直流電路分析:歐姆與克希荷夫定律

功率消耗

當電流被迫通過電阻時,電阻會反抗,這場拉鋸把電能轉成熱,就像兩手互相摩擦把運動變成溫暖一樣。功率消耗就是產生熱的速率,單位是瓦特(W)。真實電路裡的每個電阻都至少會有一點溫熱,而身為設計者,你的工作就是確保它永遠不會太燙。

功率是電壓乘電流:P = V times I。利用歐姆定律,可以把電阻的功率改寫成兩個好用的形式:P = I^2 times R(電流平方乘電阻)與 P = V^2 / R。平方這件事是一種警告,因為電流加倍,熱會變成四倍。具體例子:100 歐姆電阻兩端加 5 V,會流過 50 mA,於是 P = V^2/R = 25/100 = 0.25 W,也就是四分之一瓦。這顆會發熱,你不會把它放進只標 1/8 瓦的小電阻裡。

這就是為什麼電阻會標示功率額定,小型的常見 1/8 W、1/4 W 或 1/2 W,粗大的繞線型則可達數十瓦。好習慣是挑有充裕餘裕的額定,通常取計算值的兩倍以上,工程師稱這個習慣為「降額」。把電阻操過額定,它的阻值會漂移、變色,最後燒焦或燒成斷路。熱是電子產品的隱形殺手,所以及早估算功率消耗並非可有可無。

12 V 電源驅動一個 10 歐姆的負載電阻。電流為 12/10 = 1.2 A,消耗 P = I^2 times R = 1.2^2 times 10 = 14.4 W。這需要一顆裝在散熱片上的大型繞線電阻,而不是一顆小小的軸向元件。

I^2 R 這一項增長得很快,所以大電流的電阻所需的功率額定大得驚人。

電阻的阻值完全不告訴你它能承受多少熱。一定要把算出的 P 對照元件的功率額定並留餘裕,因為超額會使阻值漂移,甚至引發火災。

又称
power lossheat dissipationI squared R loss