2018高三選修物理

1. 7-5 電功率
與電流熱效應
阿Samn老師

2. 課程大綱
電功率
電流熱效應
焦耳定律
電費的計算
電能傳輸過程
2 2018 高三選修物理 CH7 電流

3. 電路中的能量-電路元件與電能轉換
•電池利用化學能將正(負)電荷經由電池內部從負(正)極推向
正(負)極，使電荷獲得了電(位)能。
•電器是一種消耗電(位)能而轉變成其他能量形式的裝置
•例如：馬達將電能轉換成力學能、喇叭將電能轉換成聲
能、…。
2018 高三選修物理 CH7 電流3
能量 輸出/輸入的效率 功率 𝑷 =
𝚫𝐄
𝚫𝒕

4. 簡單電路的電功率
• 取一個電阻R 跨接於電池兩端，就是簡單電路
R
I
I
+
-
Ｓ
𝜺
電池電動勢 𝜀
p
q
q
開關S 接通 電流 𝑰 =
𝚫𝐐
𝚫𝐭
I
電荷從電池獲得的能量 𝑼 = 𝚫𝐐 ∙ 𝜺
電池的功率 𝑷 =
𝑼
𝚫𝒕
=
𝚫𝐐𝜺
𝚫𝐭
= 𝑰 ∙ 𝜺
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5. 簡單電路的電功率
• 取一個電阻R 跨接於電池兩端，就是簡單電路
R
I
I
+
-
Ｓ
𝜺
電阻 端電壓 𝑉
p
q
q
開關S 接通 電流 𝑰 =
𝚫𝐐
𝚫𝐭
I
電阻消耗的能量 𝑼 = 𝚫𝐐 ∙ 𝑽
電阻的功率 𝑷 =
𝑼
𝚫𝒕
=
𝚫𝐐𝑽
𝚫𝐭
= 𝑰 ∙ 𝑽
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6. 電功率，符號 P
• 電功率：單位時間提供(或消耗)的電(位)能
𝑷 =
𝚫𝑬
𝚫𝒕
高
電
位
V2
低
電
位
V1
• 單位：
• 焦耳/秒 或 瓦特（Watt）
• 簡稱"瓦"，符號是W
𝚫𝑼 = 𝑸 𝑽 𝟐 − 𝑽 𝟏 = 𝑸 ∙ 𝑽
𝑸 = 𝑰 ∙ 𝚫𝒕
𝑷 =
𝚫𝑼
𝚫𝒕
=
𝑸 ∙ 𝑽
𝚫𝒕
= 𝑰 ∙ 𝑽
= 𝑰 ∙ 𝑽
• 單位：瓩 或千瓦（kW）
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7. • 宏觀觀點：
• 電流流經導體時，部分電(位)能轉換成
導體的熱能，此現象稱為電流的熱效應。
• 看到導體發光-白熾
電流熱效應
https://en.wikipedia.org/wiki/Joule_heating#/media/File:Toaster-quartz_element.JPG
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8. 電流熱效應
• 微觀觀點：
• 電子在導體中開始移動
• 電子跟導體內的原子發生碰撞
• 電子動能 某個比例 轉給原子
導體的熱能
原子振動 更劇烈
http://physicszarevision.blogspot.tw/
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9. 焦耳定律
• 遵守歐姆定律的導體
• 此導體消耗功率 或 發熱功率
𝑽 = 𝑰 ∙ 𝑹
𝑷 = 𝑽 ∙ 𝑰 = 𝑰 𝟐
∙ 𝑹
電流越大 產生熱能(損耗的電能)越多
金屬導體可以用來作電熱器的加熱裝置
詹姆斯·普雷斯科特·焦耳
1841年，由英國物理學家 焦耳 發現
= 𝑽 𝟐
/𝑹
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10. 電能與電費的計算
10 2018 高三選修物理 CH7 電流
電能 𝑼 = 𝑷 ⋅ 𝒕 = 𝑽 ∙ 𝑰 ⋅ 𝒕
轉成熱能 熱功當量 𝟏 𝒄𝒂𝒍 = 𝟒. 𝟏𝟖(𝑱)
𝟏 𝑱 = 𝟎. 𝟐𝟒(𝒄𝒂𝒍)
熱能
𝑼 = 𝟎. 𝟐𝟒 ⋅ 𝑷 ⋅ 𝒕
= 𝟎. 𝟐𝟒𝑽 ∙ 𝑰 ⋅ 𝒕
電價的計算 收費期間的電能
計費單位 度 𝟏𝟎𝟎𝟎 𝐖 ⋅ 𝟏(𝐡𝐫) = 𝟏(瓩 ⋅ 小時)
𝟑. 𝟔 × 𝟏𝟎 𝟔(𝐉)

11. 輸送電能的模式
𝑷 𝟎 = 𝑽 𝟎 ∙ 𝑰
𝑷 𝑹 = 𝑰 𝟐
𝑹
https://www.123rf.com/photo_55111262_stock-vector-hydro-power-plant-3d-isometric-electricity-concept-energy-electric-alternative-hydroelectric-hydro-t.html
電廠供電功率用戶的耗電功率
傳輸線消耗的功率
𝑷 𝟎 = 𝑷 𝑹 + 𝑷 𝒇
𝑽 𝟎 𝑰 = 𝑰 𝟐
𝑹 + 𝑽 𝒇 𝑰
輸出電壓𝑽 𝟎 ↗
輸出電流 𝑰 ↙
𝑷 𝑹 = 𝑰 𝟐
𝑹 ↙
定值
高壓電↗
𝑷 𝒇 = 𝑽 𝒇 ∙ 𝑰
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12. 參考資料
1. 鄭呈因,龍騰課堂講義
2. 維基百科
3. 龍騰版高三選修物理課本
4. 南一版高三選修物理課本
5. 相關影片僅供教學用，且不超過5分鐘。
6. 多數圖片來 Google search
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