馬達小教室:電壓 ( I )

2022/06/30閱讀時間約 2 分鐘
本文將以馬達的觀點來介紹電壓(Voltage,V)。
筆者對於電壓這名詞,總覺得不夠直觀,無法讓人從名稱上就直接認識並理解電壓是個什麼情況;其實電壓也有另一個更直覺的說法稱為,電位差。
電位差一聽到就能了解,是兩個位置的電有差異,就是電壓的真實涵義;而當兩位置有差異時,就可以用移動的能量來定義,嚴格來說就是一庫侖電荷從A點移動到B點所需要的能量,其單位為伏特(V)。當然後續會延伸很多的細節,包括正電,負電,接地,直流電及交流電等等,但當兩位置間的電有差異時,就用電壓去描述這狀態。這裡也可以注意一件事,電壓描述的更像是狀態,只是用移動的能量去描述,而不是真正的能量移動;以口語的說法,電壓類似在描述一座山有多高,如此單純而已,而非真的花了體力爬山。所以真正會電人的,永遠是電流,不要搞錯對象。高壓電塔只是告訴我們,這是一座高山,萬一掉下來,肯定很嚴重;而低壓電,就跟從床上掉下來一樣,沒那麼痛。而之所以沒採用電位差,可能是用到三個字,比較繞口。
由於電壓是在描述兩位置的電差異,因此在面對著3萬伏特的高壓電塔時,皮卡丘帶著百萬伏特,那被電的肯定是高壓電塔,他們之間的電壓值是97萬伏特。另一個有趣的概念是當在山上遇到熊時,只要跑到比同伴快就可以;在遇到電的情況也是,假設10V的電,同時電到兩個人,A君本身的電位為10V,B君的接地良好電位為0,這時90%的電流會往B君走。當然細節要考慮的還很多,但概念就是電壓只是一個狀態的比較值,而非絕對值。
比較值
筆者本身是機械系出身的,因此也會考慮是否有同等的名詞或是定義可以互相比對。事實上還真有,在電能的系統中最主要的能量型態分別為電壓及電流,而在機械系統中,則可用位能及動能來描述所有的狀態;位能這名詞可能也是讓筆者覺得電位差更順耳的原因之一。
順便解釋一下位能的概念,當初上課聽到時的印象非常深刻,故事是這樣說的。當您千辛萬苦的爬到頂樓後,往外一跳時,為什麼會往下掉?這答案明明應該算是牛頓的萬有引力該背的鍋,沒想到老師告知,這就是位能阿!當我爬樓梯往上走時,就是一種用動能轉換成位能的型態,當我爬得越高,位能就累積的越大。當我往外一跳時,就是位能的釋放,轉為向下的動能。
位能與動能
後來知道這解釋不算完全,但確實好記,對於入門的初學者來說,也夠用了。
因此電壓就可對比於位能,電流就是動能;口語的描述就會變成,爬的越高,摔的越痛,電壓越高也電的越痛。
重點整理:
電壓只是在描述一種狀態的比較值。
高壓電真的要小心。
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