[科普中国]-电能

简介

电能的利用是第二次工业革命的主要标志，从此人类社会进入电气时代，电能是表示电流做多少功的物理量电能指电以各种形式做功的能力（所以有时也叫电功）。分为直流电能、交流电能、高频电能等。这几种电能均可相互转换1。

种类有直流电能、交流电能、高频电能等。这几种电能均可相互转换。

形式日常生活中使用的电能，主要来自其他形式能量的转换，包括水能（水力发电）、热能（火力发电）、原子能（核电）、风能（风力发电）、化学能（电池）及光能（光电池、太阳能电池等）等。

电能也可转换成其他所需能量形式，如热能、光能、动能等等。

电能可以靠有线或无线的形式，作远距离的传输。

单位电能的单位是“度”，它的学名叫做千瓦时，符号是kW·h。在物理学中，更常用的能量单位（也就是主单位，有时也叫国际单位）是焦耳，简称焦，符号是J。2

它们的关系是：1kW·h=3.6×10^6J

电能公式：W=UIt=Pt

根据欧姆定律（I=U/R）可以进一步推出：W= Rt= t/R

能量转换日常生活中使用的电能主要来自其他形式能量的转换，包括水能（水力发电）、内能（俗称热能、火力发电）、原子能（原子能发电）、风能（风力发电）、化学能（电池）及光能（光电池、太阳能电池等）等。电能也可转换成其他所需能量形式。它可以有线或无线的形式作远距离的传输。（小资料：2000年我国火电、水电、核电的发电总量达13556亿千瓦时，居世界第二。中国现在发电装机量比例：煤电73%、水电14.6%、核电2.4%、气电2.3%、其他7.7%。）用电器是利用电能进行工作的装置。它与电源连接后可将电能转化为我们所需要的能。

介绍物理电能是指在一定的时间内电路元件或设备吸收或发出的电能量，用符号W表示，其国际单位制为焦耳(J)，电能的计算公式为 W =P·t = U·I·t 通常电能用千瓦时(kW · h)来表示大小，也叫做度(电)：1度(电) = 1 kW · h = 3.6 ×10^6 J

即功率为1000 W的供能或耗能元件，在1小时的时间内所发出或消耗的电能量为1度

·1）电能单位：千瓦时（kW·h）或焦耳（J)

·2）电能换算：1kW·h=3.6×10^6J

·3) 瓦和千瓦的运算：1kW=1000w

(千瓦时，是"度"的学名。符号是kW·h；更常用的单位是焦耳（joule），简称“焦”符号是J)

详细泛指与电相联系的能量，严格地应指电场能。

电荷之间存在着相互作用力，因此形成一定的电荷系统需要作一定的功。将分离在无限远的两个点电荷搬运到一起形成两个电荷的静体系所需作的功为此称为相互作用能。n个点电荷组成的静电系统的相互作用能则为

带电系统的静电能与电荷之间的相互作用能有所不同，因为在电荷相互作用能中，没有计及形成每个电荷的那部分能量。这部分能量称为电荷的自能。如果计入形成每个电荷的这份能量，即电荷系统全部自能和相互作用能的总和则是电荷系统的静电能。将式(2)推广到连续带电情形,可直接写出连续带电系统的相互作用能公式式中ρ和σ分别为连续带电体的电荷体密度和电荷面密度，积分遍及体电荷以及面电荷存在的区域。由于这里的连续带电系统是搬运无穷多个无限小电荷元素聚集而成的，因此相互作用能中包括了电荷的自能，式(3)即为电荷系统的静电能。

上述表述静电能的形式并不意味着静电能与电荷相联系。可以通过电场公式将上述静电能公式改写成另一种表达形式，

有介质存在时，上式则为式中E为场强，D为电位移,这两个积分都是遍及整个场。这表明可将电场存在的空间分成无数体积元，每个体积元的静电能为

总的静电能则是它们的求和（积分）。

在静电情形，电荷与电场总是相伴存在的，将电能看成与电荷联系起来还是储存在电场中，效果完全相同。然而科学实践证明电场是一种特殊形态的物质，它可以脱离电荷而存在。变化的磁场亦产生电场，这种变化磁场产生的电场亦具有电能，其场能密度与上相同。在一般情形下，变化的电磁场以波的形式传播，传播过程中伴随着能量传递。

电能的知识点（总结）

知识点一：

电能是能量的一种形式，电能的获得是由各种形式的能量转化而来的,而这些能量的转化过程是由各种各样的发电厂和各种各样的电池完成的。

电源是提供电能的装置，其实质都是把其他形式的能转化为电能。发电类型有：风力发电、水力发电把机械能转化为电能；火力发电是把化学能转化为电能；太阳能发电是把太阳能转化为电能；原子能发电是把原子能转化为电能。电池类型有：干电池、铅蓄电池、手机电池是把化学能转化为电能；硅光电池是把光能转化为电能；太阳能电池是把太阳能转化为电能。

用电器在工作时把电能转化为其他形式的能。电灯把电能转化为内能、光能；电风扇、无轨电车、吸尘器、洗衣机等把电能转化为动能；电视机、计算机把电能主要转化为光能和声能；热水器、电饭锅把电能转化为内能等。

知识点二：

电能的国际单位是焦耳，简称焦，符号是J。常用单位是度，学名叫千瓦时，3

符号是kW·h。1kW·h=3.6×10^6J。

对焦耳、千瓦时的感性认识：将一个苹果从地面举高到桌面所需的能量大约是1J，手电筒1秒消耗的电能大约是1J，微波炉工作1小时消耗的电能大约是1kW·h.

知识点三：

作用：测量用电器在一段时间内消耗的电能。

计算方法：电能表的示数由四位整数和一位小数组成.电能表的计量器上前后两次读数之差，就是这段时间内用电的度数。但要注意电能表的示数的最后一位是小数。

重要参数的意义：

●“220V”—表示电能表应该在220V的电路中使用

●“10（20A）”—表示这个电能表的标定电流为10A，额定最大电流为20A（※此处20A不是短时间内允许通过最大电流而是额定最大电流）

●“50Hz”—表示它在50赫的交流电路中使用

●“600revs/kW·h”—表示接在这个电能表上的用电器，每消耗1千瓦时的电能，电能表上的转盘转

过600转。

根据电能表转盘转动的转数进行计算.如果电能表标有“600revs/kW·h”，当转盘转过n圈时,消耗的电能为W=nr/600r×kW·h=n/600×3.6×10^(6)J

新型电能表：IC卡电能表；没有铝盘，靠内部的电子电路计算电能。

质量电能质量即电力系统中电能的质量，它的定义是：合格电能质量的概念是指给敏感设备提供的电力和设置的接地系统是均适合。于该设备正常工作的理想的电能应该是完美对称的正弦波。一些因素会使波形偏离对称正弦，由此便产生了电能质量问题。一方面我们研究存在哪些影响因素会导致电能质量问题，一方面我们研究这些因素会导致哪些方面的问题，最后，我们要研究如何消除这些因素，从而最大程度上使电能接近正弦波。

在电工学中 'power'( 电力、电功率等)的含义是指能量传输的速率 它与电压和电流的乘积成正比，因此不可能定义这一物理量的质量概念。实际上供电系统只能够控制电压的高低，不能控制某一负载汲取电流的大小， 因而大多数情况是在讨论电压的质量问题。当然，系统在实际运行时，电压与电流之间总是存在着不可分割的紧密联系，尽管发电机提供了几乎纯正弦的电压，但通过系统阻抗的电流可能造成对公共连接点(PCC)电压的扰动而使之变化，如：

(1) 短路电流可能引起电压的跌落或者完全消失；

(2) 雷电电流注入系统引起冲击电压，造成频繁的绝缘闪络，还可能导致如短路故障等其他现象的发生；

(3)谐波源负荷注入的畸变电流流经系统阻抗时也使母线电压发生畸变，该母线上的其它电力用户将承受非正弦波电压。

通过以上分析和讨论，我们认为电能质量问题的研究是由电力用户的生产需求推动的，用户的衡量标准应占有优先的位置4。