2.2.5 电功率
1.电功率的概念
2.2.5 电功率的概念
电功率,英文为Electric power,简称功率,是指在单位时间(秒)内电流所做的功。电功率用P表示,单位为瓦(W)。电功率是描述电流做功快慢程度的物理量,通常所谓用电设备容量的大小,都是指的电功率的大小,表示该用电设备在单位时间内做功的能力。
假设电子元件两端的电压为U,流过的电流为I,则电子元件消耗的电功率公式为
关联参考方向:
非关联参考方向:
如果计算得到P>0,那么该元件吸收或消耗功率,表明该元件在电路中起负载的作用。
如果计算得到P<0,那么该元件释放或提供功率,表明该元件在电路中起电源的作用。
小知识
在电工学中,常用的电功率单位还有千瓦(kW):1千瓦(kW)=1000瓦(W)=103瓦(W),此外在机械工业中常用“马力”来代表电功率单位,马力与电功率单位转换关系为:1马力=735.49875瓦,或者1千瓦=1.35962马力。
2.2.5 小知识——电能
在我们生活用电及生产中,大家熟知的“度”是电能的单位,1度电表示功率为1千瓦的电器使用1小时(1h)所消耗的电能,即:1度=1千瓦·小时。“度”并不是电功率的单位,请大家加以区分。
2.电阻的功率
根据电流和电压的参考方向是否关联,电阻的功率计算可以为
关联参考方向:P=UI=I2R或P=UI=
2.2.5 电功率的计算
非关联参考方向:P=-UI=-(-IR)×I=I2R或P=-UI=-U×
需要注意的是,无论在关联还是非关联参考方向下,计算得到电阻的功率P都不小于零,因为电阻是消耗功率的。
【例2-9】图2-43电路中电流和电压的参考方向如图所示,且I=1A,U1=5V,U2=10V,U3=15V,求电阻、电流源以及电压源的功率,并指出哪些元件在消耗功率,哪些元件在释放功率。
图2-43 例2-9电路
解:1)元件1的功率:流过元件1的电流I和所设电压U1是关联参考方向,那么元件1的功率为
因为P>0,所以元件1是消耗功率的。
2)元件2的功率:流过元件2的电流I和所设电压U2是关联参考方向,那么元件2的功率为
因为P>0,所以元件2是消耗功率的。
3)元件3的功率:流过元件3的电流I和所设电压U3是非关联参考方向,那么电流源的功率为
因为P<0,所以元件3是释放功率的。
并且我们也可以得出结论:P1+P2+P3=0,说明电路中消耗的总功率等于提供的总功率,遵循能量守恒定律。
3.功率平衡
由能量守恒定律,一个完整的电路中,某些元件释放的能量必然被电路中的其他元件吸收。因此电路中各元件吸收功率的总和一定与输出功率的总和相等,称为功率平衡。
2.2.5 判断电源是吸收还是释放功率
电源既可以输出功率也可以吸收功率,而电阻只能吸收功率;例如,手机的充电电池,当该电池在充电时,它是作为负载吸收功率,当该电池给手机供电时,它是作为电源输出功率。
小知识
电器设备的额定值
2.2.5 小知识——电器设备的额定值
电器设备长期安全工作时所允许的最大电流、最大电压和最大功率分别称为电器设备的额定电流、额定电压和额定功率。电器设备的额定值一般利用铭牌标出,如电动机、电冰箱、电视机的铭牌,也可以直接标在电子器件上,如白炽灯、电阻,还可以通过产品目录或电子元件的数据手册中查到。
例如:一只标有“100Ω,1 W”的电阻,它的额定电压为U==10V,额定电流为I==0.1 A。