功耗

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

电阻值不需要精确，但在指定数字的百分之五以内（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。

温度计应尽量小，以利于快速检测电阻产生的热量。

我推荐一个医用温度计，用于测量体温的类型。

交叉引用

电路课程 ，第 1 卷第 2 章：“欧姆定律”

学习目标

• 电压表的使用
• 电流表使用
• 欧姆表的使用
• 焦耳定律的应用
• 组件额定功率的重要性
• 电气公共点的意义

原理图

插图

说明

用欧姆表测量每个电阻的电阻，在一张纸上记下准确的值，以备日后参考。

如图所示，使用一对跳线将 330 Ω 电阻器连接到 6 伏电池。

之前将跳线连接到电阻器端子 将另一端连接到电池。

这将确保您的手指在电池供电时不会接触到电阻器。

您可能想知道为什么我建议不要与通电的电阻器进行身体接触。这是因为它在由电池供电时会变热。

通电后，您将使用温度计测量每个电阻器的温度。

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。

电压可以直接在电池两端测量，也可以直接在电阻两端测量。

在该电路中，电池电压与电阻电压相同，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侧。

图中上部电线（红色）上的所有接触点在电气上是通用的。

沿着下部导线（黑色）的所有接触点同样彼此电气共用。

上导线任意一点与下导线任意一点测得的电压应相同。

在任意两个公共点之间测量电压 ，但是，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”的方法可以测量电流，只要将电流表放置在流路内 电子通过电阻器而不是电压源。

为此，请断开电路，然后将电流表放在内 断路：将两个测试探针连接到从断路处打开的两根电线或端子。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，您就可以计算功率 耗散。

而电压是电“推动”激励电子通过电路移动的量度，电流是电子流量的量度，而功率是工作速率的量度 ：电路中的工作完成得有多快。

推动电子通过电阻需要一定的工作量，而功率则描述了如何快速 这项工作正在进行中。

在数学方程中，功率用字母“P”表示，单位为瓦特（W）。

给定电压、电流和电阻三个量中的任意两个，可以通过三个方程中的任何一个来计算功率（统称为焦耳定律）：

尝试使用电压、电流和电阻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，电阻正好为 330 Ω，使用公制前缀，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 毫瓦），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，电阻应该明显变热但不应该超过 热。

将温度计末端触摸电阻器的中间，看看它有多热。

任何电子元件的额定功率并不能告诉我们它将有多少功率 耗散，但只是它可能的功率 消散而不造成伤害。

如果实际耗散功率超过组件的额定功率，则该组件的温度会升高至损坏点。

为了说明，断开 330 Ω 电阻器并将其替换为 10 Ω 电阻器。同样，一旦电路完成，请避免接触电阻器，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 电阻器，然后在两个夹子之间连接 10 Ω 电阻器，最后将跳线重新连接回电池终端。

注意：使用电池供电时，请让 10 Ω 电阻远离任何易燃材料！

在电阻开始冒烟之前，您可能没有足够的时间进行电压和电流测量。

在第一次出现遇险迹象时，从电池端子上断开一根跨接导线以中断电路电流，并让电阻片刻冷却。

在电源仍然断开的情况下，用欧姆表测量电阻的阻值，并注意与原始值的任何实质性偏差。

如果电阻的测量值仍处于其宣传值的 +/- 5% 范围内（介于 9.5 和 10.5 Ω 之间），请重新连接跨接导线并让它冒更多烟。

您发现电阻值随着功率过大损坏越来越严重有什么趋势？

电阻器在过热时以大于正常值的电阻值失效是典型的。

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，从而再次冷却它。但是，如果损坏严重，电阻器的正常阻值将不会恢复。

再次对电阻器功率进行一些焦耳定律计算，我们发现连接到 6 伏电池的 10 Ω 电阻器消耗约 3.6 瓦的功率，约 14.4 倍 其额定功耗。难怪它在连接到电池后冒烟这么快！

相关工作表：

• 能源、功和电力工作表