瓦特安培 什么是安培、瓦特、伏特和欧姆?
电学中的三个最基本的单位是电压(V)、电流(I) 和电阻(r)。电压的单位是伏特,电流的单位是安培,电阻的单位是欧姆。
以排水管道为例做一个简单的类比可以帮助你理解这些物理量。电压相当于水压、电流相当于水流速度,而电阻则类似于管道尺寸。
下面是电气工程的一个基本方程式,它阐明了这三者之间的关系。电流等于电压除以电阻。
我们来看如何用这种关系来解释管道系统。比如你将用软管从蓄水池引水为花园浇水。
如果增加蓄水池中的水压会怎样?你会想到软管中的水流会更急。这同样适用于电气系统:电流会随着电压的增加而增加。
如果增加软管以及蓄水池接口的直径呢?你会猜到软管中会流出更多的水。这正如电气系统中电流会随着电阻的减小而增加一样。
电功率的单位是瓦特。电学中功率(P)等于电压和电流的乘积。
仍然用排水管道的类比。将软管对准水车,就像流水推动带动石磨的水车一样。你可以通过两种途径增大水车产生的功率。如果你增大流出软管的水的水压,那么将以更大的力量推动水车,水车转速加快,功率增大。如果你增大流量,由于推动水车的水量增大,水车转速同样会加快。
在电学中,增大电压或者电流都会使功率增大。比如,你有一个6伏电池与6伏灯泡相连的系统。灯泡的输出功率为100瓦特。用上面的等式,我们可以计算出6伏的灯泡输出100瓦的功率所需要的电流的安培数。
已知P=100W,且V=6V。整理等式代入数值求得I。
那么如果用12伏的电池使12伏的灯泡输出100瓦的功率,结果又是怎样呢?
此系统可以产生相同的功率,但只需一半的电流。以较低的电流产生相同的功率有它的优势。导线电阻要消耗电功率,流过导线电流增大时所消耗的功率也相应增大。将两个等式稍作整理你就会发现为什么会这样。你所需要的是功率和电阻与电流之间的关系。整理等式一:
将V的表达式代入另一等式:
上式告诉我们,导线消耗的功率随导线电阻的增加而增大(例如,使用较细或导电性能不良的导线)。然而,如果通过导线的电流增加,消耗的功率将显著增加。所以,提高电压以降低电流可以提高电力系统的效率。高压电动机的效率也相对较高。
提高效率的趋势推动了汽车工业向更高的电压等级发展。汽车制造商正在从目前的12伏电能系统向42伏的电能系统转换。从第一辆汽车的制造开始,汽车上的用电需求不断增加。第一辆汽车甚至没有电灯作为前灯,而是使用油灯。今天的汽车内部含有上千条电路,在未来,汽车将需要更大的电功率。42伏电能系统将满足汽车对更高电功率的需要,并且无需增大导线和发电机的尺寸就可以适应增大的电流。
