谈实际功率与额定功率的联系和区别

2019-08-21 版权声明 举报文章

何谓额定功率?额定功率是指用电器正常工作时的功率.同理,额定电压是指让用电器正常工作的电压,额定电流是指用电器正常工作时的电流,这些额定功率、额定电压、额定电流统称为额定值,即用电器正常工作时的电压、电流和功率.额定值一般都已标注在用电器的铭牌中,如“PZ220 V 40 W”、“3.8 V 0.3 A”等都是指该用电器的额定值,额定值在该用电器出厂时就已经确定了的,具有唯一性.即不管该用电器在实际电路中是否正常工作,额定值都是固定不变的.而实际功率、实际电压、实际电流等实际值是指用电器在实际的电路中工作时实际的电流、电压和功率.用电器的实际值会随实际电路情况而发生改变,同一用电器在不同的实际电路中其实际值往往不同,即使是在同一电路中,在不同时刻其实际值也可能会发生改变.比如,一只“220 V 40 W”的白炽灯,把它接到220 V的家庭电路中,由于此时其两端的实际电压为220V,刚好等于其额定电压,它就在正常工作,此时(正常工作时)它的实际功率就等于其额定功率40 W;若该灯泡两端的实际电压大于220 V,那它的实际功率就会大于40 W;若该灯泡两端的实际电压小于220 V,那它的实际功率就会小于40 W.这些电压和功率就是实际电压和实际功率.由此可知,用电器的实际功率是可能会因实际电压的变化而不断变化的(如家庭电路的供电电压可能高至250 V,也可能低至160 V等),当实际电压刚好能让用电器正常工作时,此时的实际值也就叫额定值,所以额定值就是用电器正常工作时的实际值,也就是说额定值是一个特殊的实际值.

弄清了实际值与额定值的联系与区别后,怎样根据用电器的额定值来求解其实际值呢?我们来看下面几个例子.

例1一只“220 V 40 W”的白炽灯,把它接到220 V的家庭电路中,其实际功率为多少?

分析把该灯直接接到220 V的家庭电路中,则该灯两端的实际电压就是220 V,刚好等于其额定电压,此时灯泡正常发光,它的实际功率就等于它的额定功率40 W.

例2两只“220 V 40 W”的白炽灯串联后,接到220 V的家庭电路中,电路消耗的总功率是多少?

分析两只灯泡串联,串联分压,电阻大的用电器分的电压更多,而现在的两只灯泡规格相同,所以平分电源电压,即每只灯泡两端的实际电压都为110 V.它们的实际电压都比额定电压小,两灯都比正常发光更暗,它们的实际功率都比额定功率40 W更小,其实际功率为多大呢?

解因为U实1=U实2=12U总=12×220=110 V,

R1=R2=U2额P额=220240=1210 Ω,

所以P实1=P实2=U2实R=11021210=10 W,

P总=P实1+P实2=10+10=20 W.

类似的问题如教科版九年级物理上册教材第89页例题:“有一只2.5 V 0.3 A的小灯泡,当其两端的实际电压为2 V时,其实际功率为多少?当其两端的实际电压为3 V时,其实际功率又为多少?”此题的解法与上题解题过程相同:

1.先由额定值求出其灯丝电阻值:

R=U额I额=2.50.3=253 Ω;

2.再根据实际电压求出其实际功率:

P实1=U2实1 R=2225/3=0.48 W,

P实2=U2实2 R=3225/3=1.08 W.

当然,我们在做上述例题时,有一个细节不知大家注意到没有.比如在例2中我们先由额定值求出其灯丝电阻值

R1=R2=U2额P额=220240=1210 Ω,

很明显,公式中我们代入的是灯泡的额定电压220 V和额定功率40 W,所以计算出来的电阻就是灯泡正常发光时的额定电阻.

而P实1=P实2=U2实R=11021210=10 W的计算中,由于电压值代入的是实际电压110 V,所以按道理,电阻值也应该代入这个时候(电压为110 V)的电阻,而我们依然代入灯泡的额定电阻1210 Ω,问题是灯泡在220 V的电压下正常发光时(温度约为2400 ℃左右)的电阻与灯泡在110V的电压下工作(亮度明显更暗,灯丝温度明显低得多)时的电阻会相同吗?很明显,由于灯丝温度变化太大,灯丝电阻变化肯定较大(110 V时的灯丝电阻更小),而我们在计算时,不管灯泡是否正常发光,再亮还是再暗,都认为灯丝电阻始终不变,这其实是一个近似条件.正是因为近似地认为实际电阻与额定电阻相等这个桥梁纽带的作用,才把实际值与额定值联系起来.如果不是认为灯丝电阻不变,则实际值与额定值没有任何联系,也就无法由额定值来求出实际值了.

通过上述例子,我们不难总结出用电器的额定值的作用.即题目中给出的“220 V 40 W”或“2.5 V 0.3 A”等额定值,其作用有两个:(1)当用电器正常工作时,额定值可以代入任何公式中;(2)当用电器不能正常工作时,额定值的唯一作用就是求其电阻.如已知“220 V 40 W”,则

R=U2额P额=220240=1210 Ω,

已知“2.5 V 0.3 A”,则

R=U额I额=2.50.3=253 Ω,

且求出其灯丝电阻之后,其电阻值认为是始终不变的.

我们再进一步分析,

因为R额=U2额P额,R实=U2实P实,

所以U2额P额=U2实P实,

即P实 =U2实U2额•P额=(U实U额)2•P额.

也就是说,若实际电压是额定电压的12,则实际功率是额定功率的12的12(即14);若实际电压是额定电压的13,则实际功率是额定功率的19,以此类推.运用这种方法我们就可以很快地解决相关的填空题和选择题.我们再来看上述例题1:由于两灯串联且规格相同,所以串联分压且平分电源电压,每只灯泡两端的实际电压均为110 V,其实际电压110 V为额定电压220 V的12,则其实际功率是额定功率40 W的14,即实际功率为10 W;再如一只“6 V 3 W”的矿灯,若其两端的实际电压为3 V,则我们很快就知道其实际功率为0.75 W.

当然,如果实际电压与额定电压之间没有明显的倍数关系,我们就只能从额定值中来求出其电阻值了.

例3一只“3 V 1 W”小灯泡L1和一只“6 V 2 W”的小灯泡L2串联后接到6 V的电路中,求两只灯泡的实际功率分别是多少?

分析由于两只都不能正常发光,所以它们的额定值的唯一作用就是求出其电阻值,再求出电路中的电流,最后计算出它们的实际功率.

(1)先由额定值分别求出灯丝电阻:

R1=U2额1P额1=321=9 Ω;

R2=U2额2P额2=622=18 Ω;

R总=R1+R2=9+18=27 Ω;

(2)再求出电路中的电流:

I实1=I实2=U总R总=627 A;

(3)最后求出它们的实际功率:

P实1=I2实1•R1=(627)2•9≈0.44 W;

P实12=I2实 12•R12=(627)2•18≈0.89 W.

总之,只有我们真正弄清用电器的实际功率与额定功率的联系和区别,才能体会用电器的额定值的作用,并熟练地掌握有关电功率计算的方法和技巧,从而轻松地学好电学,学好物理.

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