任何直流电路中的电压,电流和电阻之间的关系首先由德国物理学家georg ohm发现。
georg ohm发现,在恒定温度下,电流流动通过固定的线性电阻与施加在其上的电压成正比,并且也与电阻成反比。电压,电流和电阻之间的这种关系构成了欧姆定律的基础,如下所示。
欧姆法律关系
通过了解电压,电流或电阻量的任意两个值,我们可以使用欧姆定律来找到第三个缺失值。欧姆定律广泛用于电子公式和计算中,因此“理解并准确记住这些公式非常重要”。
查找电压,(v)
[v = ixr] v(伏特)= i(安培)xr(ω)
要查找电流,(i)
[i = v÷r] i(安培)= v(伏特)÷r(ω)
要找到电阻,(r)
[r = v÷i] r(ω)= v(伏特)÷i(安培)
有时通过使用图片更容易记住这种欧姆定律关系。这里将三个 v , i 和 r 的量叠加到一个三角形中(被亲切地称为ohms law triangle)在电流和电阻低于顶部时给出电压。这种安排代表欧姆定律公式中每个数量的实际位置。
欧姆法三角
转换上面的标准欧姆定律公式将给出以下相同方程式的组合:
然后,通过使用欧姆定律,我们可以看到施加到1ω电阻器的1v电压将导致1a的电流流动,电阻值越大,给定施加电压下流动的电流越小。任何符合“欧姆定律”的电气设备或元件,即流过它的电流与其两端的电压成比例(iαv),如电阻器或电缆,据说是“ohmic”本质上是没有的,例如晶体管或二极管的器件,据称是“非欧姆”器件。
电气电路中的电源
电路中的电功率,( p )是电路中吸收或产生能量的速率。诸如电压之类的能量源将产生或输送功率,同时连接的负载吸收它。例如,灯泡和加热器吸收电能并将其转换成热量或光,或两者。它们的值或额定功率越高,它们可能消耗的电功率越大。
功率的数量符号是 p ,是电压乘以电流的乘积测量单位为瓦特( w )。前缀用于表示瓦特的各种倍数或子倍数,例如:毫瓦( mw = 10 -3 w )或千瓦( kw = 10 3 w )。
然后使用欧姆定律代替 v , i 和 r 可以找到电力公式:
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)
同样,这三个量已经叠加成三角形,这次称为功率三角,顶部有电源,底部有电流和电压。同样,这种安排代表欧姆法律权力公式中每个数量的实际位置。
权力三角
再次,将上面的基本欧姆定律方程转换为幂,给出了相同方程的以下组合,以找到各种单独的数量:
因此我们可以看到,有三种可能的公式来计算电路中的电功率。如果计算的功率为正,对于任何公式的值(+ p),该组件吸收功率,即它消耗或使用功率。但是,如果计算出的功率为负值,则(-p)的值会产生或产生功率,换句话说,它是电源,如电池和发电机。
电功率等级
电子元件的额定功率单位为瓦特,表示元件将电能转换为其他形式的能量(如热,光或运动)的最大速率。例如,1 / 4w电阻器,100w灯泡等。
电气设备将一种形式的电源转换为另一种形式。因此,例如,电动机将电能转换成机械力,而发电机将机械力转换成电能。灯泡将电能转换为光能和热能。
此外,我们现在知道电源单位是 watt ,但是某些电气设备如电动机有一个旧功率“马力”或马力的额定功率。马力和瓦特之间的关系如下: 1hp = 746w 。例如,一台2马力的电机额定值为1492w,(2 x 746)或1.5kw。
欧姆法则饼图
帮助我们了解它们之间的关系进一步的各种值,我们可以从上面采取所有欧姆定律方程,找到电压,电流,电阻,当然 power 并将它们压缩成一个简单的欧姆法则饼图,用于交流和直流电路以及如图所示的计算。
欧姆法则饼图
除了使用上面显示的 ohm's law pie chart 之外,我们还可以将将单个欧姆定律方程组成一个简单的矩阵表,如图所示,便于在计算未知值时参考。
欧姆法矩阵表
欧姆定律no1
对于下面所示的电路,找到电压(v),电流(i),电阻(r)和功率(p)
电压[v =九r] =2x12ω= 24v
电流[i = v÷r] = 24÷12ω= 2a
电阻[ r = v÷i] = 24÷2 =12ω
功率[p = vxi] = 24x2 = 48w
电路内的电源仅在both 存在电压和电流。例如,在开路状态下,存在电压但没有电流 i = 0 (零),因此 v * 0 0 因此电路内消耗的功率也必须 0 。同样,如果我们有短路情况,则存在电流但没有电压 v = 0 ,因此 0 * i = 0 所以再次消耗功率电路 0 。
由于电功率是 v * i 的乘积,无论电路是否包含,电路中消耗的功率都是相同的高电压和低电流或低电压和高电流。通常,电力以加热(加热器),机械功(如电机),能量的形式以辐射的形式消散(灯具)或作为储存能源(电池)。
电路中的电能
电能是工作能力,工作单位或能源是焦耳( j )。电能是功率乘以其消耗时间的乘积。因此,如果我们知道以瓦特为单位消耗的功率以及使用它的时间(以秒为单位),我们可以找到以瓦特秒为单位的总能量。换句话说,energy = powerxtime和power = voltagexcurrent。因此,电能与能量有关,给予电能的单位是瓦特秒或焦耳。
电力也可以定义为能量转移的速率。如果一个焦耳的工作被吸收或以一秒的恒定速率传送,那么相应的功率将相当于一瓦特,因此功率可以定义为“1焦耳/秒= 1瓦特”。然后我们可以说一瓦特等于每秒一焦耳,电功率可以定义为工作或能量转移的速率。
电能和能量三角
或找到各种单独的数量:
我们之前说过,电能定义为每秒瓦特或焦耳。虽然电能以焦耳来衡量,但当用于计算元件消耗的能量时,它可能会变得非常大。
例如,如果一个100瓦的灯泡在24小时内“开启”,消耗的能量将为8,640,000焦耳(100w x 86,400秒),因此前缀如千焦耳( kj = 10 3 j )或megajoules( mj = 10 6 j )相反,在这个简单的例子中,消耗的能量将是8.64mj(兆焦耳)。
但是处理焦耳,千焦耳或兆焦耳以表达电能,所涉及的数学可能最终会产生一些大的影响。数字和许多零,所以用千瓦时表示消耗的电能要容易得多。
如果消耗(或产生)的电能用瓦特或千瓦(千瓦)来衡量,时间以小时而不是秒来衡量,那么电能的单位将是千瓦时(kwhr)。那么我们上面的100瓦灯泡将消耗2,400瓦特小时或2.4千瓦时,这更容易理解8,640,000焦耳。
1千瓦时是一台额定功率为1000瓦的设备使用的电量小时,通常被称为“电力单位”。这是公用事业仪表所测量的,也是消费者在收到账单时从我们的电力供应商那里购买的东西。
千瓦时是我们家中电表使用的标准能源单位计算我们使用的电能量,以及我们支付的金额。因此,如果您使用额定功率为1000瓦的加热元件打开电火并将其打开1小时,您将消耗1千瓦时的电力。如果你打开两个电火炉,每个电火炉都有1000瓦元件半小时,那么总消耗量将与电量完全相同 - 1kwhr。
因此,消耗1000瓦特一小时就会消耗相同的电量。半小时(一半的时间)功率为2000瓦(两倍)。然后,对于一个100瓦的灯泡使用1千瓦时或一个单位的电能,它需要开启总共10小时(10 x 100 = 1000 = 1kwhr)。
现在我们知道电路中电压,电流和电阻之间的关系,在下一个与直流电路相关的教程中,我们将看一下电气和电子工程中使用的标准电气单元,以便我们计算这些值,并查看每个值可以用标准单位的倍数或子数表示。
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