在電路中,無論是半導體、超導體還是金屬導體,當電流通過它們后物理資源網,它們自身的電子都會在電場力的作用下沿一個方向運動。 換句話說,電場力會對電路中的自由電子產生一些作用。 成就。 為了方便大家理解,電場力對自由電子所做的功可以認為是導體中的自由電子從導體的一端運動到另一端后,電場力對自由電子所做的功在一段通電導體中。
對一段導體施加電壓后,電場力對單個電子所做的功為W=qU,其中q是自由電子的電荷,U是施加到導體上的電壓。 在實際電路中,電場力并不可能只對導體中的單個電子做功。 也就是說,電場力確實作用于導體中的所有電子。 當導體確實對電子做功時,導體中的電子會繼續穿過導體的橫截面積。 由電流I=q/t,可得電荷量q=It。 將這個方程代入上式,就可以得到電場力W=UIt所做的功,稱為電功,單位為焦耳(J)。
從電功率的定義不難看出,電功率的大小等于施加在導體兩端的電壓U、流過的電流I和通電時間t的乘積。 當電流和通電時間不變時,施加在導體上的電壓越高電場力做功,電場力對自由電子所做的功就越大。 也就是說,如果這三個物理量中任何一個的大小發生變化,電功的值就會發生變化。 顯然,電壓或電流大小的變化會引起電功率的變化,但是對于時間的變化,如何觀察電功率的大小呢?
例如,在寒冷的冬季,當我們打開白色編織燈的電源時,發現一開始它的照明強度比夏季弱,而照明一段時間后,它的照明亮度為和夏天一樣。 現在也一樣。 這一現象的背后,說明了當施加在燈絲兩端的電壓和電流不變時,白織燈的照明亮度會隨著時間的推移而增加。
造成這種現象的原因是,在未打開電源的情況下,無論夏天炎熱還是冬天寒冷,白織燈內鎢絲的溫度與室內溫度相同,因為室溫夏天的室溫比冬天的室溫高。 ,所以白編織燈的鎢絲發光速度比較快。 冬天,燈的冷白鎢絲必須通電更長時間,以補償體表溫度,然后發出紅光。 這是延長通電時間可以改變電功率大小的最好證據。
當然,白編織燈在點亮過程中,所有的電能都轉化為熱能。 以純電阻為例,如果直接將一根鐵線連接到電池的正負極上,過一會兒鐵線就會發出紅光。 那么,我們說此時所有的電能都轉化為熱能了。 那么問題來了電場力做功,為什么通電后的鐵絲表面會變紅呢?
因為在金屬導體中,它的原子可以認為是由帶正電的金屬離子和自由電子組成。 當自由電子在電場力的作用下沿一個方向移動時,它們將繼續與帶正電的金屬離子碰撞。 在碰撞過程中,會增加金屬的內能,導致金屬通電時發熱。
偉大的物理學家焦耳先生曾經通過實驗直接觀察到一個熱功定律,即熱功Q等于通過導體的電流I的平方乘以導體的電阻R再乘以通電量時間,即Q=I2Rt,這個定律稱為焦耳定律。 對于純電阻電路,所有電能都可以轉化為熱能。
對于涉及其他電器的電路,電能除了轉化為熱功外,還必須轉化為機械能。 熱功率與電功率之比等于無用功的比例。 因此,在電路中,如果想要有較高的電功率轉換率,就必須減少物體的熱功率損耗。