十分钟入门电学：欧姆定律与电流计算

V = I R 如果代数让你头疼，别担心，这个公式说的和“电压等于电流乘以电阻”完全是一回事，只是写得更简短罢了。 如果你感兴趣的话，这个简单的公式叫做“欧姆定律”，大概是电气工程领域有史以来最重要的发现。在家庭布线中，“V”几乎总是“230”（伏特），所以实际应用中我们通常要计算电流（已知电阻），或者反过来。欧姆定律可以写成两种不同的形式： I = V / R 以及 R = V / I 那么，假设我们有一个灯泡，其灯丝在工作温度下的电阻为500欧姆，流过它的电流是多少？既然我们知道I = V / R，V是230，R（电阻）是500，那么I就是230/500，等于0.46安培，也就是大约半安培。 把这些关系比作一个你可能更熟悉的系统，或许有助于理解。图2展示了一个悬空的水箱，连接着一根管道。因为管道末端是敞开的，水会流下来，在地上积成一滩。 在这个系统中，水箱的高度类似于电压。如果我们把水箱的高度（相对于管道末端）增加一倍，就相当于把电压增加一倍。如果这样做，在其他条件不变的情况下，水流下管道的速度会是原来的两倍。这就是为什么如果你家阁楼里有个水箱，楼下水龙头的水流通常比楼上水龙头的水流大：水箱高于水龙头的高度大约是楼上的两倍。 水流过管道类似于电流。如果我们把电压增加一倍，电流也会增加一倍（如果电阻保持不变）。 连接水箱的管道代表电阻。它与电阻非常相似。例如，如果我们把管道的长度增加一倍，水的流量会减少到大约原来的一半。管道长度翻倍，因此阻力也翻倍。如果我们把管道变细，这也会减慢流速。电缆也是如此。较长的电缆比短的电阻更大，细电缆比粗电缆电阻更大（当然，重要的是铜的厚度，而不是绝缘塑料的厚度）。电缆规格用火线和零线中铜的横截面积来表示，单位为平方毫米（缩写为“mm2”或“sq mm”）。电力环形电路非常普遍地使用2.5 mm2的电缆。这意味着火线和零线各自的截面积都是2.5 mm2。 你会经常听到人们把它简称为“2.5毫米”或“2.5 mil”。严格来说，这是不对的：导体的直径不是2.5毫米，它们的面积是2.5平方毫米。这种俚语说法在实际中通常不会造成问题。 图2： 电流、电压和电阻的“水流”模型；详情见正文 电路 电气系统与图2所示的水流系统的主要区别在于，电流必须在电路中流动。电不能像水那样积成一滩；它必须被限制在导体中。所以从某种意义上说，更好的类比可能是中央供暖系统，水在泵的驱动下流经一组管道和散热器。无论如何，如果电路不完整，就没有电流能流动。这是好事，因为这意味着我们可以用开关来控制通断。传统上，开关是一个机械触点：按下它或扳动杠杆，会以某种方式移动一块铜，从而打开或闭合电路。现在已经有了没有活动部件的电子开关器件。 一个实际的电路至少包括以下东西：一个电源、一些导体和一个电器（见图3）。 P = V I 那么，再拿灯泡的例子来说，它的电流（我们之前算过）是0.5安培，电压（一如既往）是230伏特，所以功率是115瓦特（0.5 x 230）3。 我觉得你买不到115瓦的灯泡，那么100瓦的灯泡里流过多少电流呢？我们可以把上面的公式写成另外两种形式： V = P / I 以及 I = P / V 我们需要的是第二个：如果知道P和V，它就能给出电流（“I”）。所以100瓦灯泡中的电流是（100 / 230）安培，约为0.43安培。 再举一个例子。为一个电水壶供电的插头需要多大额定值的保险丝？假设水壶的额定功率是2.5 kW（这很常见）。因为I = P / V，P是2500（瓦特），V是230（伏特），我们有 I = 2500 / 230，约为10.9安培。由于插头保险丝通常只有3、5和13安培的额定值，我们需要一个13安培的保险丝，这是比计算出的10.9安培高一级的规格。5安培的保险丝可能会很快烧断，这一点我们马上就会讲到。 灯泡将电能转化为光和热。灯丝灯泡效率非常低，事实上，产生的热量大约是光的50倍。实际上所有电气设备在使用中都会发热，包括电线。如果知道电压和电流，总能计算出转化为热量的能量，但对于电缆来说，用另一种方法计算更容易。既然我们知道V = I R（如上所述）以及P = V I，那么稍微摆弄一下符号就能得出 P = I2 R 或者用文字说：功率等于电流的平方乘以电阻。（任何数的平方就是该数乘以自身）。让我们举个例子。 假设一根电缆的电阻为2欧姆。这根电缆承载13安培的电流（这是插入式电器允许的最大值）。电缆转化为热量的功率是多少？ 功率由电流的平方乘以电阻给出，所以在这个例子中是13 x 13 x 2，等于338瓦特。这大约相当于三个

（原文较长，此处译出前 6000 字，完整内容请点「打开原文」。）