我一直在學習歐姆定律,並測試家用電器插頭上的電阻併計算電流。
例如,我的水壺是22歐姆(10.45安培),並由13A保險絲保護。
這是有道理的,我對此表示同意,但是隨後我測試了吸塵器,該吸塵器的電阻為7.7歐姆,相當於29.8安培,肯定可以燒斷13A保險絲,但事實並非如此。我現在測試了兩種不同的真空吸塵器,它們在帶電和中性線上的電阻讀數相同。
這肯定是直接短路,但它可以正常工作,那麼電阻會改變還是什麼?
我一直在學習歐姆定律,並測試家用電器插頭上的電阻併計算電流。
例如,我的水壺是22歐姆(10.45安培),並由13A保險絲保護。
這是有道理的,我對此表示同意,但是隨後我測試了吸塵器,該吸塵器的電阻為7.7歐姆,相當於29.8安培,肯定可以燒斷13A保險絲,但事實並非如此。我現在測試了兩種不同的真空吸塵器,它們在帶電和中性線上的電阻讀數相同。
這肯定是直接短路,但它可以正常工作,那麼電阻會改變還是什麼?
您測量的7.7歐姆是電動機的繞組電阻。但這不是決定其工作電流的唯一因素。
您的真空吸塵器可能會在施加瞬時功率時接近計算出的30A,但是一旦電動機開始旋轉,它就會產生與速度成比例的電壓(稱為反電動勢),與施加的電壓成反比,從而降低可用於驅動電流通過繞組的淨電壓。隨著電動機速度的增加,電流(以及電動機產生的轉矩)減小,並且速度穩定在電動機產生的轉矩與以該速度驅動負載所需的轉矩相匹配的點。
保險絲不會立即熔斷。但是,如果您要鎖定電動機使其無法旋轉,那保險絲將不會持續很長時間。
真空吸塵器不是電阻,並且插座的線路電壓不是 DC(直流電)。歐姆定律適用於電阻器和直流電。歐姆定律不適用於連接到 AC(交流)電源的電動機。
對於電動機,您需要研究交流電和電感器的規則。它們更適合您的情況。
“電阻”用於直流電路。儘管電阻仍然在交流中發揮作用,但交流電路還有另一個特性,稱為“電抗”,實際上就是對交流電的電阻。根據以下公式,“電感”由電感和電容提供,並隨頻率變化:
$$ X_L = 2 \ pi f L $$ $$ X_C = \ frac {1} {2 \ pi f C} $$
其中\ $ X_L \ $是電感電抗(以歐姆為單位),\ $ X_C \ $是電容電抗(以歐姆為單位),\ $ f \ $是頻率(以赫茲為單位),\ $ L \ $是電感(在亨利(Henrys)中),\ $ C \ $是電容(在法拉中)。
電阻和電抗(無論是電感性還是電容性)一起變成複數形式
$$ Z = R \ pm jX $$
其中\ $ R \ $是電阻,\ $ j \ $是虛數(\ $ \ sqrt {-1} \ $),而\ $ X \ $是電抗。產生的複數稱為“阻抗”,由字母\ $ Z \ $表示,這會影響設備的當前消耗。在歐姆定律中的任何地方都可以使用\ $ Z \ $代替\ $ R \ $,這將起作用,但是必須對複數進行正確的數學運算。但是,這有點困難,因為例如,電動機不僅具有電感,還具有更多的功能。繞組本身俱有電容和電阻,因此可能很難找到所有必要的變量以準確計算電流。
“電阻會發生變化還是什麼?”
簡短的答案是肯定的...
長答案要復雜得多,但是我不會把細節弄糊塗了。
在堅果殼中,真空吸塵器中裝有電磁線圈。線圈,特別是電動機是的複雜負載,而不是像水壺一樣簡單的電阻。這些負載對交流電源特別敏感。產生的“有效電阻”比用萬用表測量的直流電阻大得多。
是的,您尚未詢問,但是當您第一次打開它時,初始電流浪湧可能很大。
但是,有效電阻會隨著電動機的啟動而迅速增加。該設備的設計使其浪湧非常短,足夠短,以至於保險絲沒有時間加熱和熔化。
儘管在某些國家/地區,例如北美大部分地區,當您打開“漫遊車”時,您可能會注意到同一電路上的燈會短暫變暗。
但是,對電動機進行加電會產生一些強電流。當您用真空吸住地毯的邊緣並且電動機開始發出嗚嗚聲時,請關閉它。
電動機會產生一個與電源反電動勢相對的電壓。因此歐姆定律是有效的,但方程式中不僅是電阻和電源電壓。
為什麼歐姆定律不適用於吸塵器?
它的工作原理與牛頓定律不適用於電阻器的本質原因不一樣(如果您將力\ $ F \ $施加到質量為\ $ m \ $的電阻器上,而該電阻恰好被焊接到電路中,電阻將不以\ $ a = F / m \ $加速,因為焊點會將其保持住)† sup>。或者,甚至更荒謬的例子是,出於同樣的原因,阿西莫夫的機器人定律不適用於天體。
所有法則,當然也包括所有物理法則,僅適用於定義明確的特定環境。歐姆定律(最簡單的形式,即萬用表假定的形式)適用於理想電阻器。碰巧的是,水壺的行為幾乎就像是理想化的電阻器,顯然,您使用電子電路的電阻器也是如此。‡ sup>但是,先驗地,絕對沒有理由認為給定的未知組件應該遵守歐姆定律,就像沒有理由假設開普勒的行星運動定律適合您的水壺一樣。
僅在少數情況下,發現適用於某些物理對象A的法則 也適用於完全不同的對象B。這些事件是物理學中真正激動人心的時刻,就像愛因斯坦提出的洛倫茲不變性(最初僅被稱為麥克斯韋電動力學定律的一個性質)也適用於大型物體一樣。事實證明,毫無根據的預測是正確的,這就是相對論成為適當的物理理論的原因,而與某些定律(例如歐姆定律)相反嗯,電阻會做什麼。
† sup> 好吧,在牛頓定律的水平上,做當然適用於電阻器:如果對那個電阻器施加力,它將非常短暫地加速,直到焊點施加反作用力使其退回。所有力量齊心協力,牛頓定律 隨後又得以實現。同樣,如果將電動機的電感視為多餘的(虛構的)阻抗/電抗,那麼即使是真空吸塵器,實際上也可以從廣義上滿足歐姆定律。這些對您的萬用表來說是不可見的,就像將電阻器壓下的焊點在將其包含在電路中之前對稱重的人而言是不可見的。 sub>
‡ sup> 即使不是完全正確:實際上,電阻取決於溫度,而溫度也受電流的影響;還有諸如 Johnson noise之類的棘手效果。在充分的學問意義上,電阻器因此不遵守歐姆定律! sub>
在處理理想電阻器時,歐姆定律可以被認為是精確的關係,在處理非理想電阻器時可以看作是近似關係,或者在處理電阻器加上“其他”或“其他”時,可以視為整個“定律”的一部分。在某種程度上受環境影響很大的電阻器。
歐姆定律總是適用於它打算應用於的事物-
即純恆定電阻器。
如果它對“事物”不起作用,則該事物不是純粹的恆定電阻器。
可能是
對於真空吸塵器電動機,您可以“看到”一個勵磁電感器,一個轉子電感器,這兩個電感器的電阻以及一些接線電阻。施加的AC往往受電感的影響要大於電阻的影響。
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以下apparently愚蠢和腳的語句(實際上可能是be愚蠢和腳的語句)仍然可以很好地解釋整個現實情況:
在某些情況下,它非常大。例如,英國倫敦的塔橋的電阻可以從兩端的兩個選定點進行測量。它可能很大,會不斷變化,並不是衡量任何事情的有用工具。
當對象的電阻發生變化時,歐姆定律仍然適用,但結果隨電阻的變化而變化。
電動機具有線圈,因此具有電感。電感總是試圖通過反電動勢來對抗產生它的原因。電機也具有旋轉能力。因此,電動機的旋轉方向與磁場的變化相反,或者由於交流電的不斷變化而彎曲。
因此,反電動勢和電動機的轉動都會阻礙交流電流。因此,儘管電阻很小,但是對電流的阻礙卻很大。這就是在電動機卡住和啟動時汲取的電流非常大的原因(通常是靜止的,因此沒有旋轉以阻止變化的電流)。