作為電子工程師,特别是電源工程師,日常工作中肯定離不了計算功率,計算損耗。那麼以下公式就是我們必然會用到的:
或者
再不然,對于瞬态的電壓電流,我們還可以使用積分計算:
或者
是U和I的相位角。
但是你有沒有想過這是為什麼呢?為什麼電壓乘以電流就是功率?沒想過吧?那就聽我慢慢道來。
首先,我回憶一下什麼是“功”,“功”的定義是什麼?沿着時間軸,我們回到高中的物理課堂,課堂上物理老師說——功是力與位移的乘積。而功率就是物體在單位時間内所做的功。好了,這就是功率最原始的定義。它适用于宏觀物體也适用于微觀物體。
對于宏觀物體,其公式如下:
對于微觀電子,我們做如下推導:
在“電”的世界中存在一種叫電場E的東西,一個電荷量為q的電子在其中會受到電場力的作用。電場力f:
所以根據功的定義,我們可以得出,該電子在電場E中運動d位移,電場對它做的功為:
所以對電子所做的功率為:
而物理老師這是又跳出來告訴我們電壓U為電場中兩點距離的電勢差(類比于氣壓、水壓):
電流為單位時間内流過導體橫截面的電荷量:
到這來我們就可以得出為什麼P=UI了。當然這裡還有一個疑問——怎麼解釋第一個公式中的呢?
在前面的推導過程中,是基于電子沿着電場方向運動的,并且電場方向固定不變,在宏觀上也就是看做為直流電,所以θ等于0,也就是cosθ等于1。
θ不為0時,也就是電場方向會發生改變,并且電子的運動方向與電場方向形成一定的夾角θ,如果電場方向一直以順(逆)時針周期在改變并且大小也随之變化,那麼在宏觀上它就表現為交流電,在其中運動的電子如果受到某種神秘的力量作用下而不能同步電場的變化,那麼θ就不為0。這種會是什麼呢?請看下回分解。
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