电力测量中是否存在隐含的“时间单位”?(例如英里每小时,每秒千字节,每安培???)

电器工程 电流测量
2022-01-18 16:33:48

我对电子学很陌生,我正在经历掌握电压、电流和电阻的常见困难。我将把我的问题限制在电流上,因为我怀疑理解那篇文章可能会阐明电压和电阻。

我在这里读了几个问题:

他们帮助了一点,但我仍然在挣扎。我在精神上难以解决的一个具体部分是,我正在阅读有关基本测量单位的信息,但我并不完全确定要测量的内容。例如,一磅正在测量拉动一组原子的重力。一加仑是可以占据固定空间的液体量。电……我迷失了所观察到的细节。

许多测量单位是固定数量的东西,不会改变(除非采取行动)。例如:

  • 1加仑牛奶
  • 16盎司牛肉
  • 30立方升空气

对于像电流这样不断测量运动中的电子的东西来说,这似乎没有意义。或者,我们对随时间变化的事物进行测量:

  • 每小时35 英里
  • 每秒128 千比特
  • 5,000加仑/分钟

说到电流,我们只说“安培”,而不是“安培数好吧,我知道“安培”测量电子的流动,但“流动”到底是什么意思?它是在一秒(或其他单位)时间内通过电路上某个位置的电子数量(或其他数量)吗?当我将万用表的引线与电线接触时,它到底在“看”什么?

我读过伏特是衡量与焦耳和库仑相关的势能(http://www.allaboutcircuits.com/vol_1/chpt_2/1.html)(更混乱,但没关系),我相信库仑是测量的每秒。每秒是否也转移到安培?

我唯一能想到的另一件事是,安培可能更像是压力,您测量的是磅/平方英寸

我知道电就是电,没有一个类比是完美的。我试图了解电是什么,我只是不确定这些测量是如何进行的。也许我想多了,但任何更深入的见解都会很棒。

(如果这已经被解释死了,我很抱歉,我可能不知道要使用的最佳搜索词。)


伙计,作为一个刚接触这个网站的人,我感到非常震惊,以至于这么多人花了这么多时间来帮助我理解这一点。就像很多事情一样,我认为“沉浸”需要时间和更多的阅读/经验,但所有的答案都非常有帮助。我将“amps include time”答案标记为对我帮助最大的答案,因为它回答了我的问题“amps per what?”的核心。我正在想象“amps”有点像“ knots ”,因为数量是这个词定义的一部分,而不是像“英里每小时”这样的另一个单位那样被明确说明这不是一个完美的类比,但至少它可以帮助我理解所有硬数字的去向。

4个回答

安培包括时间...

安培 = 库仑每秒

这更简单地说...

Current = amount of charge per time interval

这是一个流量指标。就像水一样……每分钟(时间)升(体积 --> 量)

更深入

实际上,安培是衡量每单位时间内通过电路中一个点的电荷量的量度,其中有 6.241 × 10 18 个电子,或每秒一库仑构成一安培。

--维基百科文章

探测

当我将万用表的引线与电线接触时,它到底在“看”什么?

如果您处于电压测量模式,您实际上是在测量两条引线之间的“压力”——一条引线中的电荷试图到达另一条引线(但不能)的程度。电荷梯度不能被中和的原因取决于电路。例如,在电容器中,某种屏障会阻止它。两点之间电压的存在要求存在这样的梯度。

如果您处于电流测量模式,则引线安装在电流路径中(串联),并且仪表正在测量单位时间内流过它们的电荷量(实际上是通过应用欧姆定律间接地做到这一点)。

进一步阅读

Bodanis, David (2005),Electric Universe,纽约:三河出版社,ISBN 978-0-307-33598-2

最基本的电荷单位是电子,但使用起来非常小。库仑是一个较大的电荷单位,代表大约 6,241,509,324,000,000,000 个电子的电荷。安培是一种简写单位,表示每秒一库仑(即 6,241,509,324,000,000,000 个电子)的流速,也就是说,如果一根导线有 1 安培的直流电流流过它,则大约有 6,241,509,324,000,000,000 个电子进入一端,离开对方,反之亦然。

与其直接回答你的问题(其他人已经做得很好),我想介绍一个可以帮助你理解这些答案的心智模型和分析工具。那个工具就是维度分析

基本概念是,单位是可以代数操作的符号。我认为一个例子是最好的。我们知道长方体的体积是它的宽度乘以它的高度,乘以它的深度。假设我们测量它高 1 米,宽 2 米,深 3 米。然后:

$$ \text{体积} = 1m \cdot 2m \cdot 3m$$

如果你假装 \$m\$ 只是一个符号,就像代数中的谚语 \$x\$,那么你知道:

$$ 1m \cdot 2m \cdot 3m = 6m^3$$

也就是说,这个长方体的体积是六立方米。但是我们可以用立方米以外的单位来测量体积。事实上,任何三个长度单位相乘,就是一个体积单位。面积是两个长度单位相乘,所以如果我用面积乘以长度,我得到体积。因此,假设我想以我刚刚制作的某个古怪单位(英亩-英寸)来测量体积。

我们的长方体的体积是多少英亩-英寸?我可以从 \$6m^3\$ 开始,即 \$6 \cdot m \cdot m \cdot m\$。然后我可以将它乘以分子和分母相等但单位不同的分数。这些是等于 1 的分数,但乘以 1 不会改变数字。然而,它确实让我改变了单位。根据代数规则,分子中的任何一项都可以抵消分母中的相同项。所以不知何故,我需要在分母中得到三个 \$m\$,最后在分子中得到一个 \$in\$ 和一个 \$ac\$。

$$ \require{cancel} \frac{6 \cancel{mm} \cancel{m}}{1} \frac{1ac}{4046.86\cancel{m^2}} \frac{1in}{2.54\cancel{ cm}} \frac{100\cancel{cm}}{1\cancel{m}} \约 0.058ac \cdot in$$

六立方米等于 0.058 英亩-英寸。为什么我要以英亩英寸为单位测量体积?我不知道,但我可以。重点是,可以通过代数方式操作单位。

这产生了对单位含义的新见解。选择任何单位,比如watt,维基百科会告诉你:

$$ W = \frac{J}{s} = \frac{N\cdot m}{s} = \frac{kg\cdot m^2}{s^3} = V \cdot A $$

SI 单位的优雅之处在于所有单位的相关系数为 1,因此我们不必编写它。所以这就是说一瓦等于每秒一焦耳。或者,每秒一牛顿米。或者,每立方秒一公斤平方米。或者,一瓦特是一伏安。这些都是一样的。

看看单位如何与你已经知道的电学方程相关,比如功率 \$P\$ 是电压 \$E\$ 和电流 \$I\$ 的乘积:

$$ P = IE $$

知道电流可以用安培测量,电压用伏特测量,那么功率必须用伏安测量。嘿,根据维基百科,这是一瓦特:

$$ W = V\cdot A$$

所以:

$$ \frac{W}{V\cdot A} = 1 $$

假设您测量电压为\$10V\$,电流为\$10mA\$。然后:

$$ P = \frac{10\cancel{mA}}{1} \frac{10\cancel{V}}{1} \frac{\cancel{A}}{1000\cancel{mA}} \frac{ W}{\cancel{V}\cdot \cancel{A}} = 0.1W $$

以下是维度分析的更多示例:

说到电压,我们只说“安培”,而不是“安培数”。

你有一个误解。

安培测量电流。

伏特测量电位差。当您以伏特为单位进行测量时,电压是电位差的另一个词。

正如其他人所回答的那样,安培测量电子的流动,一个安培相当于每秒通过 1 库仑的电荷。

当电线中的电流发生变化时,以“每秒安培数”或 A/s 为单位测量变化率并不少见。

我读过伏特是与焦耳和库仑相关的势能的量度

伏特可以改写为瓦特/安培或焦耳/库仑。让我们看看第二种形式,焦耳每库仑。

这意味着如果空间某个点的电势保持在 1 V,则将 1 C 的电荷推到该位置需要 1 焦耳的能量。

或者将 1 C/s 移动到该位置需要 1 J/s;流入该位置的电流为每安培 1 瓦。