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第十二章 电能 能量守恒定律
1 电路中的能量转化
现代生活随处可见用电设备和用电器，例如电灯、电视机、电热水壶、电动汽车等。你知道这些用电器中的能量是怎样转化的吗？
问题
电炉通电时，电能转化为内能；电动机通电时，电能转化为机械能；电池充电时，电能转化为化学能。电能转化为其他形式能的过程就是电流做功的过程。
功是能量转化的量度，电流做了多少功就有多少电能转化为其他形式的能。
电流做功实质上是导体中的恒定电场对自由电荷的电场力做功。电场力对电荷做功，电荷的电势能减少，其他形式的能增加。
电场力做功：W=qU=IUt　　
一段电路两端的电压为U，通过的电流为I， 则在时间t内通过这段电路任一横截面的电荷量： q=It
（3）单位：焦(J) 千瓦时(kW·h)
　1kW·h＝3.6×106J
1、电功
W=UIt
（2）公式：
（1）定义：电场力(或电流)所做的功.
电功普适公式
一、电功和电功率
定义：单位时间内电流所做的功. 表示电流做功的快慢．
电流在一段电路上做功的功率P等于电流I与这段电路两端的电压U的乘积．
单位：瓦(W) 千瓦(kW)．
1kW＝103W
2、电功率
公式：
电功率普适公式
P = =IU
上面三个用电器和下面两个用电器有什么区别？
电饭煲
热得快
电炉
电动机
电风扇
纯电阻电路：将电能全部都转化为内能的电路。
只含白炽灯、电炉等电热元件的电路。
白炽灯把90%以上的电能都转化为热能，只有很少转化为光能。
所以，在中学电学计算中，白炽灯也近似看做纯电阻。
非纯电阻电路：并非所有电能都转化为内能的电路。
除含有电阻外，还包含有电动机，电解槽等的电路。
纯电阻电路与非纯电阻电路
我们知道，电场力对电荷做功的过程，是电能转化为其他形式能量的过程。
在真空中，正电荷由电势高的某处移向电势低的另一处时，电场力对电荷做正功，电荷做加速运动，减少的电势能转化为电荷的动能。
在电阻元件中电能的转化情况与真空中有所不同。在金属导体中，除了自由电子，还有金属正离子。在电场力的作用下，做加速定向移动的自由电子要频繁地与离子发生碰撞，并把定向移动的动能传给离子，使离子的热运动加剧。平均来看，可以认为大量自由电子以某一不变的速率做定向移动。可见，在电阻元件中，通过自由电子与离子的碰撞，电能完全转化成内能。
纯电阻电路
电流通过纯电阻电路做功时，电能全部转化为导体的内能。
电流在这段电路中做的功W就等于这段电路发出的热量Q，即
1．电热
(2)公式：
(1)定义：电流通过导体产生的热量.
Q=I2 R t
电流通过导体时产生的热量Q等于电流I的二次方、导体的电阻 R 和通电时间 t 成正比
2．焦耳定律
3．热功率
(1)定义：单位时间内的发热量.
P=I2R
(2)公式：
二、焦耳定律
想一想 ： “小太阳”工作时消耗的电能可以用W=I2Rt来计算吗 电风扇工作时消耗的电能可以用W=I2Rt来计算吗 电风扇工作时，消耗的电能转化成什么形式的能量
电能→内能+其它形式的能
P电=P机+P热
P电=UI
P热=I2R
这种电路欧姆定律还适用吗？
1、纯电阻电路中：
W=Q，
即UIt=I2Rt，
（欧姆定律成立）
计算电功和电热时：
W = Q =UIt=I2Rt=
计算电功率和热功率时： P=UI=I2R=
2、非纯电阻电路中：
W>Q，
即IUt>I2Rt，U>IR
欧姆定律不成立，说明欧姆定律不适用于非纯电阻电路
计算电功时，只能用W=IUt；计算电功率时，只能用P=IU
计算电热时，只能用Q=I2Rt；计算电热功率时，只能用P=I2R
三、电路中的能量转化
额定功率和实际功率
额定功率：用电器在额定电压下工作的功率.
实际功率：用电器在实际电压下工作的功率.
输入功率和输出功率
输入功率：用电器输入端的电压与输入电流之积.
输出功率：用电器输出端的电压与输出电流之积.
用电器 29寸彩电 电熨斗 电冰箱 微波炉 台灯
额定电压（V） 220 220 220 220 220
额定功率（W） 50～200 300～800 100～150 800～1200 40～60
几种常见家用电器的额定功率
例题.一个电动机，线圈电阻是0.4 ，当它两端所加的电压为220V时，通过的电流是5A。这台电动机发热的功率与对外做功的功率各是多少
分析：本题涉及三个不同的功率：电动机消耗的电功率P电、电动机发热的功率P热和对外做功转化为机械能的功率P机。三者之间遵从能量守恒定律，即P电=P热+P机
解：由焦耳定律可知，电动机发热的功率为P热=I2R=52×0.4W=10W
电动机消耗的电功率为P电=UI=220×5W=1100W
根据能量守恒定律，电动机对外做功的功率为
P机=P电一P热=1100W-10W=1090W
这台电动机发热的功率为10W，对外做功的功率为1090W。
对串联和并联电路，各电阻消耗的功率与它们的电阻有什么关系
思考
串联电路 并联电路
功率分配 = =
功率关系 P=P1+P2+…+Pn P=P1+P2+…+Pn
课堂小结
三、电热Q 定义： 电流通过导体产生的热量.
公式：Q=I2Rt 单位：J
焦耳定律：电流通过导体产生的热量Q等于电流I的二次方、导体的电阻R 和通电时间 t 三者的乘积 ．
一、电功W 定义：电场力(或电流)所做的功.
公式：W=IUt 单位：J 1kWh=3.6×106J
二、电功率P 定义：单位时间内电流所做的功
公式：P=W/t=IU 单位：W kW
四、热功率P热 定义：单位时间内的发热量
公式：P热=Q/t=I2R 单位：W kW
对纯电阻电路：
电功=电热
电功率=热功率
对非纯电阻电路：
电功>电热
电功率>热功率
谢谢

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