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欧姆定律计算器

电压、电流、电阻和功率中已知任意两个,求出另外两个。

作者 Nethanel Bar, 联合创始人兼 CEO

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欧姆定律公式,以及与之配套的功率公式

欧姆定律把简单电路中的三个量联系起来:元件两端的电压 V,单位是伏特;通过它的电流 I,单位是安培;它的电阻 R,单位是欧姆。公式是 V = IR,所以 I = V/R,R = V/I。1 欧姆就是 1 伏特每安培:一个 4 Ω 的电阻两端加 12 V,电流为 12 / 4 = 3 A。

功率是元件把电能转化为热或光的快慢,单位是瓦特,P = VI。把 V = IR 代入,又得到两种形式:P = I²R 和 P = V²/R。有了这四个公式,V、I、R、P 中任意两个就足以求出另外两个,教室墙上的欧姆定律轮盘画的正是这一点。

计算器做的就是这件事。在四个格子中填任意两个,另外两个留空:它先用合适的公式求出其中一个,再用这个答案求出最后一个,并标明每一步用了哪个公式。毫伏、毫安、千欧和千瓦会先单独作为一步换算成伏特、安培、欧姆和瓦特,每个答案也会以其他单位给出。

需要注意什么

  • V = IR 用的是伏特、安培和欧姆。以毫安表示的电流或以千欧表示的电阻要先换算,否则答案会差 1000 倍。
  • 电阻不变时,电流与电压成正比:电压加倍,电流也加倍。
  • 功率随电流或电压的平方增长。通过同一个电阻的电流加倍,P = I²R 就变为四倍。
  • 欧姆定律描述的是欧姆导体,即电阻不随电流变化的导体,例如温度稳定的金属电阻。白炽灯和二极管都不是欧姆导体。
  • 对于非欧姆元件,R = V/I 仍能给出它此刻的电阻,但电流一变,这个值也会变。

如何使用欧姆定律

  1. 找出已知的两个值

    电压、电流、电阻和功率中的任意两个。电热水壶的铭牌给出功率和电压;电阻的色环给出它的阻值。

  2. 换算成伏特、安培、欧姆和瓦特

    毫安除以 1000,千欧乘以 1000,千瓦乘以 1000。20 mA 是 0.02 A,2 kW 是 2000 W。

  3. 选出包含两个已知值和一个未知量的公式

    涉及电压、电流和电阻时用 V = IR;涉及功率时用 P = VI、P = I²R 或 P = V²/R。把公式变形,求出未知量。

  4. 用这个答案求出第四个值

    四个量知道三个之后,任何包含最后那个量的公式都能求出它。例如由 V 和 I,用 P = VI。

用表格表示的欧姆定律轮盘

每个量都可以由另外任意两个量求出。V 的单位是伏特,I 是安培,R 是欧姆,P 是瓦特。

要求已知公式
电压 VI 和 RV = IR
电压 VP 和 IV = P/I
电压 VP 和 RV = √(PR)
电流 IV 和 RI = V/R
电流 IP 和 VI = P/V
电流 IP 和 RI = √(P/R)
电阻 RV 和 IR = V/I
电阻 RV 和 PR = V²/P
电阻 RP 和 IR = P/I²
功率 PV 和 IP = VI
功率 PI 和 RP = I²R
功率 PV 和 RP = V²/R

例题详解

4 Ω 电阻两端加 12 V

plain
V = 12 V, R = 4 Ω

电流由欧姆定律求出:I = V/R = 12 / 4 = 3 A。知道电流后,功率 P = VI = 12 · 3 = 36 W。用 P = I²R 也一样:3² · 4 = 36 W。

接在 230 V 上的 2 kW 电热水壶

plain
V = 230 V, P = 2 kW

2 kW 是 2000 W。电流 I = P/V = 2000 / 230 = 8.70 A,于是电阻 R = V/I = 230 / 8.696 = 26.45 Ω。用 P = V²/R 验算:230² / 26.45 = 2000 W。正因为电流这么大,电热水壶需要比台灯更粗的电线。

20 mA 电流通过 220 Ω 电阻

plain
I = 20 mA, R = 220 Ω

先换算:20 mA = 0.02 A。然后电阻两端的电压 V = IR = 0.02 · 220 = 4.4 V,功率 P = VI = 4.4 · 0.02 = 0.088 W,即 88 mW。常见的四分之一瓦电阻(250 mW)完全承受得住。

接在 230 V 上的 60 W 灯泡

plain
V = 230 V, P = 60 W

I = P/V = 60 / 230 = 0.261 A,R = V/I = 230 / 0.26087 = 881.7 Ω。这是灯丝发光时的电阻。冷态下用万用表测量,读数会低得多,因为白炽灯不是欧姆元件:它的电阻随温度升高而增大。

常见错误

  • 把毫安直接代入公式。20 mA 是 0.02 A;代入 20 会让电压大一千倍。
  • 忘了以 kΩ 表示的电阻是几千欧姆。4.7 kΩ 是 4700 Ω。
  • 该除的时候乘了。I = V/R,而不是 V · R:电阻越大,电流越小。
  • 漏掉 P = I²R 或 P = V²/R 中的平方。3 A 电流通过 4 Ω 电阻,功率是 9 · 4 = 36 W,而不是 12 W。
  • 在串联电路中把电源电压当作某个元件的电压。V = IR 中的 V 是该元件两端的电压,只是电源电压的一部分。
  • 把白炽灯、二极管或热敏电阻的电阻当成固定值。只有欧姆导体才适用电阻恒定的欧姆定律。

欧姆定律常见问题

欧姆定律是什么?

欧姆定律指出,只要温度保持不变,通过导体的电流与它两端的电压成正比。写成公式是 V = IR,其中 V 的单位是伏特,I 是安培,R 是欧姆。它以格奥尔格·欧姆命名,他在 1827 年发表了这一定律。

用欧姆定律求电流和电阻的公式是什么?

把 V = IR 变形。电流 I = V/R,电阻 R = V/I。一节 9 V 电池接在 3 kΩ 电阻两端,电流为 9 / 3000 = 0.003 A,即 3 mA。

怎样由电压和电流计算功率?

P = VI,V 用伏特、I 用安培时,单位是瓦特。如果已知的是电阻而不是其中一个量,就用 P = I²R 或 P = V²/R。对同一个元件,三个公式给出的答案相同。

欧姆定律轮盘是什么?

一个分成四等份的圆,V、I、R、P 各占一份,里面列出了由另外两个量求每个量的十二个公式。本页的表格列出的也是这十二个公式。

什么是欧姆导体?

电阻保持恒定的导体,它的电流与电压关系图是一条过原点的直线。温度稳定的金属电阻是欧姆导体。白炽灯不是,因为它的电阻随温度升高而增大;二极管也不是,它几乎只能单向导电。

欧姆定律适用于交流电吗?

对于纯电阻,适用,只要用电压和电流的有效值。市电的 230 V 或 120 V 本身就是有效值,所以电热水壶的例子成立。线圈和电容则需要用阻抗,这个计算器不涉及。

电阻的单位是什么?

欧姆,符号 Ω。1 欧姆就是 1 伏特每安培:电阻为 1 Ω 时,两端加 1 V,就有 1 A 电流通过。电阻上常标千欧(1 kΩ = 1000 Ω)或兆欧(1 MΩ = 1,000,000 Ω)。

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