功率

功率（英文名：power^[2]）是指物体在受到作用力时，单位时间内所做的功的大小，它所反映的是物体做功的速度快慢。^[3]物体做功与所用时间比值的含义是单位时间内物体做功的多少，物理学将之定义为“功率”，即功率表示物体做功的快慢，用符号P表示。其定义式为做功与所用时间的比值由定义式可知，功率的单位可表示为J/s。^[1]功率单位——瓦特是在1960年第11届国际计量大会上通过采用的。辐射通量单位也使用瓦特。在光学中，光源在1s时间辐射出1J能量定为瓦特。这个量是表示光辐射性质的物理量。^[4]在电学中，电功率是指电流在单位时间内做的功。^[5]在声学中，声功率是声源在一个周期内，平均每单位时间内发射出的声能。^[6]

根据国际权度大会决定，1978年起将实行新的统一的国际制计量单位（代号：SI）。国际制规定拖拉机的功率单位采用千瓦(KW)表示。过去英美等国用英制马力(HP)，西德等国用米制马力(PS)，(1千瓦=1.36PS；1千瓦=1341HP)。^[7]对于发动机功率而言，PS(相当于〔公制〕马力）是其常用非法定计量单位，属非Sl；KW(其名称为：千瓦)是其常用法定计量单位，属SI。^[8]

功率在日常生活中非常常见，日常生活中用的家用电器都有相对应的功率，比如电吹风的功率为（350~550W），冰箱功率为（60~130W）。^[9]又如，21世纪，国际市场的太阳能电池价格始终居高不下，该采用怎样的方式来提高电池组件的输出功率，一直是各个厂家所密切关注、研究的一个重要课题。^[10]在中国的风力发电技术上，对未来不同时间尺度下风电功率进行预测，是降低风电随机波动影响、提升风电消纳能力的有效技术手段。^[11]

瓦特（1736~1819）是世界公认的蒸汽机发明家，1736年，瓦特出生在英国功格兰拉斯歌市附近的一个小镇格里诺克，他的父亲是一个经验丰富的木匠，少年时代的瓦特，曾就读于格里诺克的文法学院，数学成绩特别优秀。但由于家境贫苦和体弱多病，没有毕业退学了，始终没有受过完整的正规教育，后在父母的教导下，自学成才。他当过徒工、工人，从1764年到1790 年，经过26年努力，终于把纽科门蒸汽机演变为瓦特蒸汽机。1819年8月5日，瓦特在希思菲尔德郡的家里去世，后人为了纪念这位会居的发明家，把功率单位定为瓦特（W）。^[12]

功率单位——瓦特(W)，在1s钟内做1J的功所需要的功率。以英国发明家瓦特(James Watt，1736-1819)的名字命名。其表示式为。由于法文中使用字母W困难，到1848年国际瓦特废除不用时，以绝对瓦特来取代。这两者的关系为1国际瓦特=1.00019绝对瓦特。^[4]1960年，在国际度量衡局召开的第11届度量衡大会上，正式决定将瓦特（watt）作为功率单位列入国际单位制（International System of Units），并规定1watt等于1秒钟做1焦耳的功。^[13]瓦特是1882年西门子在英国科学进展协会以主席身份致辞时提出的。1889年第2届国际电学家会议上，确定“瓦特”作为电功率的量度单位。其值由安培和伏特的国际基准来确定。即当电压为1 V，电流为1A时的直流电所具有的功率为1 W，或1 s时间内在电位差为1V的两点间，移动1C电量的电荷所做的功为1 W。^[4]

功是指当在物体上施加一定的作用力时， 物体在力的作用方向上运动而通过的距离。功是一种标量，同时功也是有正负之分的，当力做的功使得物体的机械能得到增加时， 这时的力做的功就是正功，同样地，当力做的功使得物体的机械能减少时，就是负功，这里功的正负是对力所做的功的效果的一种表示，它反映的是做功与能量变化之间的关系。^[3]

功率是指物体在受到作用力时，单位时间内所做的功的大小，它所反映的是物体做功的速度快慢的问题，因此可以得出一个结论，物体的功率越大则表示该物体做功的速度越快，也就是机械的工作效率比较高。^[3]

光源在1s时间辐射出1J能量定为瓦特。辐射通量也可称为辐射功率或辐射能。^[4]

瓦特(功率单位)——是在1s 内发生1J能量的功率。^[6]其表示式为^[4]

电功率是指电流在单位时间内做的功。是反映电流做功快慢的物理量。^[5]当电压为1 V，电流为1A时的直流电所具有的功率为1 W，或1 s时间内在电位差为1V的两点间，移动1C电量的电荷所做的功为1 W。^[4]

在声学中，声功率一般是指声源的声功率。它是声源在一个周期内，平均每单位时间内发射出的声能。对于在某一指定面积上一个周期内平均每单位时间通过的声能，称为声能通量。它们的单位是瓦特（W），与力学中功率的单位相同。^[6]

对于影响功率大小的因素，根据功率的计算公式来推断，物体所做的功和时间是决定功率大小的关键性因素。对于功率的大小，可以用来度量，但功率与功、时间之间并不存在比例关系。^[1]因此如果假设物体在受到作用力运动做功的过程中，它所做出的功的大小是恒定的，那么当物体做功所用的时间越短时，功率就越大；相应的当假设物体做功的时间相同，那么在相同时间里所做的功越多的物体的功率就越大。^[3]

在闭合电路中，电源提供的功率等于内外电路消耗的功率之和，对于含有可变电阻的纯电阻电路，可变电阻的阻值变化直接影响着电源的总功率，也影响着闭合电路中各部分的功率分配。^[14]

有功电流与线路电压的乘积称为有功功率；无功电流与线路电压的乘积称为无功功率；线路电压与线路电流的乘积称为视在功率。图1表示有功功率、无功功率及视在功率之间的相互关系，习惯上称其为功率三角形图。它们之间的关系:。功率因数是有功功率与视在功率的比率，俗称力率。^[15]

功率最基本的单位是“瓦”，也就是“瓦特”，符号为W。瓦特的定义是1焦耳/秒（1J/s），即每秒钟转换，使用或耗散的（以焦耳为量度的）能量的速率。^[16]

瓦特（Watt)是电功率单位，简称瓦：

1千瓦(KW)= 瓦,

1兆瓦(MW) =瓦=1000千瓦,

1吉瓦(GW) =瓦=100万千瓦,

1吉瓦大体上与一个大型核电站的功率相当。^[17]

米制单位的功率用千克力每秒( kgf·m/ s )或马力（hp）。21世纪在市场上有些产品仍以马力做功率单位，比如空调机是几匹(马力)的，汽车的发动机是多少匹(马力)，中国从英美进口的锅炉也是多少匹(马力)等。他们之间的换算如下：

1KW=102kgf·m / s

1KW=1.36匹(米制马力)

1匹（米制马力）=75 kgf·m/ s

1 匹=0.7355KW

每1t/ h 饱和蒸汽锅炉的热功率约为0.77MW，相当100匹马力。马力又分米制马力和英制马力，1匹(英制马力)=1.014匹(米制马力)。^[18]

电功率是指电流在单位时间内做的功。是反映电流做功快慢的物理量。用公式表示为。电流做功多的，电功率不一定就大；同样，电流做功时间长的，电功率也不一定就小。若已知消耗的电能和所用时间，则可以通过电功率的定义式来计算。^[5]

电路吸收（或消耗）的功率等于单位时间内电路吸收（或消耗）的能量。由此可定义为（1）在直流电路中，电流、电压均为恒定量，故（2）在式（1）和式（2）中，电流和电压为关联参考方向，计算的功率为电路吸收（或消耗）的功率。当某段电路上电流和电压为非关联参考方向时，这段电路吸收（或消耗）的功率为或。^[19]

根据实际情况，电路吸收（或消耗）的功率有以下几种情况：

p>0，说明该段电路吸收（或消耗）功率为p；

p=0，说明该段电路不吸收（或消耗）功率；

p<0，说明该段电路实际上是输出（或提供)功率，输出（或提供)的功率为-p。^[19]

(1)平均功率：，(是平均速度)。^[20]

(2)瞬时功率： (v是瞬时速度，是力F与瞬时速度之间的夹角)。重力的瞬时功率即重力的瞬时功率等于重力和物体在该时刻的竖直分速度的乘积。^[20]

在电学和力学中，平均功率计算公式普遍适用（W为时间T内做的功）。在电学中，上述平均功率P也称有功功率，作为有功功率计算公式普遍适用。　在电学中，公式还可用积分方式表示有功功率计算公式（其中，T为周期交流电信号的周期、或直流电的任意一段时间、或非周期交流电的任意一段时间，u(t)、i(t)指瞬时电压和瞬时电流）。^[21]

在电学中，瞬时功率计算公式普遍适用。在力学中，瞬时功率计算公式普遍适用。^[21]

通常无功功率是由于电路网络中电抗负载的存在，电源与网络间进行磁场能量和电场能量的转面形成的。变压器、电动机等，都是典型的感性负载，在运行中需要建立交变磁场，在一个周期内收又释放功率，其吸收和释放的功率相等，这个功率就是无功功率。没有无功功率，感性负载就不自产生交变磁场，不能产生励磁，变压器就不能变压，电动机不能正常运转。^[22]

当有效值为U的交流电压加到一个负载为Z的纯阻性负载时，做功的大小就等于W。但是当负载不为纯阻性负载时，电压U和电流I之间就产生了夹角，此时的电压U可以分解成两个分量：第一个分量第二个分量。

通常把从电源输入的功率W称为视在功率，而且用S来表示。显然有

(1)

其中第一项U1I由于U1和I为同向矢量，因而它是做功的，通常称之为有功功率，并用P来表示。而第二项U2I由于U2和I为正交矢量，因此它是不做功的，通常称为无功功率，并用Q来表示。这样式(1)就可以写成这就是有名的功率直角三角形。^[23]

无功功率产生的原因是由于负荷的非纯电阻性，因此首先反映在电流上。把电流看成是两个部份组成,即(2)

这里是电流中一个与电压具有同相位的分量，因此称它为有功电流。另一分量则为无功电流，它与在相位上相差90°。由于这两个量互为正交关系，因而从式(2)可以得出总电流，进而得到，因而有无功功率也就是说它同样满足的直角三角形关系。^[23]

在直流或低频段可使用直接按瓦特（W）刻度的瓦特表。在射频和微波段常采用量热计法、测热电阻法、微量热计法和热电法等。^[25]

1、量热计法。将电磁能量转换成热能来测量。变换器是感应、吸收电磁能量的负载，称为量热体。负载吸收功率，使之转换成热能，从而量热体温度上升，检测其温差热电势，根据功率和热电势间的关系来确定被测功率。^[25]

2、测热电阻法（测辐射热器法）。利用某些对温度敏感的电阻元件在吸收电磁能量后阻值变化的特性来测量功率。常用自动平衡电桥的直流或音频功率来替代测量射频或微波功率（图1）。^[25]

3、微量热计法。用测热电阻元件作为量热体，用量热计法原理高准确度确定测热电阻座的有效功率，然后用测热电阻座配以高准确度的电桥来单独测量功率。这种方法的优点是准确度高，速度快和使用方便。许多国家都用它建立小功率国家标准，准确度达。^[25]

4、热电法。借助于热电元件将电磁能量变为热能并测量由于发热所形成的热电势，热电势与热电元件所耗散的射频与微波功率成正比。热电元件是耗散射频或微波能量的负载，又是将射频或微波能量转换成直流热电势的热电偶器件。新型的热电敏感器和热电薄膜功率计已获得广泛应用。^[25]

太阳能电池属太阳能光电技术当中，最为常见且基础的光电转换装置。它的构成结构并不复杂，只需将一个太阳能电池置于平板玻璃上加以排列，同时根据导电材料将其连接即可，这就是我们所常见的太阳能电池组件。21世纪，国际市场的太阳能电池价格始终居高不下，该采用怎样的方式来提高电池组件的输出功率，一直是各个厂家所密切关注、研究的一个重要课题。由公认的理论来看，对于光的吸收加以改善，能够显著提升射入太阳能电池组件当中的光能,如果在光电转化效率对等的条件下，则能显著提升太阳能电池组件的输出功率。^[10]

大功率速调管是一种基于速度调制原理将电子注能量转换成微波能量的微波真空器件。在大功率速调管中，由于电子注的产生和形成,电子注与微波场的相互作用，电子剩余能量的耗散和微波能量的输出是在相互分离的空间中进行的，而且其高频互作用系统是分离的谐振腔，因而它具有高功率，高增益，高效率，高稳定性和长寿命等优点。21世纪后，大功率速调管的峰值功率已超过200MW，连续波输出功率超过1MW，是微波真空电子器件中脉冲功率和平均功率最高的器件。^[26]

中国风力发电（简称风电）装机容量已稳居世界首位。风电具有随机性和波动性，随机波动的风电大规模并入电网，给电力系统的发、输、用电实时平衡带来了严峻挑战。对未来不同时间尺度下风电功率进行预测，是降低风电随机波动影响、提升风电消纳能力的有效技术手段。^[11]