電路在工作過(guò)程中總會(huì)伴隨著電能與其它形式能量的相互轉(zhuǎn)換,是我們實(shí)際電路工作伴隨的一種基本形式,在電子電路中我們關(guān)注功耗。
供電與耗電
電功率的定義
當(dāng)正電荷從元件上電壓的正極經(jīng)元件運(yùn)動(dòng)到電壓的負(fù)極時(shí),與此電壓相應(yīng)的電場(chǎng)力要對(duì)電荷作功,這時(shí)候元件是吸收能量,這個(gè)通常是我們電路中的電阻負(fù)載表現(xiàn)的一種形式;反之,正電荷從電壓的負(fù)極經(jīng)元件運(yùn)動(dòng)到電壓正極時(shí),與此電壓相應(yīng)的電場(chǎng)力作負(fù)功,元件向外釋放能量,這個(gè)通常是電源向外做功的過(guò)程。
在我們實(shí)際的電子電路中,導(dǎo)電體通常是如鋁和銅這類金屬,所以參與導(dǎo)電的是電子,而在溶液導(dǎo)電中,參與導(dǎo)電的既有正離子又有負(fù)離子,電子是帶負(fù)電的,它在電場(chǎng)力作用下和正電荷運(yùn)動(dòng)的方向是相反的,因此和上述定義要加以辨別,其本質(zhì)是相同的。
電子電路原理示意圖
電子帶負(fù)電,在計(jì)算中可取一個(gè)電子的電荷量為:
元電荷或基本電荷的電量
它等于一個(gè)電子所帶電量的多少,也等于一個(gè)質(zhì)子所帶電量的多少,也是一個(gè)基本電荷,對(duì)離子帶電的多少要看它們的價(jià)電子,如一個(gè)鈉離子(Na+)帶一個(gè)元電荷的電量,但是一個(gè)鎂離子(Mg2+)帶兩個(gè)元電荷的電量。
如果在dt時(shí)間內(nèi),有dq電荷量從元件上的正極經(jīng)歷電壓u到達(dá)電壓的負(fù)極,dt表示一段時(shí)間,dq表示電荷在dt時(shí)間內(nèi)的變化量,是微分表示法,是變化量的一種表達(dá)方式。由于元件上A、B兩點(diǎn)的電壓u等于電場(chǎng)力將單位正電荷從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)所做的功,電場(chǎng)力所作的功,也就是元件吸收的能量,表示為:
電場(chǎng)力的功
電流的定義表示為如下,這是利用變化量定義的式子
電流的微分定義
因此元件吸收的能量可以表示為:
電場(chǎng)力的功
功率是能量的導(dǎo)數(shù),也就是能量的變化率,因此功率可表示為:
功率表達(dá)式
我們計(jì)算在一段時(shí)間內(nèi)(t0~t1)元件吸收的能量為:
做功的積分表達(dá)式
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