电功与电能关系浅析

电功与电能关系浅析

电功和电能的关系是物理学体系中“功能关系”的一个重要组成部分。从电能的变化来理解电功、通过电功的计算来求得消耗的电能等都是这个关系的典型应用。

能量即物体做功的本领。一般地，物体对外做功其所具有的能量要减少，被做功的物体的能量就要增加。从对外做功的物体来看，其能量减少的原因是用它对外做了功，从而消耗了它做功的本领；从被做功的物体来看，因对其做了功使其做功的本领得到了积累，所以能量增加；从整个过程来看，物体做功的过程就是物体能量发生变化的过程。并且，一个物体对外做多少功，它的能量就会减少多少；对一个物体做多少功，这个物体的能量就会增加多少。所以，做功这个物理过程的结果是出现能量的变化，并且做功的多少是能量变化的量度。

如图，水平桌面上有两个球A和B，当A球以某一速度撞击静止的B球时，A球因对B球做功，其机械能减少；同样，B球的机械能会增加。或者说，A球将机械能转移给B球。这个过程中，A球对B球做的多少，就是A球减少的机械能的多少，也是B球增加的机械能的多少。

电流是否具有能量，我们能够从一个简单的事实中得到肯定的回答：当起重机中通有电流时，起重机能将重物提起，这里对重物做功的本领显然是电流所具有的，而不是不通电流的电动机所具有的。所以，电流具有能量即电能。在上述事例中，重物被拉上升增加的机械能，是由电能转化而来的；电能减少的原因是被电动机用这个电能去对重物做了功。所以，电流做功的过程就是电能转化为其它形式能的过程。

要知道电流有没有做功，能够从电流通过导体时，有没有产生新的能量来确定。例如：电流通过电灯时，电灯发光发热，产生了光能和内能；这些光能和内能一定是由电能转化而来的；有电能转化为其它形式的能，就是说电能减少了，减少的电能是被用去做了电功。

电流通过任何导体都要做功。大量的实验事实表明，电流通过导体时，总要产生电流的效应，而且电流通过任何导体时都要产生电流的热效应，即总有电能转化为内能等其它形式的能，那么电流就一定做了功。

实验表明，电流通过导体做功的多少跟导体两端的电压、导体中的电流及通电的时间都成正比，公式表示为W=UIt。应用其计算出电流做了多少焦的功，也就知道了有多少电能转化为其它形式的能。

例如，有一盏灯泡接在220伏的家庭照明电路上，测得通过它的电流为0.5安，则在1小时内电流通过这盏灯做的功W = UIt =220×0.5×3600焦=3.96×105焦。在这个过程中，减少即消耗的电能就是3.96×105焦，增加的光能和内能共有3.96×105焦，也就是有3.96×105焦的电能转化为光能和内能。由此可见，电流在电路中做的功等于电路消耗的电能。

电流做功的概念是很抽象的，它跟机械功有着本质区别：机械功能够让人很形象直观地体会到，只要对物体用了力，并使物体沿力的方向移动了一段距离，这个力就对物体做了功。用通电的起重机来提升重物，仅仅电流做功的一种非常特殊的事例，而电流通过一般的导体做功，并没有使导体移动一段距离，所以不能把电功跟机械功等同看待。只要在电流通过导体时，有电能转化为其它形式的能，就说明电流通过导体时做了功。

力对物体做功，使物体移动距离；电流做功，使导体发热。这是机械功和电功各自的个性。做功过程中，使物体的能量发生转化或转移的变化，是各种功的共同属性。