电功率：概念、计算公式及其应用

电功率：概念、计算公式及其应用

电功率是物理学中的一个重要概念，它描述了电路中电能转换为其他形式能量的速率。本文将从电功率的基本定义出发，详细介绍其在串联和并联电路中的应用，以及在实际生活中的具体表现。

电功率的基本概念

电功率是物理学名词，指的是单位时间内电路中电场推动电流所做的功。电功率用符号P表示，其国际单位制中的单位为瓦特，符号为W。

串联电路中的电功率

在串联电路中，电流处处相等（I1=I2=I总），总电压等于各用电器两端电压之和（U总=U1+U2），总电阻等于各电阻之和（R总=R1+R2）。总电功等于各电功之和（W总=W1+W2+...+Wx），分压原理为U1：U2=R1：R2=P1：P2。串联电路的比例关系为W1：W2=R1：R2=U1：U2=P1：P2=Q1:Q2。总功率等于各功率之和（P总=P1+P2+...+Px），或U^2/R1+R2+...+Rx。电流与电功率和电压之间的关系为I=P/U。额定功率比实际功率等于额定电压比实际电压的平方（Pe/Ps=(Ue/Us)^2）。

并联电路中的电功率

在并联电路中，总电流等于各支路电流之和（I总=I1+I2），各处电压相等（U1=U2=U总）。总电阻等于各电阻之积除以各电阻之和（R总=(R1*R2)/(R1+R2)）。总电功等于各电功之和（W总=W1+W2+...+Wx）。分流原理为I1：I2=R2：R1=W1：W2=P1：P2。总功率等于各功率之和（P总=P1+P2或U^2/R总）。并联电路的比例关系为I1：I2=P1：P2=R2：R1。总功率等于各功率之和（P总=P1+P2或U^2/R）。总电流的求法为I=P/U。同一用电器的电功率关系为W1：W2=R2：R1=I1：I2=P1：P2=Q1:Q2。电压相同时，越串联总功率越小，越并联总功率越大。

计算公式

1. P=W/t（主要适用于已知电能和时间求功率）
2. P=UI（主要适用于已知电压和电流求功率）
3. P=U^2/R=I^2R（主要适用于纯电阻电路，一般用于并联电路或电压和电阻中有一个变量求解电功率）
4. P=I^2R（主要用于纯电阻电路，一般用于串联电路或电流和电阻中有一个变量求解电功率）
5. P=n/Nt（主要适用于有电能表和钟表求解电功率，其中t为用电器单独工作的时间，单位为小时；n为用电器单独工作t时间内电能表转盘转过的转数；N为电能表铭牌上每消耗1千瓦时电能表转盘转过的转数）

电阻的计算

1. 电阻等于材料电阻率乘以（长度除以横截面积）：R=ρ×（L/S）
2. 电阻等于电压除以电流：R=U/I
3. 电阻等于电压平方除以电功率：R=U^2/P

电功的计算

1. 电功等于电流乘电压乘时间：W=UIt（普通公式）
2. 电功等于电功率乘以时间：W=Pt
3. 电功等于电荷乘电压：W=UQ
4. 电功等于电流平方乘电阻乘时间：W=I^2Rt（纯电阻电路）
5. 电功等于电压平方除以电阻再乘以时间：W=(U^2/R)×t（同上）

电功率的计算

1. 电功率等于电压乘以电流：P=UI
2. 电功率等于电流平方乘以电阻：P=I^2*R（纯电阻电路，多用于串联电路）
3. 电功率等于电压平方除以电阻：P=U^2/R（纯电阻电路，多用于并联电路）
4. 电功率等于电功除以时间：P=W/t

电热的计算

1. 电热等于电流平方乘电阻乘时间：Q=I^2Rt（普通公式）
2. 电热等于电流乘以电压乘时间：Q=UIt=W（纯电阻电路）
3. 电热等于电压平方除以电阻再乘以时间：Q=(U^2/R)t（纯电阻电路）

电功率在不同电路中的应用

1. 串联电路：电流处处相等，总电压等于各用电器两端电压之和，总电阻等于各电阻之和，总电功等于各电功之和，分压原理为U1：U2=R1：R2，总功率等于各功率之和。
2. 并联电路：总电流等于各处电流之和，各处电压相等，总电阻等于各电阻之积除以各电阻之和，总电功等于各电功之和，分流原理为I1：I2=R2：R1，总功率等于各功率之和。
3. 同一用电器的电功率：额定功率比实际功率等于额定电压比实际电压的平方。

正弦交流电中的电功率

正弦交流电的无功功率计算公式为：
正弦电路有功功率计算公式为：
正弦电流电路中的有功功率、无功功率、和视在功率三者之间是一个直角三角形的关系。当负载为纯电阻时，下式成立：
此时，直流电功率计算公式同样适用于正弦交流电路。

焦耳定律

焦耳定律公式为Q=I^2Rt，推导公式为Q=W=Pt=UIt=I^2Rt=U^2t/R。1KWh=3.6*10^6J。纯电阻是指电能全部转换为内能（热能）的情况，例如电饭煲、电热水壶、电熨斗等。在纯电阻的情况下，电热正好等于电功。

电动机电路中的电功率

在电动机电路中，求转化内能的公式为Q=I^2Rt，求总功的公式只能用W总=UIt，求机械能做工可以用Q=W总 - Q内能，也可以根据上面公式推导出W机械=UIt - I^2Rt。

常见家用电器的电功率

• 窗式空调机：800-1300W，最高每小时0.8-1.3kWh
• 家用电冰箱：65-130W，大约每日0.65-1.73kWh
• 家用洗衣机：单缸230W，最高每小时0.23kWh；双缸380W，最高每小时0.38kWh
• 电水壶：1200W，每小时1.2kWh
• 电饭煲：500W，每20分钟0.16kWh
• 电熨斗：750W，每20分钟0.25kWh
• 理发吹风器：450W，每5分钟0.04kWh
• 吊扇：大型150W，每小时0.15kWh；小型75W，每小时0.08kWh
• 台扇：16寸66W，每小时0.07kWh
• 电视机：14寸52W，每小时0.05kWh；21寸70W，每小时0.07kWh；25寸100W，每小时0.1kWh
• 录像机：80W，每小时0.08kWh
• 音响器材：100W，每小时0.1kWh
• 电暖气：1600-2000W，最高每小时1.6-2.0kWh
• 电子表：0.00001W，每小时0.00000001kWh
• 抽油烟机：140W，每小时0.14kWh
• 微波炉：1000W，每小时1kWh
• 吸尘器：800W，每小时0.8kWh
• 电子计算机（电脑）：200W，每小时0.2kWh
• 手电筒：0.5W，每小时0.0005kWh
• 计算器：约0.5mW

用电器实际功率和额定功率的关系

• 当U实际=U额定时，P实际=P额定，用电器处于正常工作状态
• 当U实际<U额定时，P实际<P额定，用电器不能正常工作
• 当U实际>U额定时，P实际>P额定，用电器寿命减短，且容易烧坏

课外知识

1. 电灯泡上的铭牌通常标有"PZ220-25"字样，其中"PZ"表示普通照明，220表示额定电压是220V，25表示额定功率是25W。使用各种用电器时一定要注意它的额定电压，只有在额定电压下用电器才能正常工作。实际电压偏低，用电器消耗的功率低，不能正常工作，灯泡亮度较暗。实际电压偏高，实际功率就要大，长期使用会影响用电器的寿命，还可能烧坏用电器。
2. "千瓦时"的来历：由于功率等于1秒内所消耗的能，也就是P=W/t，把这个式子变形后得到W=Pt。W就是t这段时间用电器消耗的电能，式中W、P、t依旧是焦、瓦、秒。

瞬时功率

物理学中，电路在瞬时吸收的功率，称为瞬时功率。以小写字母p表示，其大小等于瞬时电压电流瞬时值的乘积，即p=ui。电阻元件的瞬时功率p=ui=UI(1-Cos2ωt)。瞬时功率是Δt趋近于0时的功率p=lim(Δt–0)W/Δt=lim(Δt–0) Fscosθ/Δt = Fvcosθ。其中v是瞬时速度，W是功，s是位移，θ是力与位移或速度的夹角。在正弦稳态电路中我们知道P(t)=u(t)*i(t)。在这里都是瞬时值，其中u(t)和i(t)是用正弦表示的函数。设正弦交流电路的总电压u与总电流i的相位差(即阻抗角)为j，则电压与电流的瞬时值表达式为u=Umsin(wt+j)，i=Imsin(wt)瞬时功率为p=ui=UmImsin(wt+j)sin(wt)利用三角函数关系式sin(wt+j) = sin(wt)cosj+ cos(wt)sinj可得式中 为电压有效值，为电流有效值。

安全用电

电功率和安全用电的关系：家庭电路中，电压U=220V是一定的。因为I=P/U，所以用电器的总功率P越大，电路中的总电流I就越大。若电路中的总电流超过安全值，保险丝就容易烧坏。因此，家庭电路中不要同时使用多个大功率的用电器。

保险丝的作用：

1. 材料：一般用铅锑合金制作。
2. 规格：保险丝的规格用它的额定电流来表示。和保险丝的粗细有关，保险丝越粗，额定电流越大。
3. 作用：当电路中的电流超过电路允许通过的最大正常工作电流时，保险丝会自动熔断，从而保护电路。

本文原文来自全球百科