电能与功率

---

引言

我们在日常生活中做很多事情，许多事情都是通过我们的体力活动完成的。有些工作是用工具和其他设备完成的，但它们也需要能量。能量有很多类型，例如电能、机械能、热能、光能和风能。在日常生活中，我们从电池获得电能。电力也来自核电站、水电站、风力发电场和阳光。电鳗可以产生电力，它们利用这种能量来保护自己免受敌害。风扇、灯、电视、洗衣机和冰箱都需要电力才能运行。产生电力的来源称为电源。

图1. 电鳗

什么是电能？

物体中电子的运动会产生一种力，这种能量称为电能。电流在电路中循环产生做功的能量，这叫做电能。电能可以转换成许多其他形式的能量，例如电极、放大器、电磁铁、灯泡和化学变化。电能储存在电池和电容器中。我们使用电能来运行各种设备，使用化学能来烹饪食物或驾驶车辆。一切能量都来自一个来源，我们需要知道如何选择所需的能源，才能以可用的形式获得能量。一个好的能源必须具备单位质量做功多、易于获得、易于储存和运输，最重要的是价格实惠。以下是几种电能来源：

火力发电厂

火力发电厂每天燃烧大量的化石燃料来发电和加热水。由于它是利用热能发电的，所以被称为火力发电厂。输送电能比长途运输煤炭或石油容易得多，因此火力发电厂通常建在煤矿或油田附近。

水力发电站

水力发电站将落水的势能转化为电能。虽然可用作能源的瀑布不多，但水力发电站通常与水坝配套使用。

太阳能

太阳通过聚光来烹饪，达到很高的温度。太阳能电池板覆盖着玻璃板。这是通过使用太阳能电池将太阳能转化为电能来实现的。太阳能电池的主要优点是它没有活动部件，维护成本低。大量太阳能电池连接在一起形成太阳能电池板，为实际应用提供电力。

潮汐能

通过在海滩上建造一个狭窄开口的大坝来利用波浪能。安装在大坝开口处的涡轮机将潮汐能转化为电能。同样，也可以从产生电能的近海风中获得动能。强风吹过海洋会产生波浪。只有在波浪最强的地方，波浪能的速率才不同。各种类型的设备已经被开发和使用，以收集波浪能用于涡轮机旋转和发电。

电能公式

通常，物理学中电能的测量方法是功率乘以时间。电路中电能的公式为：

$$\mathrm{电能\:E=功率(P)\times 时间(t)}$$

电路中的功率由下式给出：

$$\mathrm{P=I^{2}R}$$

$$\mathrm{\therefore 电能\:E=I^{2}Rt\:Wh(瓦特小时)}$$

电能单位

电能单位是瓦特小时。瓦特小时表示1瓦特的功率使用1小时。在商业上，我们用千瓦时来衡量电能，通常称为一度电。

$$\mathrm{1\:KWh=1000\:瓦特\times 3600\:秒}$$

$$\mathrm{=3.6\times 10^{6}\:瓦特秒}$$

$$\mathrm{=3.6\times 10^{6}焦耳}$$

电能的一些例子是什么？

电池

电池储存电能，电能是通过电池内部的化学反应转换而来的。可以提供正离子和负离子的化学溶液称为电解质。电池的构成是将两个不同的金属板作为电极固定好。通过化学反应，一个电极充当阳极，另一个电极充当阴极，从而产生电能。根据电力产生的持续时间，电池分为一次电池和二次电池。

电容器

电容器是一种帮助储存电荷和电能的器件。它由两个介电材料隔开一个小间隙构成。电容器广泛应用于许多电子电路以及许多科学和技术领域。电能储存在电容器极板之间的电场中。当电容器放电时，能量被释放出来。能量密度仅取决于电场，而不取决于极板的大小。电容器用于防止自动机器的燃料点火系统发生火花。

电能转化为机械能

电动机用于将电能转换为机械能。电动机在现代生活中非常重要。它们被用于水泵、风扇、洗衣机、榨汁机、磨粉机等。作用于放置在磁场中的导体的力会导致导体运动。这是电动机的原理。

要了解电动机的运作方式，就需要了解放置在恒定磁场中的电线圈是如何产生旋转效应的。在电动机中，一个简单的线圈放置在磁体的两个磁极之间，并且还包含导体线段。根据弗莱明左手定则，电流在导体线段中沿相反方向流动，它们的动力学也相反。线圈的两端旋转，因为力方向相反。一个称为分环换向器的装置用于改变电流方向。

当分环中的间隙连接到端子时，线圈中没有电流。但是，随着线圈的移动，它将继续向前移动，并且两个分环中的一个将与碳刷接触。这种电流的反转每半个周期发生一次，并导致线圈中的电流连续性。

什么是电功率？

吸收的电能与时间的比率称为电功率。电路中的功率由下式给出：

$$\mathrm{P=VI\:\:\:(V=IR)}$$

$$\mathrm{P=I^{2}R}$$

“瓦特”是电功率的SI单位。一瓦特是指在1伏电压和1安培电流下工作的电器所用的功率。瓦特是最小的单位。因此，在实践中，我们使用更大的单位，称为千瓦。

结论

物体中电子的运动会产生一种力，这种能量称为电能。电能可以转换成许多其他形式的能量，例如电极、放大器、电磁铁、灯泡和化学变化。电能储存在电池和电容器中。电动机用于将电能转换为机械能。电动机在现代生活中非常重要。电能单位是瓦特小时。瓦特小时表示1瓦特的功率使用1小时。在商业上，我们用千瓦时来衡量电能。吸收的电能与时间的比率称为电功率。

常见问题

Q1. 什么是一次电池？

A1. 通过不可逆的化学反应持续产生电能的系统称为一次电池。通过向一次电池的组件中添加电极和合适的电解质，可以获得静电力。

Q2. 定义核能

A2. 在称为核裂变的过程中，当被慢中子撞击时，重原子核（例如铀、钚和钍）可以分裂成较轻的原子核。当发生这种情况时，会释放出巨大的能量，这被称为核能。

Q3. 如果发生电击，有哪些安全措施可以拯救一个人？

A3.

• 关闭导致电击的电源，并断开电源。

• 用绝缘材料将他推离电源线接触点。

Q4. 电容器有哪些用途？

A4. 我们都知道的一件事是相机。拍照时，闪光是由一种称为闪光电容的电容器释放的能量引起的。电容器用于电源中以减少电源波动并提高电源效率。

Q5. 定义电偶极子

A5. 两个相等但电荷相反的电子以小距离分开构成一个电偶极子。在许多分子中，正电荷中心和负电荷中心不重合。此类分子表现得像稳定的电偶极子。