任何直流電路中的電壓,電流和電阻之間的關(guān)系首先由德國(guó)物理學(xué)家Georg Ohm發(fā)現(xiàn)。
Georg Ohm發(fā)現(xiàn),在恒定溫度下,電流流動(dòng)通過(guò)固定的線性電阻與施加在其上的電壓成正比,并且也與電阻成反比。電壓,電流和電阻之間的這種關(guān)系構(gòu)成了歐姆定律的基礎(chǔ),如下所示。
歐姆法律關(guān)系
通過(guò)了解電壓,電流或電阻量的任意兩個(gè)值,我們可以使用歐姆定律來(lái)找到第三個(gè)缺失值。歐姆定律廣泛用于電子公式和計(jì)算中,因此“理解并準(zhǔn)確記住這些公式非常重要”。
查找電壓,(V)
[V = IxR] V(伏特)= I(安培)xR(Ω)
要查找電流,(I)
[I = V÷R] I(安培)= V(伏特)÷R(Ω)
要找到電阻,(R)
[R = V÷I] R(Ω)= V(伏特)÷I(安培)
有時(shí)通過(guò)使用圖片更容易記住這種歐姆定律關(guān)系。這里將三個(gè) V , I 和 R 的量疊加到一個(gè)三角形中(被親切地稱為Ohms Law Triangle)在電流和電阻低于頂部時(shí)給出電壓。這種安排代表歐姆定律公式中每個(gè)數(shù)量的實(shí)際位置。
歐姆法三角
轉(zhuǎn)換上面的標(biāo)準(zhǔn)歐姆定律公式將給出以下相同方程式的組合:
然后,通過(guò)使用歐姆定律,我們可以看到施加到1Ω電阻器的1V電壓將導(dǎo)致1A的電流流動(dòng),電阻值越大,給定施加電壓下流動(dòng)的電流越小。任何符合“歐姆定律”的電氣設(shè)備或元件,即流過(guò)它的電流與其兩端的電壓成比例(IαV),如電阻器或電纜,據(jù)說(shuō)是“Ohmic”本質(zhì)上是沒(méi)有的,例如晶體管或二極管的器件,據(jù)稱是“非歐姆”器件。
電路中的電功率,( P )是電路中吸收或產(chǎn)生能量的速率。諸如電壓之類的能量源將產(chǎn)生或輸送功率,同時(shí)連接的負(fù)載吸收它。例如,燈泡和加熱器吸收電能并將其轉(zhuǎn)換成熱量或光,或兩者。它們的值或額定功率越高,它們可能消耗的電功率越大。
功率的數(shù)量符號(hào)是 P ,是電壓乘以電流的乘積測(cè)量單位為瓦特( W )。前綴用于表示瓦特的各種倍數(shù)或子倍數(shù),例如:毫瓦( mW = 10 -3 W )或千瓦( kW = 10 3 W )。
然后使用歐姆定律代替 V , I 和 R 可以找到電力公式:
查找功率(P)
[P = VxI] P(瓦特)= V(伏特)xI(安培)
另外:
[ P = V 2 ÷R] P(瓦特)= V 2 (伏特)÷R(Ω)
另外:
[P = I 2 xR] P(瓦特)= I 2 (安培)xR(Ω)
同樣,這三個(gè)量已經(jīng)疊加成三角形,這次稱為功率三角,頂部有電源,底部有電流和電壓。同樣,這種安排代表歐姆法律權(quán)力公式中每個(gè)數(shù)量的實(shí)際位置。
權(quán)力三角
再次,將上面的基本歐姆定律方程轉(zhuǎn)換為冪,給出了相同方程的以下組合,以找到各種單獨(dú)的數(shù)量:
因此我們可以看到,有三種可能的公式來(lái)計(jì)算電路中的電功率。如果計(jì)算的功率為正,對(duì)于任何公式的值(+ P),該組件吸收功率,即它消耗或使用功率。但是,如果計(jì)算出的功率為負(fù)值,則(-P)的值會(huì)產(chǎn)生或產(chǎn)生功率,換句話說(shuō),它是電源,如電池和發(fā)電機(jī)。
電功率等級(jí)
電子元件的額定功率單位為瓦特,表示元件將電能轉(zhuǎn)換為其他形式的能量(如熱,光或運(yùn)動(dòng))的最大速率。例如,1 / 4W電阻器,100W燈泡等。
電氣設(shè)備將一種形式的電源轉(zhuǎn)換為另一種形式。因此,例如,電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械力,而發(fā)電機(jī)將機(jī)械力轉(zhuǎn)換成電能。燈泡將電能轉(zhuǎn)換為光能和熱能。
此外,我們現(xiàn)在知道電源單位是 WATT ,但是某些電氣設(shè)備如電動(dòng)機(jī)有一個(gè)舊功率“馬力”或馬力的額定功率。馬力和瓦特之間的關(guān)系如下: 1hp = 746W 。例如,一臺(tái)2馬力的電機(jī)額定值為1492W,(2 x 746)或1.5kW。
歐姆法則餅圖
幫助我們了解它們之間的關(guān)系進(jìn)一步的各種值,我們可以從上面采取所有歐姆定律方程,找到電壓,電流,電阻,當(dāng)然 Power 并將它們壓縮成一個(gè)簡(jiǎn)單的歐姆法則餅圖,用于交流和直流電路以及如圖所示的計(jì)算。
歐姆法則餅圖
除了使用上面顯示的 Ohm's Law Pie Chart 之外,我們還可以將將單個(gè)歐姆定律方程組成一個(gè)簡(jiǎn)單的矩陣表,如圖所示,便于在計(jì)算未知值時(shí)參考。
歐姆法矩陣表
歐姆定律No1
對(duì)于下面所示的電路,找到電壓(V),電流(I),電阻(R)和功率(P)
<跨度>電壓[V =九R] =2x12Ω= 24V
<跨度>電流[I = V÷R] = 24÷12Ω= 2A
<跨度>電阻[ R = V÷I] = 24÷2 =12Ω
功率[P = VxI] = 24x2 = 48W
電路內(nèi)的電源僅在BOTH 存在電壓和電流。例如,在開(kāi)路狀態(tài)下,存在電壓但沒(méi)有電流 I = 0 (零),因此 V * 0 0 因此電路內(nèi)消耗的功率也必須 0 。同樣,如果我們有短路情況,則存在電流但沒(méi)有電壓 V = 0 ,因此 0 * I = 0 所以再次消耗功率電路 0 。
由于電功率是 V * I 的乘積,無(wú)論電路是否包含,電路中消耗的功率都是相同的高電壓和低電流或低電壓和高電流。通常,電力以加熱(加熱器),機(jī)械功(如電機(jī)),能量的形式以輻射的形式消散(燈具)或作為儲(chǔ)存能源(電池)。
電路中的電能
電能是工作能力,工作單位或能源是焦耳( J )。電能是功率乘以其消耗時(shí)間的乘積。因此,如果我們知道以瓦特為單位消耗的功率以及使用它的時(shí)間(以秒為單位),我們可以找到以瓦特秒為單位的總能量。換句話說(shuō),Energy = powerxtime和Power = voltagexcurrent。因此,電能與能量有關(guān),給予電能的單位是瓦特秒或焦耳。
電力也可以定義為能量轉(zhuǎn)移的速率。如果一個(gè)焦耳的工作被吸收或以一秒的恒定速率傳送,那么相應(yīng)的功率將相當(dāng)于一瓦特,因此功率可以定義為“1焦耳/秒= 1瓦特”。然后我們可以說(shuō)一瓦特等于每秒一焦耳,電功率可以定義為工作或能量轉(zhuǎn)移的速率。
電能和能量三角
或找到各種單獨(dú)的數(shù)量:
我們之前說(shuō)過(guò),電能定義為每秒瓦特或焦耳。雖然電能以焦耳來(lái)衡量,但當(dāng)用于計(jì)算元件消耗的能量時(shí),它可能會(huì)變得非常大。
例如,如果一個(gè)100瓦的燈泡在24小時(shí)內(nèi)“開(kāi)啟”,消耗的能量將為8,640,000焦耳(100W x 86,400秒),因此前綴如千焦耳( kJ = 10 3 J )或megajoules( MJ = 10 6 J )相反,在這個(gè)簡(jiǎn)單的例子中,消耗的能量將是8.64MJ(兆焦耳)。
但是處理焦耳,千焦耳或兆焦耳以表達(dá)電能,所涉及的數(shù)學(xué)可能最終會(huì)產(chǎn)生一些大的影響。數(shù)字和許多零,所以用千瓦時(shí)表示消耗的電能要容易得多。
如果消耗(或產(chǎn)生)的電能用瓦特或千瓦(千瓦)來(lái)衡量,時(shí)間以小時(shí)而不是秒來(lái)衡量,那么電能的單位將是千瓦時(shí)(kWhr)。那么我們上面的100瓦燈泡將消耗2,400瓦特小時(shí)或2.4千瓦時(shí),這更容易理解8,640,000焦耳。
1千瓦時(shí)是一臺(tái)額定功率為1000瓦的設(shè)備使用的電量小時(shí),通常被稱為“電力單位”。這是公用事業(yè)儀表所測(cè)量的,也是消費(fèi)者在收到賬單時(shí)從我們的電力供應(yīng)商那里購(gòu)買的東西。
千瓦時(shí)是我們家中電表使用的標(biāo)準(zhǔn)能源單位計(jì)算我們使用的電能量,以及我們支付的金額。因此,如果您使用額定功率為1000瓦的加熱元件打開(kāi)電火并將其打開(kāi)1小時(shí),您將消耗1千瓦時(shí)的電力。如果你打開(kāi)兩個(gè)電火爐,每個(gè)電火爐都有1000瓦元件半小時(shí),那么總消耗量將與電量完全相同 - 1kWhr。
因此,消耗1000瓦特一小時(shí)就會(huì)消耗相同的電量。半小時(shí)(一半的時(shí)間)功率為2000瓦(兩倍)。然后,對(duì)于一個(gè)100瓦的燈泡使用1千瓦時(shí)或一個(gè)單位的電能,它需要開(kāi)啟總共10小時(shí)(10 x 100 = 1000 = 1kWhr)。
現(xiàn)在我們知道電路中電壓,電流和電阻之間的關(guān)系,在下一個(gè)與直流電路相關(guān)的教程中,我們將看一下電氣和電子工程中使用的標(biāo)準(zhǔn)電氣單元,以便我們計(jì)算這些值,并查看每個(gè)值可以用標(biāo)準(zhǔn)單位的倍數(shù)或子數(shù)表示。
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