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第一篇纯电阻电路:非纯电阻电路电功及电功率问题例析
非纯电阻电路电功及电功率问题例析
湖北省枣阳市兴隆二中 谢江涛 程 云
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从能量转化的角度看，纯电阻电路是将电能全部转化为热能，即电功等于电热。例如：日常生活中的白炽灯、电炉子、电饭锅等纯电阻电路工作时W=Q。而非纯电阻电路是电流做功将电能主要转化为其他形式的能量，但还有一部分电能转化为了热能，此时电功大于电热。例如：在电动机转动、电铃、蓄电池(充电)等这些非纯电阻的电路中W>Q。特别是涉及非纯电阻电路的有关电功、电热、电功率和发热功率的计算，学生极容易混淆。
一、公式分析
1．电功
由W=UIt根据欧姆定律I=可推导得到W=I2Rt和，但欧姆定律公式I=只适用于纯电阻电路，所以W=I2Rt和W=·t只对纯电阻电路适用，即W=UIt适用于所有电路，W=I2Rt和只适用于纯电阻电路。
2．电功率
同样道理，由P=UI和I=可推导得到P=I2R和P=，而P=I2R和P=也只适用于纯电阻电路，即P=UI适用于所有电路，P=I2R和P=只适用于纯电阻电路。
3．电热
由焦耳定律公式Q=I2Rt和I=可推导得到Q=UIt和Q=·t ，很明显Q=UIt和Q=·t 只对纯电阻电路适用，即Q=I2Rt适用于所有电路，Q=UIt和Q=·t 只适用于纯电阻电路。
以电动机为例，同学们在遇到非纯电阻电路时，可牢记以下公式，解答所消耗的电能和产生的热能。电动机工作时所消耗的电能大部分转化为机械能，一小部分才转化为热能。因此，在计算电动机电路可用以下公式。电流做功是所消耗的总能量W总=UIt；工作时所产生的热能Q=W热=I2Rt；所转化的机械能W机＝W总-W热＝UIt-I2Rt。电流做功的功率P总=UI；其发热功率P热=I2R；转化的机械能功率P机=P总-P热＝UI-I2R。
二、例题解析
例1．一个电动机的线圈电阻是4.4Ω，当把它接在220V电压下工作10min。已知：通过线圈的电流是5A,这时电动机做功____J， 线圈产生的热量是_____J。
解析：电动机为非纯电阻电路，求电流所做的功只能用W=UIt=220V×5A×600s=6.6×105；求电流产生的热量只能用Q=I2Rt=(5A)2×4.4Ω×600s=6.6×104J。
【点评】电动机是将电能转化为机械能的机器，其中只有部分能量消耗在线圈发热上，是一个非纯电阻电路，计算电流做功只能用W=UIt，计算电热只能用Q=I2Rt。
例2．某电动机线圈电阻为1Ω，接在220V的直流电压下，工作电流为1A，则电动机消耗的电功率为_____W；发热损耗的电功率为____ W ；转化为机械能的功率为____ W。
解析：电动机消耗的电功率为总功率P总=UI=220V×1A= 220W；
发热损耗的电功率 P热= I2 R=1A）2×1Ω=1W ；
转化为机械能的功率为 P机 = P总– P热=220W - 1W = 219W
【点评】在非纯电阻电路中计算电功率的三个公式P = UI 、 P = I2 R、P=不能等效互换，其中公式P = UI可计算电动机消耗的总功率；P = I2 R只能计算发热损耗的电功率；P=已不能再用。转化为机械能的功率可用电动机消耗的总功率减去发热损耗的电功率即可。
例3．小华准备参加玩具赛车比赛，她想通过实验挑选一只能量转换效率较高的电动机，实验时她先用手捏住电动机的转轴，使其不转动，然后放手，让电动机正常转动，分别将2次实验的有关数据记录在表格中。请问：(1)这只电动机线圈的电阻为多少？(2)当电动机正常工作时，转化为机械能的功率是多少？(3)该玩具电动机正常工作时电能转化为机械能的效率是多少？
电动机的电压/V
电动机工作状态
通过电动机的电流/A
0.2
不转动
0.4
2.0
正常转动
1.0
解析：（1）根据线圈不转动时是纯电阻电路可求出线圈电阻：R==0.5Ω
（2）电动机正常工作时消耗的总的电功率：P总=U2I2=2V×1A=2W，正常工作时发热的功率：P热=I2R=0.5 W，转化为机械能的功率：P机= P总-P热=1.5 W
（3）转化为机械能的效率：η==75％。
【点评】本题是典型的纯电阻电路和非纯电阻电路的结合，许多学生对电动机转动和不转动状态时的电路不知如何分析，再加上题中各有2个电压值和电流值，学生在解题时更是无所适从。电动机不转动时，此时电路可看作是纯电阻电路，电动机正常转动时是非纯电阻电路。不管电动机转与不转，它的线圈电阻我们认为是不改变的。
例4．电动机是一种使用广泛的动力机械，从能量转化的角度看．它主要是把电能转化为机械能，还有一部分能量在线圈中以热量的形式散失掉。现有一台电动机，当电动机两端加220V电压时，通过电动机线圈的电流为50A。问：（1）每分钟该电动机消耗的电能是多少？（2）已知电流通过导体时产生的热量Q= I2 R t（其中I、R和t分别表示通过导体的电流、导体的电阻和通电时间），若该电动机线圈的电阻是0.4Ω，则线圈每分钟产生的热量是多少?（3）这台电动机每分钟所做的机械功是多少?
解析：（1）消耗的电能W总=UIt=220V×50A×60s=6.6×105J
（2）产生的热量Q热= I2 R t=(50A)2×0.4Ω×60s=6×104J
（3）所做的机械功W机=W总-Q热=6.6×105J－6×104J=6×105J。
【点评】对于此题的第1问直接用公式W总=UIt解答，第2问用公式Q热= I2 R t即可，但一定不能用其它公式解答，第3问中的机械能应用消耗的总的电能减去电能转化为内能的部分，即W机=W总－Q热。
2011-04-27 人教网
第二篇纯电阻电路:电工必知小常识
1、什么叫做三相电路？
能产生幅值相等、频率相等、相位互差120°电势的发电机称为三相发电机；以三相发电机作为电源，称为三相电源;以三相电源供电的电路，称为三相电路。
2、什么是三相三线制供电？什么是三相四线制供电？
三相三线制是三相交流电源的一种连接方式，从3个线圈的端头引出3根导线，另将3个线圈尾端连在一起，又叫星形接线，常用符号“Y”表示，这种引出3根导线供电的方式叫三相三线制。若还从3个线圈尾端的连接点上再引出1根导线，这种引出4根导线的供电方式叫三相四线制方式。
3、什么叫相线(或火线)，什么叫中线(或零线)？
3个尾端的连接点称作中点，从中点引出的导线叫中线或零线。从3个端头引出的导线叫相线或火线。
4、什么叫相电压、线电压、相电流、线电流？
每相线圈两端的电压叫做相电压。通常用UA、UB、UC分别表示。端线与端线之间的电压称为线电压。一般用UAB、UBC、UCA表示。凡流过每一相线圈的电流叫相电流，流过端线的电流叫线电流。
5、三相交流电和单相交流电相比有何优点？
三相交流电较单相交流电在发电、输配电以及电能转换为机械能等方面都有明显的优势。例如，制造三相发电机、变压器都较制造单相的省材料，而且构造简单，性能优良。同时，三相输电较单相输电电能损耗少等。
6、什么是三相电源与负载的星形连接和三角形连接？
将三相负载的一端分别接在三相电源的A、B、C上，另一端连在一起接在中点上，如下左图即为星形连接。将一相绕组的末端与邻相绕组的始端顺序连接起来（全球电气资源www.ourger.com），构成一个三角形回路，再从三个连接点引出三根端线，供给三角形连接的负载，便形成了三角形连接的三相电路。
7、为什么在低压电网中普遍采用三相四线制？
用星形连接的三相四线制，可以同时提供两种电压值，即线电压和相电压。既可提供三相动力负载使用，又可提供单相照明使用。例如常用的低电压380/220V，既可提供需要电源电压380V的三相交流电动机使用，又可同时提供单相220V的照明电源。
8、什么是纯电阻电路？
通过电阻将电能以热效应方式全部转变为热能的交流电路，叫纯电阻电路。例如白炽灯、电炉、电烙铁等交流电路就是纯电阻电路。
9、什么是纯电感电路？
当线圈的电阻忽略不计，在线圈两端接上一个交流电压时，线圈中就有交流电流通过，因而在线圈中产生一个自感电动势反抗电流的变化，这就是纯电感电路。如果线圈通以直流电时，电流就不会变化，因此感抗就是零，线圈中电流则无限大形成短路。所以必须注意电感电流不能用在直流电路上。
10、什么是纯电容电路？
当电容的介质损失忽略不计时，在电容两端接上一个交流电源，电容就不间断地进行充电和放电，这就是纯电容电路。实验证明，它对交流电呈现一定的阻力，称为容抗，用XC表示。交流电频率越高，容抗就越小。当直流电接上时，容抗为无穷大，说明电容有隔直流作用。如果接入高频电源，则相当于短路作用。
11、什么叫做有功功率、无功功率、视在功率？
有功功率：将电能转换为其它形式能量的这部分功率。
无功功率：不参与电能转换，只参与交变磁场吞吐转换的功率。
视在功率：电源供给的总功率。
12、什么是功率因数？
电路消耗的有功功率占电源供给总功率的比例称为功率因数。功率因数越高，表示在电源和电路之间传递的无功能量越少。因此，在电力工程中希望功率因数越高越好。
13、功率因数怎样计算？
其瞬时值可由功率因数表直接读出。若无功率因数表，可根据电压表、电流表和电度表在同一时间的读数，按下式计算：
cosφ=P/(1.73*U*I) 其中P、U、I分别是电度表、电压表和电流表的读数。
14、什么是照度？
照度是指单位面积上接收到的光能量。照度符号是E，照度单位是勒克斯(lx)，计算式为：E=φ/A
式中 φ----光通量，lm；
A----照明面积，m2；
E----照度，lx。
1勒克斯相当于1m2被照面上光通量为1流明(lm)时的照度。夏季阳光强烈的中午地面照度约为50000lx，冬天晴天时地面照度约为2000lx，晴朗的月夜地面照度约0.2lx。
15、什么是负荷率？
在一定时间内，平均负荷与最高负荷之比的百分数。用以衡量负荷的均衡性。
16、什么是瞬流？
瞬流是一种瞬间高爆发的电能，包括浪涌、spikes、glitches等等。它存在于几乎所有的电力系统中，无论是民用电还是工业用电。瞬流和浪涌是用微秒到微微秒测量的，它可以高出正常电压的几十到几百甚至几千倍。
通常供电部门一致认为90%的瞬流是从电力系统内部产生的，主要是由于电力负载 (Electricalloads) 的频繁开关和负荷的频繁变化。
瞬流可以损坏任何一种电器，包括任何类型的工业电机、敏感的电器，如：电脑、通信、证券、广播、航空指挥、军事指挥等系统。经长期对瞬流的研究（全球电气资源www.ourger.com），其统计数据结果证明，如电器在使用时不遇到任何瞬流，使用寿命可延长35-40%。同时，消除电涌并可大幅度提高电力设备的运转效率，减少企业电耗，为企业降低生产成本。
17、瞬流是如何产生的？
瞬流的产生主要来源于两个方面。
一是环境产生的，雷电感应电压、输变电站大型开关的开合、邻居大型负载的起停，都会伴随有瞬流进入到用电系统。环境因素产生的瞬流占一个系统瞬流总量的20-30%。
二是用电系统内部产生的，它占一个系统瞬流总量的70-80%。任何负载的起停和运行都会产生大量的瞬流，再回馈到本身的用电系统中。大型负载的起停及运行过程中所产生的瞬流还会波及到邻居的用电系统及大电网。电弧放电也是瞬流的一个主要来源。它可能是由不良和松 动的电气连接引起，或由老旧的不干净的电刷引起。由电弧放电所产生的高频电压尖峰脉冲，会通过设备线路扩散、影响到整个系统。
随着高科技的迅速发展，电脑及所有与信息产业相关的电子设备被大量使用，如：激光打印机、电脑工作站、各种服务器、调制解调器、路由器、扫描器、传真机、网络接入商工作站、证券及期货市场大型电脑服务站、银行系统大型电脑服务站等设备。由于体积越来越小的电子集成线路板及芯片对系统过电压的防护非常薄弱，而系统内部产生出大量的、无时不在的瞬流，通过设备线路扩散、反馈到电网中，影响到整个系统。
18、瞬流的特征
正弦波电路上电流与电压的表现为瞬态畸变的瞬流，其主要表现形式为浪涌、尖峰、谐波等。英福特科技(美国)公司能源顾问、美国著名能源理论家赫氏菲尔德博士认为，这种畸变的主要特点是超高压、超高速、超高频次。
超高压：指瞬流尖峰高出正常电压幅值的2-50倍，最高可达10000伏。
超高速：指瞬流尖峰发生在极短的时间内，它可以在数万亿(百万的二次幂)分之一秒内完成从迸发到消失的过程。
超高频次：指瞬流尖峰的活动十分频繁，可以说瞬流无时不在、无处不在。英福特公司在美国硅谷最近的多项测试表明，一盏灯的开关、一个家用电器的启动、甚至电脑键盘或鼠标的点击，就有数十个瞬流产生，电压高达500-1200伏。仅仅一只日光灯管简单的开关动作，就有多达24个瞬流产生。
来源：互联网
第三篇纯电阻电路:电工小常识汇总，实用！
法律顾问：赵建英律师
1、什么叫做三相电路?
能产生幅值相等、频率相等、相位互差120°电势的发电机称为三相发电机;以三相发电机作为电源，称为三相电源;以三相电源供电的电路，称为三相电路。
2、什么是三相三线制供电?什么是三相四线制供电?
三相三线制是三相交流电源的一种连接方式，从3个线圈的端头引出3根导线，另将3个线圈尾端连在一起，又叫星形接线，常用符号“Y”表示，这种引出3根导线供电的方式叫三相三线制。若还从3个线圈尾端的连接点上再引出1根导线，这种引出4根导线的供电方式叫三相四线制方式。
3、什么叫相线(或火线)，什么叫中线(或零线)?
3个尾端的连接点称作中点，从中点引出的导线叫中线或零线。从3个端头引出的导线叫相线或火线。
4、什么叫相电压、线电压?相电流?线电流?
每相线圈两端的电压叫做相电压。通常用UA、UB、UC分别表示。端线与端线之间的电压称为线电压。一般用UAB、UBC、UCA表示。凡流过每一相线圈的电流叫相电流，流过端线的电流叫线电流。
5、三相交流电和单相交流电相比有何优点?
三相交流电较单相交流电在发电、输配电以及电能转换为机械能等方面都有明显的优势。例如，制造三相发电机、变压器都较制造单相的省材料，而且构造简单，性能优良。同时，三相输电较单相输电电能损耗少等。
6、什么是三相电源与负载的星形连接和三角形连接?
将三相负载的一端分别接在三相电源的A、B、C上，另一端连在一起接在中点上，如下左图即为星形连接。将一相绕组的末端与邻相绕组的始端顺序连接起来，构成一个三角形回路，再从三个连接点引出三根端线，供给三角形连接的负载，便形成了三角形连接的三相电路。
7、为什么在低压电网中普遍采用三相四线制?
用星形连接的三相四线制，可以同时提供两种电压值，即线电压和相电压。既可提供三相动力负载使用，又可提供单相照明使用。例如常用的低电压380/220V，既可提供需要电源电压380V的三相交流电动机使用，又可同时提供单相220V的照明电源。
8、什么是纯电阻电路?
通过电阻将电能以热效应方式全部转变为热能的交流电路，叫纯电阻电路。例如白炽灯、电炉、电烙铁等交流电路就是纯电阻电路。
9、什么是纯电感电路?
当线圈的电阻忽略不计，在线圈两端接上一个交流电压时，线圈中就有交流电流通过，因而在线圈中产生一个自感电动势反抗电流的变化，这就是纯电感电路。如果线圈通以直流电时，电流就不会变化，因此感抗就是零，线圈中电流则无限大形成短路。所以必须注意电感电流不能用在直流电路上。
10、什么是纯电容电路?
当电容的介质损失忽略不计时，在电容两端接上一个交流电源，电容就不间断地进行充电和放电，这就是纯电容电路。实验证明，它对交流电呈现一定的阻力，称为容抗，用XC表示。交流电频率越高，容抗就越小。当直流电接上时，容抗为无穷大，说明电容有隔直流作用。如果接入高频电源，则相当于短路作用。
11、什么叫做有功功率?无功功率?视在功率?
有功功率：将电能转换为其它形式能量的这部分功率。
无功功率：不参与电能转换，只参与交变磁场吞吐转换的功率。
视在功率：电源供给的总功率。
12、什么是功率因数?
电路消耗的有功功率占电源供给总功率的比例称为功率因数。功率因数越高，表示在电源和电路之间传递的无功能量越少。因此，在电力工程中希望功率因数越高越好。
13、功率因数怎样计算?
其瞬时值可由功率因数表直接读出。若无功率因数表，可根据电压表、电流表和电度表在同一时间的读数，按下式计算：
cosφ=P/(1.73*U*I) 其中P、U、I分别是电度表、电压表和电流表的读数。
14、什么是照度?
照度是指单位面积上接收到的光能量。照度符号是E，照度单位是勒克斯(lx)，计算式为：E=φ/A
式中 φ----光通量，lm；
A----照明面积，m2；
E----照度，lx。
1勒克斯相当于1m2被照面上光通量为1流明(lm)时的照度。夏季阳光强烈的中午地面照度约为50000lx，冬天晴天时地面照度约为2000lx，晴朗的月夜地面照度约0.2lx。
15、什么是负荷率?
在一定时间内，平均负荷与最高负荷之比的百分数。用以衡量负荷的均衡性。
16、什么是瞬流?
瞬流是一种瞬间高爆发的电能，包括浪涌、spikes、glitches等等。它存在于几乎所有的电力系统中，无论是民用电还是工业用电。瞬流和浪涌是用微秒到微微秒测量的，它可以高出正常电压的几十到几百甚至几千倍。
通常供电部门一致认为90%的瞬流是从电力系统内部产生的，主要是由于电力负载 (Electricalloads) 的频繁开关和负荷的频繁变化。
瞬流可以损坏任何一种电器，包括任何类型的工业电机、敏感的电器，如：电脑、通信、证券、广播、航空指挥、军事指挥等系统。经长期对瞬流的研究，其统计数据结果证明，如电器在使用时不遇到任何瞬流，使用寿命可延长35-40%。同时，消除电涌并可大幅度提高电力设备的运转效率，减少企业电耗，为企业降低生产成本。
17、瞬流是如何产生的?
瞬流的产生主要来源于两个方面。
一是环境产生的，雷电感应电压、输变电站大型开关的开合、邻居大型负载的起停，都会伴随有瞬流进入到用电系统。环境因素产生的瞬流占一个系统瞬流总量的20-30%。
二是用电系统内部产生的，它占一个系统瞬流总量的70-80%。任何负载的起停和运行都会产生大量的瞬流，再回馈到本身的用电系统中。大型负载的起停及运行过程中所产生的瞬流还会波及到邻居的用电系统及大电网。电弧放电也是瞬流的一个主要来源。它可能是由不良和松 动的电气连接引起，或由老旧的不干净的电刷引起。由电弧放电所产生的高频电压尖峰脉冲，会通过设备线路扩散、影响到整个系统。
随着高科技的迅速发展，电脑及所有与信息产业相关的电子设备被大量使用，如：激光打印机、电脑工作站、各种服务器、调制解调器、路由器、扫描器、传真机、网络接入商工作站、证券及期货市场大型电脑服务站、银行系统大型电脑服务站等设备。由于体积越来越小的电子集成线路板及芯片对系统过电压的防护非常薄弱，而系统内部产生出大量的、无时不在的瞬流，通过设备线路扩散、反馈到电网中，影响到整个系统。
18、瞬流的特征
正弦波电路上电流与电压的表现为瞬态畸变的瞬流，其主要表现形式为浪涌、尖峰、谐波等。英福特科技(美国)公司能源顾问、美国著名能源理论家赫氏菲尔德博士认为，这种畸变的主要特点是超高压、超高速、超高频次。
超高压：指瞬流尖峰高出正常电压幅值的2-50倍，最高可达10000伏。
超高速：指瞬流尖峰发生在极短的时间内，它可以在数万亿(百万的二次幂)分之一秒内完成从迸发到消失的过程。
超高频次：指瞬流尖峰的活动十分频繁，可以说瞬流无时不在、无处不在。英福特公司在美国硅谷最近的多项测试表明，一盏灯的开关、一个家用电器的启动、甚至电脑键盘或鼠标的点击，就有数十个瞬流产生，电压高达500-1200伏。仅仅一只日光灯管简单的开关动作，就有多达24个瞬流产生。
End
来源：金能电力设备
