單元捌:電流的熱效應

一、電流的熱效應

()電流的三大效應及其能量的轉換:

1.電流的化學效應:(電能轉換成化學能,即電解)。

2.電流的磁效應:(電能轉換成磁能)。

3.電流的熱效應:【電能】轉換成【熱能】的現象。

()何謂「電流的熱效應」:

1.事實上電流的三大效應皆為電能轉換成其他形式的現象,所以也可稱為:「電功」。

2.電能通過具有電阻的導線或電器時,就會將電能轉換為熱能,此轉換的過程即稱為:電流的熱效應。

3.」皆具有作功的本領,當能的形式發生轉變時,就是能量作功的表現,電能亦是如此。

二、電功

()電功與能量守恆:

1.定義:當電流通過電器時會對電器作功,電器則將電能以其他形式的能量輸出;例如轉換為熱能,而電能E所作的功,其關係式為:
E
Q×VQ為電量、V為電壓)。

2.根據「能量守恆」的觀點;無論電能轉換成化學能、磁能或熱能,皆可視為電能作功的過程,以電流的熱效應為例;若在導線上無能量的損失,

則: 電功(消耗的電能)=電器產生的熱能

3.所謂「電能」意指電位能,依據電功的定義;在電路中一庫侖的電量通過一伏特的電位差時,可攜帶1焦耳的電位能。

()物質不減與能量守恆:

1.若非發生原子核反應,任何狀況(即物理變化及化學變化)物質不會消減,亦即質量守恆,而電流的熱效應只是能量在形式間的轉變,屬於物理變化,故應遵守質量守恆定律。

2.當電流通過電路時,由電源攜帶出一定的電能,這些電能會在電器上轉換成其他形式的能量,以電流的熱效應而言;由電流攜帶的電能會於電路中轉變成熱能,故電器消耗的只是電能,而電流(正電荷)並不會消失,由電源的正極流出的正電荷數量恆等於流回電源負極的正電荷數量。

3.電流(正電荷)由電源正極流出時,攜帶電能流經電器,於電器上將電能釋出轉換為熱能,然後這些已釋出電能的正電荷會流經導線再回到電源的負極。(如圖一所示):

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4.若將電流比喻為水的流動,則電源可比喻為抽水馬達,電源將正電荷提至高電位使其具有高電位能,正如抽水馬達將水抽至高處,使水具有較大的重力位能。

5.圖一中所示的電源其電壓為V,通電一段時間後累計輸出的電量為Q,則電源所消耗的電能EQ×V,此即電功的定義。

 

三、電功率

()電功率的定義:

1.電功率:電能作功的速率,亦即單位時間內電能所作的功。若以符號表示;P代表電功率,E代表電能,t代表電能作功經歷的時間,則關係式為:

2.電功率的單位:焦耳/秒、瓦特(watt)或(w)。

3.若某電器標示的電功率為40w110V,代表該電器適用110V,且正常使用時,每一秒鐘會消耗40焦耳的電能

4.電器標示的電功率愈大者;代表在單位時間內所消耗的電能愈多。

()電器標示與電功率:

1.一般電器會標示【電功率】和【適用電壓】,例如:標示60W110V的電燈,接於110V的電壓時,則電燈在1秒內會消耗60焦耳的電能,並產生60焦耳的熱和光能。

2.功率較大的電器因電器的電阻較小,通過電器的電流較大,故每1秒內所消耗的電能也較多。例如:生活中常見的冷氣機、電磁爐等高功率的電器,皆為電阻很小的電器,故使用時通過電器的電流很大。

3.在台灣所有的電器商品,都須要標示電器適用的電壓及其電功率,可據以評估電路的負載決定電器的使用數量。

4.本單元提及的運算公式較多,為方便理解和活用,將電能與電功率的計算公式整理(如表一和表二所示):

5.有關電功E的運算公式:

(1)有關電功率P的運算公式:

 

(2)有關電功率P的運算公式:

 

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