阻兩端允許加的最大直流電壓為10V，故不能直接接在15V的電源上使用。
例題1-8 額定電壓是220V、電阻為48.4Ω的電爐，它的額定功率是多少？正常工作30min，產生的熱量是多少？
解：電爐是電阻性負載，所以額定功率為
由焦耳定律得
觀察與思考
白熾燈泡的燈絲燒斷后若能想辦法重新搭上，會發現電燈泡比原來更亮了。這是為什么？