功率为什么等于电压乘以电流？

饶等发布于2021-03-29 10:15 13 2 标签：电工基础,电工入门,电功率

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电功率，相信大家都耳熟能详，它用于描述电能消耗的快慢，表示电场力在单位时间内对电荷所做的功，符号为P ，单位为瓦特[W]。例如功率为100W的电灯每小时消耗0.1度电(kWh);功率为200W电灯每小时消耗0.2度电(kWh)。

和电功率有关的公式有很多，如下图1-1所示的W=Pt ，P=UI ，P=I 2R 等。那么，其中的P=UI(电功率=电压×电流)又是怎么来的呢?这个公式是不是适用于所有电路?

图1-1

其实，不管是交流电路还是直流电路，不管是瞬时值、有效值或者是直流电路的恒定值，功率都是等于电压乘以电流的，也就是说，p=ui 这个公式适用于所有电路，注意，这里的p、u、i 用的都是小写。

在解释为什么p=ui 之前，我们有必要理解p、u、i 的含义。

一、电压与电流的定义

1、电流

电流，指单位时间内通过导体任一横截面的电荷量，符号为I(i )，单位为安培(A)，例如1秒钟(1s)通过导体某一截面的电荷量为1库仑(1C)，此时的电流强度就为1安培(1A)，如下图1-2所示，电流的参考正方向为正电荷的移动方向。

图1-2

这就好比在一条大道上，单位时间内穿过任一斑马线的车流量，例如每小时有100辆车开过穿条马路，那么它的车流就为100辆/小时。如果是已知10小时穿过该马路的车辆共有1200辆，显然，可以用1200除以10得出每小时的车流量为120辆/小时。

类似的，电流 i 也可以用一段时间(Δt )内通过某截面的总电荷量(Δq )除以该段时间(Δt)得出，即 i=Δq /Δt ，这就是电流的定义表达式。

要特别说明的一点是，所谓“电荷”是指所有带电的载流子，包括带正电的离子、空穴、带负电的自由电子等。当然，在我们的金属导体中，形成电流的电荷是以自由电子的形式存在的，即金属导体中其电荷(带负电)的移方向与电流参考正方向相反，如下图1-3所示。

图1-3

电荷为什么能定向移动?按理说，自由电子是围绕原子核作绕核运动的，就像是地球绕着太阳公转一样，此时电子受到原子核的束缚力而不能随便跑开。显然，想要自由电子挣脱原子核的束缚，就得给它提供另外一个力，只要这个力大于原子核的束缚力，自由电子就可以跑掉了，而这个力就是电场力。

关于电场力与电荷的更多内容，大家可以看我前面所写文章“带你完全了解电容”，在这里我就不再阐述。电场的存在，就会有电压，那么电压又是什么呢?

2、电压

所谓电压，是针对两点而言的，例如A、B两点的电压等于电场力将单位正电荷自A点移动至B点时所做的功，符号为 U ，单位是伏特( V)，如下图1-4所示。

图1-4

这就好比地球对人的吸引力，地球表面存在重力场，当人处于这个重力场中，就会受到地球引力的作用倾向于往地面掉。如下图1-5所示，人从4楼自由落体掉到2楼，重力场对人做功，人具有了动能，而且这个人越胖，其获得的动能也越大。

图1-5

同理，正电荷q 从电场中的A点移到B点，电场力对电荷做功，如下图1-6所示。而且电荷量越q大，电场力对电荷做的功越多，将这个功除以电荷量，就得到了电场力对单位正电荷做的功，这就是电压，即u=W /q 。这里说的是正电荷，其实对负电荷也是一样的，只要是单位电荷就行。只不过用正电荷时，电场力所做的功是正值，电荷移动的方向恰好表示了电压的方向。