串联还是并联：哪个灯泡更亮？物理原理解析

80W与100W两灯泡串联与并联 – 哪个更亮？

我们收到的最令人困惑的问题是：如果两个灯泡串联后再并联，哪个会更亮，确切原因是什么？网上有大量信息，但我们将逐步详细计算确切数值以消除困惑。

首先要记住，电阻较大且在电路中耗散功率较大的灯泡（无论串联还是并联）会更亮。换言之，灯泡亮度取决于电压、电流（V×I=功率）以及电阻。

还要记住，以瓦特为单位的耗散功率不是亮度单位。亮度单位是流明（lm，SI导出单位，光通量），也称为坎德拉（发光强度基本单位）。但灯泡亮度与灯泡瓦数成正比。这就是为什么功率越大的灯泡越亮。

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灯泡串联时

不同瓦数灯泡串联在串联电路中：

假设有两个灯泡，分别为80W（灯泡1）和100W（灯泡2），额定电压均为220V，串联在220V交流电源上。此时，电阻较大且功率耗散较大的灯泡会比另一个更亮。即80W灯泡（1）会更亮，100W灯泡（2）在串联中会变暗。简而言之，串联时两灯泡电流相同。电阻较大的灯泡两端电压降较大，因此功率耗散和亮度较高。如何计算？请看下面的计算和示例。

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功率

P = V × I 或 P = I²R 或 P = V²/R

现在，灯泡1（80W）的电阻；

我们知道串联电路中电流相同、电压相加，但灯泡额定电压为220V。即：

串联电路电压：V_T = V₁ + V₂ + V₃ …+ V_n

串联电路电流：I_T = I₁ = I₂ = I₃ …I_n

因此，

R = V² / P₈₀

R_80W = 220² / 80W

R_80W = 605Ω

灯泡2（100W）的电阻；

R = V² / P₁₀₀

R_100W = 220² / 100W

R_100W = 484Ω

现在，电流；

I = V/R

= V / (R_80W + R_100W)

= 220V / (605Ω + 484Ω)

I = 0.202A

现在，

灯泡1（80W）耗散功率

P = I²R

P_80W = (0.202A)² × 605Ω

P_80W = 24.68 W

灯泡2（100W）耗散功率

P = I²R₁₀₀

P_100W = (0.202A)² × 484Ω

P_100W = 19.74 W

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因此证明功率耗散 P_80W > P_100W，即 灯泡1（80W）功率耗散大于灯泡2（100W）。因此，串联时80W灯泡比100W灯泡更亮。

您也可计算每个灯泡两端的电压降，再用P = V×I计算功率耗散以验证：

V = I × R 或 I = V/R 或 R = V/I …（基础欧姆定律）

灯泡1（80W）

V₈₀ = I × R₈₀ = 0.202 × 605Ω = 122.3V

V₈₀ = 122.3V

灯泡2（100W）

V₁₀₀ = I × R₁₀₀ = 0.202 × 484Ω = 97.7V

V₁₀₀ = 97.7V

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现在，

灯泡1（80W）耗散功率

P = V²₈₀/R₈₀

P_80W = 122.3²V / 605Ω

P_80W = 24.7 W

灯泡2（100W）耗散功率

P = V²₁₀₀/R₁₀₀

P_100W = 97.72²V / 484Ω

P_100W = 19.74 W

串联电路总电压

V_T = V₈₀ + V₁₀₀ = 122.3 + 97.7 = 220V

再次证明串联时80W灯泡功率耗散大于100W灯泡。因此，串联时80W灯泡比100W灯泡更亮。

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灯泡并联时

不同瓦数灯泡并联在并联电路中：

现在同样的两个灯泡，80W（灯泡1）和100W（灯泡2）并联在220V交流电源上。同样的原理：电流较大且功率耗散较大的灯泡会更亮。这次，100W灯泡（2）更亮，80W灯泡（1）变暗。简而言之，并联时两灯泡两端电压相同。电阻较小的灯泡导通电流较大，因此功率耗散和亮度较高。困惑了？情况反转了。请看下面的计算和示例消除困惑。

功率

P = V × I 或 P = I²R 或 P = V²/R

现在，灯泡1（80W）的电阻；

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我们知道并联电路中电压相同，灯泡额定电压为220V。即：

并联电路电压：V_T = V₁ = V₂ = V3 …V_n

并联电路电流：I_T = I₁ + I₂ + I₃ …I_n

因此，

R = V² / P

R_80W = 220² / 80W

R_80W = 605Ω

灯泡2（100W）的电阻；

R = V² / P

R_100W = 220² / 100W

R_100W = 484Ω

现在，

并联电路中电压相同，灯泡1（80W）耗散功率

P = V²/R₁

P_80W = (220V)² / 605Ω

P_80W = 80 W

灯泡2（100W）耗散功率

P = V²/R₂

P_100W = (220V)² / 484Ω

P_100W = 100 W

因此证明 P_100W > P_80W，即 灯泡2（100W）功率耗散大于灯泡1（80W）。因此，并联时100W灯泡比80W灯泡更亮。

为验证上述情况，您也可计算每个灯泡的电流，再用P = V × I计算功率耗散。我们使用灯泡额定电压220V。

I = P / V

灯泡1（80W）

I₈₀ = P₈₀ / 220 = 80W / 220 = 0.364A

I₈₀ = 0.364A

灯泡2（100W）

I₁₀₀ = P₁₀₀ / 220 = 100W / 220 = 0.455A

I₁₀₀ = 0.455A

现在，

并联电路中电压相同，灯泡1（80W）耗散功率

P = I²R₁

P_80W = 0.364²A × 605Ω

P_80W = 80 W

灯泡2（100W）耗散功率

P = I²R₂

P_100W = 0.455²A × 484Ω

P_100W = 100 W

并联电路总电流

I_T = I₁ + I₂ = 0.364 + 0.455 = 0.818A

再次证明并联时100W灯泡功率耗散大于80W灯泡。因此，并联时100W灯泡比80W灯泡更亮。

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无需计算与示例

计算和示例适合初学者。为简化理解，请记住：“大功率”灯泡“电阻较小”。大功率灯泡灯丝比小功率灯泡粗。本例中，80W灯泡灯丝比100W灯泡细。

换言之，100W灯泡电阻较小，80W灯泡电阻较大。

灯泡串联时

我们知道串联电路中各点电流相同，即两灯泡电流相同，电压不同。显然，电阻较大的灯泡（80W）两端电压降较大。所以串联时80W灯泡比100W灯泡更亮，因为相同电流流经两灯泡，80W灯泡因功率较低灯丝较细，电阻较大，耗散功率更大（P=V²/R，功率与电压成正比、与电阻成反比），产生更多热量和光。

灯泡并联时

我们也知道并联电路中各支路电压相同，即两灯泡电压降相同。电阻较小的灯泡（100W）流过电流更大，意味着100W灯泡耗散功率大于80W灯泡（P=I²R，电流和电阻与功率成正比）。因此，并联电路中100W灯泡更亮。

如何判断灯泡是串联还是并联？

大多数家庭电气布线采用并联或串并联，而非串联，因为并联布线比串联有优势。因此我们注意到，额定功率较高的灯泡比低瓦数灯泡更亮。此时，100W灯泡比60W或80W灯泡更亮。

现在您应知道：并联时额定功率较高的灯泡更亮，串联时额定功率较低的灯泡更亮，反之亦然。

关键点：

• 串联电路中，80W灯泡因功率耗散大而比100W灯泡更亮。
• 并联电路中，100W灯泡因功率耗散大而比80W灯泡更亮。
• 功率耗散大的灯泡更亮。
• 串联时，两灯泡电流相同。电阻较大的灯泡两端电压降较大，因此功率耗散和亮度较高。
• 并联时，两灯泡电压相同。电阻较小的灯泡导通电流较大，因此功率耗散和亮度较高。
• 大多数家庭照明灯泡采用并联布线。

注与须知：

• 实际灯泡温度变化，欧姆定律不完全适用，因其适用于电阻恒定情况，而电阻随温度变化。
• 应考虑灯泡温度系数。为简化，我们忽略温度系数使用欧姆定律。
• 白炽灯和钨丝灯屈属非线性器件（电阻），具有正温度系数。