功率

Template:Expand language Template:NoteTA 功率（Template:Lang-en）定義為能量转换或使用的速率，以單位時間的能量大小來表示，即是作功的率。功率的國際標準制單位是瓦特（W），名稱是得名於十八世紀的蒸汽引擎設計者詹姆斯·瓦特。燈泡在單位時間內，電能轉換為熱能及光能的量就可以用功率表示，瓦特數越高表示單位時間用的能力（或電力）越高。

能量转换可以作功，功率也是作功的速率。當一個人搬著一重物爬了一層的樓梯，不論他是慢慢的走上樓梯或是快跑上樓梯，對重物作的功是相等的，但若考慮其功率，快跑上樓梯會在較短的時間內對物體作相同大小的功，因此其功率較大。馬達的輸出功率是其馬達產生的轉矩及馬達角速度的乘積，而車輛前進的功率是輪子上的牽引力及車輛速度的乘積。

單位

功率是能量除以時間。國際標準制的功率單位是瓦特（W），等於一焦耳每秒。其他功率單位包括爾格每秒（erg/s）、馬力（hp）、公制馬力及Template:Link-en每分。一馬力等於33,000英尺-磅力每分，也就是一秒鐘將550磅的重物提高一英尺所需的功率，約等於746瓦特。其他單位包括：

• 分贝毫瓦（dBm），是以一毫瓦為基準的對數值。
• 卡每小時（或是千卡每小時）。
• 英熱單位每小時（Btu/h）。
• 冷凍噸（12,000 Btu/h）：常用在冷氣或空調系統。

平均功率

考慮一個簡單的例子，燃燒一公斤的煤放出的能量比引爆一公斤的三硝基甲苯要高，但因為引三硝基甲苯釋放能量的速率比燃燒煤要快很多，因此其產生的功率較大。若令$\mathrm{\Delta }W$是在$\mathrm{\Delta }t$时间内所做的功，则这段时间内的平均功率$P_{\text{avg}}$由下式给出：

$P_{\text{avg}}=\frac{\mathrm{\Delta }W}{\mathrm{\Delta }t}$

其中P為功率，W為功，t為時間。

瞬时功率是指时间$\mathrm{\Delta }t$趋近于0时的平均功率：

$P=\underset{\mathrm{\Delta }t\to 0}{\lim }\frac{\mathrm{\Delta }W}{\mathrm{\Delta }t}=\frac{\mathrm{d}W}{\mathrm{d}t}$

若瞬时功率$P$為定值，則一段長度為$T$的時間之內所作的功可以用下式表示：

$W=PT.$

在讨论能量转换问题时，有时用字母$E$代替$W$。

力學

在力学中，在某物体上力所做的功由下式给出：

$W=𝐅\cdot 𝐝$

其中F为作用力，d为位移矢量。

功对时间求导即得到瞬时功率，也即力与速度的点积：

$P(t)=𝐅(t)\cdot 𝐯(t)$

故平均功率為：

$P_{avg}=\frac{1}{\mathrm{\Delta }t}\int 𝐅\cdot 𝐯\mathrm{d}t$

在转動運動的系统中，功率与力矩和角速度有关：

$P(t)=\mathit{\tau }\cdot \mathit{\omega }$

故此时平均功率为

$P_{avg}=\frac{1}{\mathrm{\Delta }t}\int \mathit{\tau }\cdot \mathit{\omega }\mathrm{d}t$.

在流体力学中，功率与压强和体积流量有关：

$P=p\cdot Q$

其中p是压强（以帕斯卡作为单位），Q是体积流量（以m³/s立方米每秒作为单位）。

機械效益

若力学系統沒有損失，則其輸入功率等於輸出功率，因此可以推導系統的機械效益，也就是輸出力和輸入力的比值。

令系統的輸入功率為大小為F_A的力，作用在一個移動速度為v_A的點，而其輸出功率為大小為F_B的力，作用在一個移動速度為v_B的點，假設系統無損失，則

$P=F_A{v}_A=F_B{v}_B,$

系統的機械效益為

$\mathrm{M}\mathrm{A}=\frac{F_B}{F_A}=\frac{v_A}{v_B}.$

在旋轉系統中也可以推得類似的公式，其中T_A及ω_A為輸入到系統的轉矩及角速度，T_B及ω_B為系統輸出的轉矩及角速度，假設系統無損失，則

$P=T_A{\omega }_A=T_B{\omega }_B,$

因此機械效益為

$\mathrm{M}\mathrm{A}=\frac{T_B}{T_A}=\frac{{\omega }_A}{{\omega }_B}.$

上述關係的重要性在於可以根據系統的尺寸推算其速度比，再依速度比定義最佳性能，像齒輪比就是一個例子。

光學

在光學或辐射度量学中，功率有時會指辐射通量，由電磁輻射傳遞能量的平均速率，單位也是瓦特。

在光學中的光學倍率（Optical power）有時也會簡稱power，是指透镜或其他光學儀器屈光的能力，單位是屈光度（反米），等於光學儀器焦距的反比。

电功率

Template:Main 一个元件的瞬时电功率由下式给出：

$P(t)=V(t)I(t)$

其中 $I(t)$ 或 $I$ 为电流，$V(t)$ 或 $V$ 为元件两端的电势差。

若元件为线性元件，即电压与电流之比不随时间变化，也即服从欧姆定律，则有：

$P=VI=I^{2}R=\frac{V^2}{R}$

其中$R=\frac{V}{I}$为元件的电阻。

对于交流电的情况，参见交流电功率。

峰值功率及占空比

在理想脈波中，瞬时功率是時間的週期函數。脈波持續時間的比例等於平均功率除以峰值功率的比例，此比例稱為占空比

若是週期為$T$的週期信號$s(t)$，像是一連串的理想脈波，其瞬时功率$p(t)=|s(t){|}^2$也是週期為$T$的週期函數。其峰值功率為：

$P_0=\max [p(t)]$.

峰值功率不是持續量測的物理量，儀器比較方便量測的是平均功率$P_{\mathrm{a}\mathrm{v}\mathrm{g}}$。若定義單位脈衝的功率為：

${ϵ}_{\mathrm{p}\mathrm{u}\mathrm{l}\mathrm{s}\mathrm{e}}=\underset{0}{\overset{T}{\int }}p(t)\mathrm{d}t$

則平均功率為：

$P_{\mathrm{a}\mathrm{v}\mathrm{g}}=\frac{1}{T}\underset{0}{\overset{T}{\int }}p(t)\mathrm{d}t=\frac{{ϵ}_{\mathrm{p}\mathrm{u}\mathrm{l}\mathrm{s}\mathrm{e}}}{T}$

也可以定義脈衝長度$\tau$使得$P_0\tau ={ϵ}_{\mathrm{p}\mathrm{u}\mathrm{l}\mathrm{s}\mathrm{e}}$，因此以下的比值

$\frac{P_{\mathrm{a}\mathrm{v}\mathrm{g}}}{P_0}=\frac{\tau }{T}$

會相等。此比值即為脈衝的占空比。

参见

• 簡單機械
• 機械利益
• 功
• 电功率
• 热功率
• 強度 (物理)
• 功率增益
• 脈衝功率
• 功率密度
• Template:Le