第十五 電功和電熱
知識總結：
1．電功
A. 基本概念和公式
a．定義：物理學中，當電能轉化為其他形式能時，我們就說做了電功(俗稱電流做功)．
b．物理意義：電功是量度電能轉化為其他形式能的多少的物理量．
c．計算公式：
i．普遍適用的公式： w=UIt=UΩ(Ω為電荷)
ii．僅適用于純電阻性電路的公式：
說明：把電能全部轉化為內能的用電器叫做純電阻性用電器，如電爐、白熾燈等，連接純電阻性用電器的電路叫做純電阻性電路；把電能的絕大部分轉化為內能以外的其他形式能的用電器叫做非純電阻性用電器，如電動機、電鈴、充電器等，連接非純電阻性用電器的電路叫做非純電阻性電路．
d．單位：
在國際單位制中，電功的單位是焦耳(J)．
實用單位是千瓦時(kW•h)．
B電能表
用測量電路消耗電能(即電功)的儀表叫做電能表．
a．主要技術參數
i．“電壓”表示電能表適用的額定電壓．額定電壓是指用電器或電學儀表正常工作時的電壓．
ii．“電流規(guī)格”表示電能表持續(xù)工作時的最大電流，括號里的數字表示允許在短時間內通過電能表的最大電流．
iii．“每千瓦時轉數”表示用電1 kW•h電能表轉盤轉動的圈數．現(xiàn)在，電子式單相電能表已經開始使用，其重要參數imp／(kW•h)表示用電l kW•h耗電指示燈閃爍的次數，如：6400 imp／(kW．h)．
b．用電能表測量電功
i．直接測量：電能表計數器上前后兩次讀數之差．
ii．間接測量：先數出轉盤轉過的轉數，再利用電功與轉數成正比計算電功．
2．電功率
A基本概念和公式
a. 物理意義：
電功率是反映用電器 消耗電能(即電流做功)快慢的物理量．
b．定義：
用電器單位時間里消耗的電能叫做電功率．
c. 計算公式：
i．普遍適用的公式：
ii．僅適用于純電阻性電路的公式：
d. 單位：
在S1中，電功率的基本單位是瓦特(W)，另外還有千瓦(kw)和毫瓦(mW)，換算關系為：
e.用電器的額定功率和實際功率
用電器在額定電壓下的功率叫做額定功率，用電器在實際電壓下的功率叫做實際功率．
當U實=U額時，P實=P額．
使用用電器時，加在其兩端的電壓一般不能超過額定電壓，否則會造成用電器實際功率超過額定功率，用電器會因為過熱而燒毀．
推論：對于純電阻性的用電器，若不考慮溫度對其電阻的影響，則
用電器的銘牌上標有額定電壓和額定功率．
燈泡的亮度取決于其實際功率的大小，實際功率越大，燈泡越亮．
B．用電能表測量用電器的電功率
a．僅讓待測功率的用電器單獨工作，用電能表，測出電功w，用秒表測出時問t，則P=W/t．
b．先后讓已知功率為P0的用電器和待測功率的用電器工作相同的時間，分別數出電能表轉盤轉過的轉數n0和n，由 即
c．先后讓已知功率為P0的用電器和待測功率的用電器工作一段時間，使它們在工作時間內電能表轉盤轉過的轉數相同，用秒表分別測出它們工作的時間t0和t，由
3．電熱
由于導體具有電阻，所以當有電流通過時，導體會發(fā)熱，將電能轉化為內能，這種現(xiàn)象稱為電流的熱效應．
A. 焦耳定律和公式
亂內容：電流流過某段導體時產生的熱量，跟通過這段導體的電流的平方成正比，跟這段導體的電阻成正比，跟通電的時間成正比．
b．公式：
i．普遍適用的公式：
ii．僅適用于純電阻性電路的公式： (P為電功率)
c．單位： 在國際單位制中，電熱的單位是焦耳(J)．
d．電熱Ω與電功W大小的關系：
對于純電阻性用電器Ω=W
對于非純電阻性用電器Ω<W
B電熱的利用和防止
a．電熱器
利用電流做功將電能轉化為內能的裝置，統(tǒng)稱為電熱器。如電爐、電烙鐵、電暖器、電熱毯、電熨斗、電水壺、“熱得快”、電飯煲、飲水機、電熱油汀等．
i．原理：電流的熱效應．
ii．主要部：發(fā)熱體和絕緣部分．
發(fā)熱體是用電阻率大、熔點高的合金絲制成的，它的作用是讓電流通過它時產生熱量，它繞在絕緣材料上，絕緣部分的作用是將發(fā)熱體與電熱器的外殼隔絕起，防止漏電．
iii．優(yōu)點：電熱器具有清潔衛(wèi)生、沒有環(huán)境污染、熱效率高、且可以方便地控制和調節(jié)溫度等優(yōu)點．
用電器長期不用時，必須隔一段時間通一次電，以便其中含有電阻的元通電發(fā)熱驅除電器中的潮氣，以免元發(fā)生銹蝕和霉變．
b．防止電熱造成危害
使用電器時，電流過大或通電時間過長都可能造成危害，如燒壞電器、使導線絕緣皮老化引起火災，且造成大量電能損失．防止電熱危害的主要措施是加快散熱，如在電器上設置散熱孔、散熱片或在發(fā)熱部分安裝電扇．
4．有關電功、電功率和電熱的若干推論
A. 若不考慮溫度對純電阻阻值的影響，則在不1同的狀態(tài)下，對于某一純電阻有：
在某一過程中，對于某一純電阻有： Ω=W=Pt(Ω為電熱)
B．在同一電路中，不論幾個用電器以什么方式相連接：
說明：在運用電功、電功率、電熱的任何一個公式時，都要注意公式中各個量的同時性和對應性，都要注意公式中各個量單位的統(tǒng)一．
5．安全用電
安全用電主要包括設備安全與人身安全兩方面．
A. 家庭電路的組成和安裝
部分家庭電路圖：
由圖可知，家庭電路主要由進入家庭的進戶線(電線)、電能表、閘刀開關、熔斷器、開關、插座、用電器等組成．考慮到用電安全，一般還接有地線．
安裝家庭電路的準則——安全．
a. 進戶線
進戶線由火線和零線構成，零線與大地之間沒有電壓，火線與零線之間的電壓為220 V，火線和零線構成家庭電路的電．
常用測電筆辨別火線和零線．用手接觸筆尾金屬體，筆尖接觸電線(或與電線連通的導體)，氖管發(fā)光，表明接觸的是火線，氖管不發(fā)光，表明接觸的是零線．
b．電能表
電能表是測量和記錄一段時間里消耗電能的儀表．選用原則是：電能表銘牌上的標定電流應等于或略大于所有家庭用電器的額定電流之和．電能表串聯(lián)在家庭電路的干路中。
c. 閘刀開關
家庭電路中安裝閘刀開關的作用是用切斷電，以便檢測電路，更換設備。
閘刀開關串聯(lián)在家庭電路的干路中，閘刀開關應豎直安裝，且靜觸頭在上，動觸頭在下，電進線應接在靜觸頭的接線柱上，這樣閘刀斷開時，閘刀與火線不相連，閘刀也不會因自重或受震動等原因造成誤會。
d.熔斷器
i.熔絲的作用及物理特性
家庭電路用電時，如果在發(fā)生短路、過載、突發(fā)性過電壓（超過260V）等異常情況時不及時斷開電路，干路中的電流就會超過安全值，產生的熱量就增多，電線的絕緣層就會燃燒起釀成火災，為了防患于未然，應在干路中串聯(lián)熔絲，由于熔絲的電阻率大、熔點低，所以它能在干路中的電流超過安全值之前就自動熔斷，從而保護電路。熔絲通常由鉛（>>98％）銻（0.3~1.5％）合金制成。千萬不能用銅絲或鐵絲代替熔絲，因為銅和鐵的電阻率較小，熔點較高，起不到保險作用。
ii. 熔絲的規(guī)格及選用原則
熔絲的規(guī)格常用其額定電流表示，其選用原則是：熔絲的額定電流應略大于或等于電路中的最大正常工作電流。計算電路中最大正常工作電流的方法有： ； 其中PZ、RZ為電路中的總功率、總電阻。此外還應兼顧到熔絲的額定電流不能超過干路中的電線和電能表允許通過的最大電流值，這樣熔絲才能對整個電路起到保護作用。
iii.熔絲的安裝及等效處理
應將熔絲串聯(lián)在干路中的火線上，零線上不接熔絲，因為如果在火線和零線上各接一根熔絲，當電路中的電流超過安全值之前，這兩根熔絲不一定同時熔斷，也不一定是火線上的那根先熔斷，假如是零線上的那根先熔斷，那么雖然整個電路斷路了，各個用電器停止工作了，但是各個用電器與火線仍然相連，此時人若誤認為電路中沒電了而去檢修電路，則有可能發(fā)生觸電事故。此外，在準備接大功率用電器的支路中，應先在該支路中將一根熔絲直接接在火線上，再接該支路開關和大功率用電器，因為干路和支路中的電流唇齒相依、息息相關，所以這樣才能保證該支路和干路的安全。
在將熔絲裝入熔斷器時，應先將熔絲的兩端在螺絲釘上分別沿順時針方向纏繞一圈后再擰螺絲，這樣固定螺絲時，熔絲受到的摩擦力的方向與螺絲旋轉方向一致，熔絲的兩端就不會被擠出，螺絲不宜擰的過緊，因為熔絲的硬度小，擰的過緊，容易造成熔絲的局部截面變小，額定電流減小，以致影響電路的正常工作，也不宜擰得過松，否則熔絲容易松脫而造成斷路，即使末松脫，也會造成接觸處的電阻增大，產生的熱量增多，熔絲的溫度升高加快而容易熔斷。
若一時沒有合適的熔絲，可用其他熔絲等效替代，如應選用額定電流為7.5A的熔絲，則可將三根額定電流為2.5A的熔絲并聯(lián)后接入電路，也可將額定電流為10A的熔絲先用螺絲刀撳下一個恰當的切口后接入電路。
e. 自動空氣開關
如果電路消耗的總功率在3kW以上，最好用自動空氣開關替代閘刀開關和熔斷器，因為這種開關在電路中發(fā)生短路、過載和欠壓（電壓過低）等異常情況時都能自動切斷電路（跳閘），且實現(xiàn)自動斷路的電流大小可以調節(jié)，分斷能力較高，而熔斷器對欠壓這種異常情況是無能為力的。電動機以及由電動機提供動力的電器（如電風扇、電冰箱、空調器等）在欠壓時，若電路不能及時斷開又不能啟動，則消耗的電能全部轉化成內能，導致溫度驟升，極易燒壞電器，引起火災。自動空氣開關是利用電磁原理保護電路的。
f. 漏電保護器
為防萬一，在家庭電路中的電能表和熔斷器后面，最好要接入漏電保護器，因為它能在規(guī)定條下，當被保護電路中的漏（觸）電值達到或超過預定值時，就自動切斷電路（或發(fā)出報警信號）。
g. 支路開關
應直接接在火線上，這樣該開關斷開時，它所控制的用電器就與火線脫離接觸。
h. 插座
插座的作用是接插用電器。
明插座應高于地面1.8m，這樣能防止小孩將手指伸進插座的插孔內造成觸電事故。
三眼插座應接有地線，這樣人即使不慎碰到漏電的用電器的金屬外殼，也不會觸電，因為接地線的電阻比人體電阻小得多，接地線對電流起旁路作用。
兩眼插座的正確接法：左零右火；三眼插座的正確接法是：左零右火中接地。
i. 白熾燈
白熾燈是利用電流的熱效應工作的，當電流通過燈絲時，電能轉化成內能和光能，當燈絲溫度達到1700℃以上時，呈白熾狀態(tài)，發(fā)出的光呈白色。提高燈絲的溫度，可提高燈泡的發(fā)光效率．
燈泡的燈絲是用熔點高的鎢制成的，鎢在高溫下易與氧氣發(fā)生化學反應生成氧化鎢．對于小功率的燈泡一般抽成真空防止燈絲氧化；對于大功率的燈泡充入氮、氬等氣體，既防止氧化，又可以阻礙燈絲在高溫下升華．
在燈頭線穿入燈頭后蓋后，應先打一個保險扣再安裝電燈，這樣燈頭線就不會在電燈拉力的作用下從螺釘上脫落．
火線只準接進螺口燈頭中間的金屬片上，螺旋套上只準接零線上，這樣即使人不慎碰到通電的燈泡尾部裸露在外的螺旋部分也不會觸電．
j．電視機
如使用室外天線，應安裝避雷器或專用接地線，并在雷雨時停止使用電視機.
因電路短路、超負荷運行所引起的各類安全事故，人們并不感到陌生．各種用于防止電路短路、超負荷運行的保護裝置(如熔斷器、空氣開關等)，已被廣泛應用且行之有效．另外，對于因線路連接處接觸不良而引起的火災和安全事故，也應引起足夠的重視!隨著電氣化的日益普及，一些重大火災事故就是由于線路連接處接觸不良而造成的，教訓十分深刻．
當線路連接處接觸不良時，會使該處的電阻變大，造成局部過熱．同時，接觸處的電阻又將隨溫度升高而增大．電阻越大，溫度越高，溫度越高又造成電阻越大，從而形成電熱的逐步積累和惡性循環(huán)，以致引發(fā)火災．
B. 防止觸電
a．觸電的產生
觸電是指一定強度的電流通過人體所引起的傷害事故．超過30 mA的電流通過人體就會有生命危險．不高于36 V的電壓才是安全電壓．
b．觸電的形式
低壓(不包括不高于36 V的安全電壓)引起的觸電有單線觸電和雙線觸電兩類．單線觸電是人體直接觸摸電、火線或漏電的用電器等，使人體與地形成回路．雙線觸電是人體的兩部分(如兩只手)分別接觸到火線與零線，使人與電網形成回路．
高壓(1 kv或1 kV以上的電壓)線路和高壓設備引起的觸電有高壓電弧觸電和跨步電壓觸電兩類．當人體靠近高壓帶電體到一定距離時，高壓帶電體和人體之間就發(fā)生放電現(xiàn)象，電流流過人體造成高壓電弧觸電．高壓輸電線落在地面上，當人走近斷頭時，兩腳站在離落地電線遠近不同的位置上，兩腳之間就存在電壓，電流流過人體，造成跨步電壓觸電．
c．觸電的防止
為了保證安全用電，除電器安裝要符合技術要求之外，還要做到：不接觸電壓高于36 V的帶電體；不靠近高壓帶電體；不弄濕用電器；不損壞電氣設備中的絕緣體．高大建筑要安裝避雷針，防止雷擊．
d．觸電的急救
處理觸電事故的原則：切斷電，注意自身安全．具體做法是：立即切斷電，或者用一根絕緣棒將電線挑開，盡快使觸電者脫離電，并立即進行現(xiàn)場搶救(如進行人工呼吸等)．在發(fā)生電火災時，務必在切斷電后，才能潑水救災．在整個救護過程中，必須隨時注意自身保護，防止自己也觸電．
本文來自：逍遙右腦記憶 http://m.yy-art.cn/chusan/34802.html
相關閱讀：測量電功率