電能與功率

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引言

我們在日常生活中做很多事情，許多事情都是透過我們的體力活動完成的。有些工作是用工具和其他裝置完成的，但它們也需要能量。能量有很多型別，例如電能、機械能、熱能、光能和風能。在日常生活中，我們從電池獲得電能。電力也來自核電站、水電站、風力發電場和陽光。電鰻可以產生電力，它們利用這種能量來保護自己免受敵害。風扇、燈、電視、洗衣機和冰箱都需要電力才能執行。產生電力的來源稱為電源。

圖1. 電鰻

什麼是電能？

物體中電子的運動會產生一種力，這種能量稱為電能。電流在電路中迴圈產生做功的能量，這叫做電能。電能可以轉換成許多其他形式的能量，例如電極、放大器、電磁鐵、燈泡和化學變化。電能儲存在電池和電容器中。我們使用電能來執行各種裝置，使用化學能來烹飪食物或駕駛車輛。一切能量都來自一個來源，我們需要知道如何選擇所需的能源，才能以可用的形式獲得能量。一個好的能源必須具備單位質量做功多、易於獲得、易於儲存和運輸，最重要的是價格實惠。以下是幾種電能來源：

火力發電廠

火力發電廠每天燃燒大量的化石燃料來發電和加熱水。由於它是利用熱能發電的，所以被稱為火力發電廠。輸送電能比長途運輸煤炭或石油容易得多，因此火力發電廠通常建在煤礦或油田附近。

水力發電站

水力發電站將落水的勢能轉化為電能。雖然可用作能源的瀑布不多，但水力發電站通常與水壩配套使用。

太陽能

太陽透過聚光來烹飪，達到很高的溫度。太陽能電池板覆蓋著玻璃板。這是透過使用太陽能電池將太陽能轉化為電能來實現的。太陽能電池的主要優點是它沒有活動部件，維護成本低。大量太陽能電池連線在一起形成太陽能電池板，為實際應用提供電力。

潮汐能

透過在海灘上建造一個狹窄開口的大壩來利用波浪能。安裝在大壩開口處的渦輪機將潮汐能轉化為電能。同樣，也可以從產生電能的近海風中獲得動能。強風吹過海洋會產生波浪。只有在波浪最強的地方，波浪能的速率才不同。各種型別的裝置已經被開發和使用，以收集波浪能用於渦輪機旋轉和發電。

電能公式

通常，物理學中電能的測量方法是功率乘以時間。電路中電能的公式為：

$$\mathrm{電能\:E=功率(P)\times 時間(t)}$$

電路中的功率由下式給出：

$$\mathrm{P=I^{2}R}$$

$$\mathrm{\therefore 電能\:E=I^{2}Rt\:Wh(瓦特小時)}$$

電能單位

電能單位是瓦特小時。瓦特小時表示1瓦特的功率使用1小時。在商業上，我們用千瓦時來衡量電能，通常稱為一度電。

$$\mathrm{1\:KWh=1000\:瓦特\times 3600\:秒}$$

$$\mathrm{=3.6\times 10^{6}\:瓦特秒}$$

$$\mathrm{=3.6\times 10^{6}焦耳}$$

電能的一些例子是什麼？

電池

電池儲存電能，電能是透過電池內部的化學反應轉換而來的。可以提供正離子和負離子的化學溶液稱為電解質。電池的構成是將兩個不同的金屬板作為電極固定好。透過化學反應，一個電極充當陽極，另一個電極充當陰極，從而產生電能。根據電力產生的持續時間，電池分為一次電池和二次電池。

電容器

電容器是一種幫助儲存電荷和電能的器件。它由兩個介電材料隔開一個小間隙構成。電容器廣泛應用於許多電子電路以及許多科學和技術領域。電能儲存在電容器極板之間的電場中。當電容器放電時，能量被釋放出來。能量密度僅取決於電場，而不取決於極板的大小。電容器用於防止自動機器的燃料點火系統發生火花。

電能轉化為機械能

電動機用於將電能轉換為機械能。電動機在現代生活中非常重要。它們被用於水泵、風扇、洗衣機、榨汁機、磨粉機等。作用於放置在磁場中的導體的力會導致導體運動。這是電動機的原理。

要了解電動機的運作方式，就需要了解放置在恆定磁場中的電線圈是如何產生旋轉效應的。在電動機中，一個簡單的線圈放置在磁體的兩個磁極之間，並且還包含導體線段。根據弗萊明左手定則，電流在導體線段中沿相反方向流動，它們的動力學也相反。線圈的兩端旋轉，因為力方向相反。一個稱為分環換向器的裝置用於改變電流方向。

當分環中的間隙連線到端子時，線圈中沒有電流。但是，隨著線圈的移動，它將繼續向前移動，並且兩個分環中的一個將與碳刷接觸。這種電流的反轉每半個週期發生一次，並導致線圈中的電流連續性。

什麼是電功率？

吸收的電能與時間的比率稱為電功率。電路中的功率由下式給出：

$$\mathrm{P=VI\:\:\:(V=IR)}$$

$$\mathrm{P=I^{2}R}$$

“瓦特”是電功率的SI單位。一瓦特是指在1伏電壓和1安培電流下工作的電器所用的功率。瓦特是最小的單位。因此，在實踐中，我們使用更大的單位，稱為千瓦。

結論

物體中電子的運動會產生一種力，這種能量稱為電能。電能可以轉換成許多其他形式的能量，例如電極、放大器、電磁鐵、燈泡和化學變化。電能儲存在電池和電容器中。電動機用於將電能轉換為機械能。電動機在現代生活中非常重要。電能單位是瓦特小時。瓦特小時表示1瓦特的功率使用1小時。在商業上，我們用千瓦時來衡量電能。吸收的電能與時間的比率稱為電功率。

常見問題

Q1. 什麼是一次電池？

A1. 透過不可逆的化學反應持續產生電能的系統稱為一次電池。透過向一次電池的元件中新增電極和合適的電解質，可以獲得靜電力。

Q2. 定義核能

A2. 在稱為核裂變的過程中，當被慢中子撞擊時，重原子核（例如鈾、鈽和釷）可以分裂成較輕的原子核。當發生這種情況時，會釋放出巨大的能量，這被稱為核能。

Q3. 如果發生電擊，有哪些安全措施可以拯救一個人？

A3.

• 關閉導致電擊的電源，並斷開電源。

• 用絕緣材料將他推離電源線接觸點。

Q4. 電容器有哪些用途？

A4. 我們都知道的一件事是相機。拍照時，閃光是由一種稱為閃光電容的電容器釋放的能量引起的。電容器用於電源中以減少電源波動並提高電源效率。

Q5. 定義電偶極子

A5. 兩個相等但電荷相反的電子以小距離分開構成一個電偶極子。在許多分子中，正電荷中心和負電荷中心不重合。此類分子表現得像穩定的電偶極子。