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第三节 电功和电功率 焦耳定律

发布时间:2013-12-28 14:52:38  

第二章 恒定电流

第三节 电功和电功率 焦耳定律

知识要点:

1、电功:在电路中,电场力对定向移动电荷所做的功叫做电功。

公式:W=UIt,单位:焦(J) 度(kWh), 1 kWh =3.6×106 J

说明:⑴电流做功的过程其实是将电能转化为其他形式能的过程。用电器不同,能量转化形式也不同。⑵在纯电阻电路中,电功的计算公式还可以通过欧姆定律将其变换成:W=U2t/R=I2Rt。⑶在非纯电阻电路中,如含有电动机、电解槽的电路中,电流做功有部分转化为机械能、化学能,则公式W=U2t/R=I2Rt不适用,而要用W=UIt直接运算。

2、电功率:电流所做的功跟完成这些功所用时间的比值叫做电功率。

公式:P=W/t=UI,单位:瓦特(W),千瓦(kW)

对纯电阻电路来说,电功率的公式还有:P=U2/R=I2R

3、焦耳定律:电流通过导体产生的热量跟电流的平方、导体的电阻和通电时间成正比。 公式:Q=I2Rt,注意:焦耳定律是电流热效应的实验规律,凡是要计算电热,都应首选焦耳定律。

4、电功和热功的关系

⑴在纯电阻电路中,电能通过电流做功全部转化为内能(电热),即:

W=UIt =U2t/R=I2Rt=Q

⑵在非纯电阻电路中,电能通过电流做功W一部分在电阻上转化为电热Q,另一部分转化为其它形式的能E,即:W=Q+E>Q或UIt = I2Rt+E

注意:对非纯电阻电路,I≠U/R(欧姆定律只适用于纯电阻电路),电功表达式只能写成W=UIt,电热表达式只能写成Q=I2Rt,而不能写成Q=UIt =U2t/R。

5、额定功率:是用电器长期正常工作时的最大功率,也就是用电器加上额定电压(或通过额定电流)时消耗的电功率。

实际功率:是用电器在实际工作时消耗的功率。为了不使用电器烧毁,要求实际功率不能大于其额定功率。

对同一电器,额定功率、额定电压、额定电流,有同时达到,同时超过,同时不满足的特点。 典型例题:

例1、不考虑温度对电阻的影响,对一个“220V,40W”的灯泡,下列说法正确的是( )

A 接在110V的电路上的功率为20W;

B 接在110V的电路上的功率为10W;

C 接在440V的电路上的功率为160W;

D 接在220V的电路上的功率为40W。

解:由P=U2/R可知接在110V时功率为10W,所以A错B对,接在220V时功率为40W,所以D正确,当接在440V时,超过了额定电压,灯泡将被烧坏,所以C错。故答案为BD。

例2、一根电阻丝,在通过2C的电量时电功为8J,若在相同的时间内通过4C的电量时,求电阻丝上的电流做的功的所加的电压分别是多少?

解析:W=UIt=Uq,→8=U1×2,∴U1=4V

由I=q/t知I2=2I1,由I=U/R得U2=2U1=8V

W2=U2I2t=4W1=32J

例3、一直流电动机线圈内阻一定,用手握住转轴使其不能转动,在线圈两端加电压为0.3V时,电流为0.3A。松开转轴,在线圈两端加电压为2V,电流为0.8A,电动机正常工作,求该电动机正常工作时,输入的电功率是多少?电动机的机械功率是多少?

解:电动机不转时,可视为纯电阻,线圈内阻r=U/I=0.3V/0.3A=1Ω

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第二章 恒定电流

电动机转动时,输入电动率P=UI=2×0.8=1.6W

P热=I2r=0.82×1=0.64W

∴P机=P-P热=0.96W

练习题

1、在30min时间内,阻值为20Ω的电阻丝上消耗的电能为0.16kWh,则通过电阻丝的电流是____________A。

2、把标有“220V,60W”的灯泡接在110V的电路上,它的实际功率为__________W。

3、一只断丝灯泡,搭接灯丝后使用,比原来亮些,是因灯丝的( )

A 电阻变小; B 电阻变大; C ρ减小; D ρ增大。

4、关于公式①P=UI,②P=I2R,③P=U2/R,下列叙述正确的是( )

A 公式①适用于任何电路的电功率;

B 公式②适用于任何电路的电热功率;

C 公式①适用于任何电路的电热功率;

D 公式③对任何电路的电功率、电热功率都通用。

5、两个额定电压相同,电阻不同的电阻丝,都在额定电压下工作,在相同时间内( )

A 放出的势量一样多; B 电阻大的放出的热量多;

C 电阻小的放出的热量多; D 不知电流强度无法比较。

6、为了测出一盏灯的实际功率,现只开亮这一盏灯,观察电度表转盘在3min内转9转,若每千瓦时该盘转3000转,则这只灯泡的实际功率为_________W。

7、一直流电源给蓄电池充电,电路如图所示,如果蓄电池

内阻为r,伏特表读数为U,安培表读数为I,则输入蓄电池的电 功率为_________,蓄电池的发热功率为_________,电能转变为 化学能的功率为_________。

8重物的质量m=50kg,稳定电压U=110V,不计各处 摩擦;当电动机以v=0.9m/s的恒定速度向上提升重

物时,电路中的电流强度I=5A,试计算电动机的线

圈电阻为多少欧?(g=10m/s2) 9、输电线的电阻共计1.0Ω,输送的电功率是100kW,用400V的低压送电,输电线上发热损失的功率是多少千瓦?改用1万伏的高压送电呢?

10、分别用10000V和220000V的高压输送同样功率的电能,要使输电线上损失的电功率相等,输电导线的横截面积之比为多少?

(参考答案:1 4,2 15,3 A,4 AB,5 C,6 60,7 UI,I2r,UI-I2r,8 4Ω,9 62.5,0.1 kW,10 484:1)

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