初中物理竞赛教程(基础篇):第28讲 电能表 焦耳定律(附强化训练题及答案)
【内容简介】28.1学习提要
28.1.1 电能表
单相电能表指的是家用电能表,如图28- 1所示。电能表是测量用户消耗多少电能的仪表,也可以认为是测量电流做功多少的仪表。
电能表上标有如“5(10)A”的字样,表示该户人家允许通过的最大电流为5A,短时间内允许通过的最大电流为10 A。
电能表是用千瓦时为单位来量度电功,即所消耗的电能。当电功率是1 kW,通电的时间为1 h的时候,电流所做的功就是1千瓦时(它的符号是kWh)。平时说用了几“度”电,就是指消耗了几千瓦时的电能。1度=1 kWh = 1 000 W ×3 600 s = 3. 6×106 J。
电能表上标着“1 200 r/kWh”的意思是:这个电能表的铝盘每转动1 200转(r),消耗的电能是1 kWh(度)。
利用电能表可以测量用电器的实际功率:得该用电器单独使用t时间内消耗的电能W,即可求得P = 。
图28 - 1
28.1.2 焦耳定律
1.电流的热效应
导体在电流通过时都会发热,这种现象叫做电流的热效应。
2.焦耳定律
电流通过导体时产生的热量,跟电流的平方成正比,跟电阻成正比,跟通电的时间成正比。
焦耳定律的数学表达式为Q =I2Rt,这也说明1焦= l(A2Ωs)。
28.2 难点释疑
28.2.1 电能表的读数
电能表最后一个红框内的数字是十分位数字。例如:某户人家上月抄表数为 本月抄表数为 ,则这户人家一个月耗电W = 6034.6度 - 5938.6度 = 96度。
28.2.2电能表的功率容量
电路中同时工作的各用电器的功率之和,不能超过电能表的功率容量,否则将使保险丝熔断或电能表损坏。电能表的功率容量等于它正常工作的最大电流与工作电压的乘积。标有 “220V 5(10)A”的电能表的功率容量是 P = U/I = 220 V×5A = 1 100 W。
28.2.3关于公示Q = UIt和Q =
此两式是根据Q=I2Rt、结合欧姆定律推导出来的,用这两个公式来求电流产生的热量, 要满足研究的电路中只有纯电阻用电器的条件,即只有在电能完全转化为内能时才能使用,此时W = Q。
公式Q=I2Rt,对求电流产生的热量普遍适用。例如电动机电路中,电动机内线圈电阻为R,电动机两端的电压为U,通过电动机的电流为I。利用W = UIt,可求得电流对电动机 所做的总功,即电能转化为其他形式能的总量。电动机线圈产生的热量是其中的一部分,热量大小为Q= I2Rt,此时W > Q。
用电器的发热功率(单位时间里产生的热量)用公式P=I2R来计算,它同样具有普遍适用性,而利用p = UI= 来计算时,同样应注意到电路为纯电阻电路。
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