1.2.3 電功率
能量和功率的計算是電路分析的一項重要內容。這是因為電路在工作時總是伴隨有電能與其他形式能量的相互交換;另外,電氣設備和電路元件本身也都有著功率的限制,使用的時候必須注意其電流和電壓是否超過額定值,過載將有可能造成設備或元器件損壞,或者是不能正常工作。
電路工作時,電場力在單位時間內對運動電荷所做的功,稱為電功率,用p表示。設在dt時間內,電場力對運動電荷做功為dw,則電功率為
圖1-7 元件的功率
對于直流電路,有p=UI。
在國際單位制(SI)中,功率的單位是瓦特,簡稱瓦,用W表示。常用的還有MW(兆瓦)、kW(千瓦)、mW(毫瓦)等。
電路元件在工作時,可能吸收功率,也可能發出功率。如果正電荷是從元件的“+”極經過元件移動到“-”極,則電場力對電荷做正功,正電荷具有的電位能減少,此時,元件吸收電能;反之,正電荷從元件的“-”極經過元件移動到“+”極,則電場力對電荷做負功,正電荷具有的電位能增加,這時,元件向外釋放電能。注意:此處所說的極性是指元件兩端的真實極性,而不是參考極性。由此可以得出,當元件兩端的電壓和流過元件的電流的實際方向一致時,元件吸收功率;反之,元件發出功率。
元件吸收功率還是發出功率,可以根據參考方向與p值的正負來判斷。當元件上的電壓和電流為關聯參考方向時,p>0,表示元件吸收功率,p<0,表示元件發出功率;如為非關聯參考方向,p>0,表示元件發出功率,p<0,表示元件吸收功率。可通過表1-1來判斷元件上的功率情況。
表1-1 元件吸收或發出功率判斷
【例1-1】求圖1-8所示二端網絡的功率,并判斷是吸收還是發出功率。
圖1-8 例1-1電路圖
解:圖1-8(a)中,p=100×2=200(W)。由于u和i為關聯參考方向,且p>0,故該二端網絡吸收功率200W。
圖1-8(b)中,p=100×(-3)=-300(W)。由于u和i為關聯參考方向,且p<0,故該二端網絡發出功率300W。
圖1-8(c)中,p=-100×3=-300(W)。由于u和i為非關聯參考方向,且p<0,故該二端網絡吸收功率300W。
圖1-8(d)中,p=-100×(-2)=200(W)。由于u和i為非關聯參考方向,且p>0,故該二端網絡發出功率200W。