电路在工作过程中总会伴随着电能与其它形式能量的相互转换,是我们实际电路工作伴随的一种基本形式,在电子电路中我们关注功耗。
供电与耗电
电功率的定义
当正电荷从元件上电压的正极经元件运动到电压的负极时,与此电压相应的电场力要对电荷作功,这时候元件是吸收能量,这个通常是我们电路中的电阻负载表现的一种形式;反之,正电荷从电压的负极经元件运动到电压正极时,与此电压相应的电场力作负功,元件向外释放能量,这个通常是电源向外做功的过程。
在我们实际的电子电路中,导电体通常是如铝和铜这类金属,所以参与导电的是电子,而在溶液导电中,参与导电的既有正离子又有负离子,电子是带负电的,它在电场力作用下和正电荷运动的方向是相反的,因此和上述定义要加以辨别,其本质是相同的。
电子电路原理示意图
电子带负电,在计算中可取一个电子的电荷量为:
元电荷或基本电荷的电量
它等于一个电子所带电量的多少,也等于一个质子所带电量的多少,也是一个基本电荷,对离子带电的多少要看它们的价电子,如一个钠离子(Na+)带一个元电荷的电量,但是一个镁离子(Mg2+)带两个元电荷的电量。
如果在dt时间内,有dq电荷量从元件上的正极经历电压u到达电压的负极,dt表示一段时间,dq表示电荷在dt时间内的变化量,是微分表示法,是变化量的一种表达方式。由于元件上A、B两点的电压u等于电场力将单位正电荷从A点移动到B点所做的功,电场力所作的功,也就是元件吸收的能量,表示为:
电场力的功
电流的定义表示为如下,这是利用变化量定义的式子
电流的微分定义
因此元件吸收的能量可以表示为:
电场力的功
功率是能量的导数,也就是能量的变化率,因此功率可表示为:
功率表达式
我们计算在一段时间内(t0~t1)元件吸收的能量为:
做功的积分表达式
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