第7节 功耗 (修订中)
[TOC]
零件和材料
- 计算器（或用于算术的铅笔和纸）
- 6伏电池
- 两个 1/4 瓦电阻器：10 Ω 和 330 Ω。
- 小温度计
电阻值不必精确，但应在指定数字的 5% 以内（10 Ω 电阻为 +/- 0.5 Ω；330 Ω 电阻为 +/- 16.5 Ω）。
5% 容差 10 Ω 和 330 Ω 电阻器的颜色代码如下：棕色、黑色、黑色、金色（10，+/- 5%）和橙色、橙色、棕色、金色（330，+/- 5%） .
请勿在本实验中使用 6 伏以外的任何电池尺寸。
温度计应尽可能小，以便于快速检测电阻器产生的热量。
我推荐一个医用温度计，用来测量体温的那种。
交叉引用
电路课程，第 1 卷，第 2 章：“欧姆定律”
学习目标
- 电压表使用
- 电流表使用
- 欧姆表使用
- 焦耳定律的使用
- 组件额定功率的重要性
- 电气公共点的意义
原理图，示意图
插图
指示
用欧姆表测量每个电阻的电阻，在一张纸上记下确切的值以供以后参考。
如图所示，使用一对跨接线将 330 Ω 电阻器连接到 6 伏电池。
在将另一端连接到电池_之前_，将跳线连接到电阻端子。
这将确保在使用电池电源时您的手指不会接触电阻。
您可能想知道为什么我建议不要与有源电阻进行身体接触。这是因为电池供电时会变热。
您将使用温度计测量通电时每个电阻器的温度。
将 330 Ω 电阻连接到电池，用电压表测量电压。
在测量电压时，获得正确读数的方法不止一种。
电压可以直接跨电池测量，也可以直接跨电阻测量。
电池电压与该电路中的电阻电压相同，因为这两个组件共享同一组电气公共点：电阻的一侧直接连接到电池的一侧，电阻的另一侧直接连接到电池的另一边。
图中上部导线的所有接触点（红色）在电气上是公共的。
沿着下部导线（黑色）的所有接触点同样在电气上是共同的。
上线任意点与下线任意点之间测得的电压应相同。
_然而，在任何两个公共点之间_测量的电压应该为零。
使用电流表测量通过电路的电流。同样，没有一种“正确”的方法来测量电流，只要将电流表放置_在通过电阻器的电子流路_中，而不是跨过电压源。
为此，请在电路中断开，并将电流表_置于_该断开内：将两个测试探针连接到断开断开的两根电线或端子端。下图显示了一种可行的选择：
既然您已经测量并记录了电阻器电阻、电路电压和电路电流，您就可以计算_功耗_了。
电压是电“推动”激励电子通过电路的量度，电流是电子流量的量度，功率是_工作率_的量度：电路中工作的速度。
推动电子通过电阻需要一定量的功，而功率描述了该功发生的_速度。_
在数学方程式中，功率由字母“P”表示，并以瓦特 (W) 为单位进行测量。
给定电压、电流和电阻三个量中的任意两个，功率 (opens new window)可以通过三个方程（统称为焦耳定律）中的任何一个来计算：
尝试使用电压、电流和电阻的三个测量值计算该电路中的功率。
无论如何计算，功耗数字应该大致相同。
假设电池电压为 6.000 伏，电阻恰好为 330 Ω，则使用公制前缀时，功耗将为 0.1090909 瓦或 109.0909 毫瓦 (mW)。
由于电阻器的额定功率为 1/4 瓦（0.25 瓦，或 250 mW），因此它完全能够维持这种功耗水平。
因为实际功率水平几乎是额定功率的一半，电阻器应该会明显变热，但不应_过热_。
将温度计一端触摸到电阻器的中间，看看它有多热。
任何电气组件的额定功率并不能告诉我们它_会_消耗多少功率，而只是告诉我们它_可以_在不造成损坏的情况下消耗多少功率。
如果实际耗散功率量超过组件的额定功率，则该组件的温度会升高到损坏点。
为了说明，断开 330 Ω 电阻并用 10 Ω 电阻代替。同样，一旦电路完成，请避免触摸电阻器，因为它会迅速升温。
最安全的方法是从电池端子上断开一根跳线，然后从两个鳄鱼夹上断开 330 Ω 电阻，然后在两个夹之间连接 10 Ω 电阻，最后将跳线重新连接回电池终端。
注意：使用电池供电时，10 Ω 电阻器应远离任何易燃材料！
在电阻器开始冒烟之前，您可能没有足够的时间进行电压和电流测量。
在出现遇险迹象时，将其中一根跳线从电池端子断开以中断电路电流，并让电阻器冷却片刻。
在电源仍然断开的情况下，用欧姆表测量电阻器的电阻，并注意与其原始值的任何实质性偏差。
如果电阻器的测量值仍然在其标称值的 +/- 5% 范围内（9.5 到 10.5 Ω 之间），请重新连接跳线并让它冒更多的烟。
您注意到电阻值的什么趋势，因为它因过大而损坏越来越多？
电阻器在过热时以大于正常电阻的电阻失效是典型的。
这通常是一种自我保护的故障模式，因为增加的电阻会导致更少的电流和（通常）更少的功耗，从而再次将其冷却下来。但是，如果充分损坏，电阻器的正常电阻值将不会恢复。
再次对电阻器功率执行一些焦耳定律计算，我们发现连接到 6 伏电池的 10 Ω 电阻器消耗大约 3.6 瓦的功率，大约是其额定功率消耗的14.4_倍。_难怪接上电池后冒烟这么快！
相关练习：
总目录：