3.电气度量单位

2025-09-06 直流电

电气度量单位

Electrical Units of Measure

电气度量单位用于在单位过小或过大时，通过附加前缀来表示标准电气单位。

用于表示电压、电流和电阻的标准电气度量单位分别是伏特 \mathrm{V}、安培 \mathrm{A} 和欧姆 \mathrm{\Omega}。

这些电气度量单位基于国际单位制（SI 制），其他常用电气单位均由 SI 基本单位导出。

有时在电气或电子电路及系统中，需要使用这些标准电气度量单位的倍数或分数（子倍数），以便在测量非常大或非常小的量时更为便捷。

下表列出了在电气计算公式和元件取值中常用的一些标准电气度量单位及其前缀。

Standard Electrical Units of Measure


电气参数	测量单位	符号	描述
电压	伏特（Volt）	\mathrm{V} 或 E	电势的度量单位。 V = I \times R
电流	安培（Ampere）	\mathrm{A}	电流的度量单位。 I = \frac{V}{R}
电阻	欧姆（Ohm）	\Omega	直流电阻的度量单位。 R = \frac{V}{I}
电导	西门子（Siemens）	G 或 \mho	电阻的倒数。 G = \frac{1}{R}
电容	法拉（Farad）	C	电容的度量单位。 C = \frac{Q}{V}
电荷	库仑（Coulomb）	Q	电荷的度量单位。 Q = C \times V
电感	亨利（Henry）	L 或 H	电感的度量单位。 V_{L} = -L \frac{d i}{d t}
功率	瓦特（Watt）	\mathrm{W}	功率的度量单位。 P = V \times I\quad\text{或}\quad I^{2}\times R
阻抗	欧姆（Ohm）	\Omega	交流电路等效阻抗的度量单位。 Z^{2} = R^{2} + X^{2}
频率	赫兹（Hertz）	\mathrm{Hz}	频率的度量单位。 f = \frac{1}{T}

在电气和电子工程中，标准电气单位的最大值和最小值之间可能差距很大。例如，电阻可以低于 0.01 Ω，也可以高于 1 000 000 Ω。通过使用标准单位的倍数或分数，可以避免写出过多的零来表示小数点位置。下表列出了这些倍数和分数的名称、缩写及其数量级。

在电气和电子工程中，标准电气单位的最大值与最小值之间差距极大。例如，电阻可能小于 0.01\\Omega，也可能大于 1\000\000\\Omega。通过使用标准单位的倍数或子倍数，我们可以避免书写过多的零来定位小数点。以下示例演示了电阻、电流和电压等量的常见表示方法：

1\\mathrm{kV} = 1 千伏（kilo-volt）——等于 1\000 伏特。
1\\mathrm{mA} = 1 毫安（milli-amp）——等于千分之一 \bigl(\tfrac{1}{1\000}\bigr) 安培。
47\\mathrm{k\Omega} = 47 千欧（kilo-ohm）——等于 47\000 欧姆。
100\\mu\mathrm{F} = 100 微法拉（micro-farad）——等于百万分之一 \bigl(\tfrac{100}{1\000\000}\bigr) 法拉。
1\\mathrm{kW} = 1 千瓦（kilo-watt）——等于 1\000 瓦特。
1\\mathrm{MHz} = 1 兆赫（mega-hertz）——等于一百万 \bigl(1\000\000\bigr) 赫兹。

要将一种前缀的量转换为另一种前缀的量，应当乘以或除以两者之间的倍率差。例如，将 1\\mathrm{MHz} 转换为 \mathrm{kHz}：由于

1\\mathrm{MHz} = 1\000\000\\mathrm{Hz},\quad 1\\mathrm{kHz} = 1\000\\mathrm{Hz},

可见 1\\mathrm{MHz} 比 1\\mathrm{kHz} 大 1\000 倍。因此，

1\\mathrm{MHz} = 1\\mathrm{MHz}\times\frac{1\000\\mathrm{Hz}}{1\\mathrm{kHz}} = 1\000\\mathrm{kHz}.

反之，若要将 \mathrm{kHz} 转换为 \mathrm{MHz}，则需除以 1,000。更简便的方法是根据需要移动小数点，将其向右移动表示乘法，向左移动表示除法。

Wh（瓦时） 表示一段时间内电路消耗的电能。例如，一个耗电 100\\mathrm{W} 的灯泡工作 1\\mathrm{h}，消耗 100\\mathrm{Wh}。常见形式有：
\mathrm{kWh} = 1\000\\mathrm{Wh},\quad \mathrm{MWh} = 1\000\000\\mathrm{Wh}.
dB（分贝） 分贝是 Bel（符号 B）的十分之一，用于表示电压、电流或功率的增益或衰减。它是一个对数单位，常用于放大器、音频电路或扬声器系统中输入与输出之比。
\mathrm{dB} = 20\log_{10}\\bigl(\tfrac{V_{\mathrm{out}}}{V_{\mathrm{in}}}\bigr).
正值（如 +20\\mathrm{dB}）表示增益，负值（如 -20\\mathrm{dB}）表示衰减；当输入等于输出时，为 0\\mathrm{dB}。
\theta（相位角）表示同一周期内电压波形与电流波形之间的时差（以度或弧度为单位）。根据电路元件的不同，可表现为“超前”或“滞后”。
\omega（角频率）在交流电路中用于描述相量关系的旋转单位，定义为
ω=2πf,\omega = 2\pi f,
单位为 \mathrm{rad/s}。一个周期对应 360^\circ 或 2\pi 弧度。
\tau（时间常数）对于一阶线性系统（如含阻抗的电路），时间常数 \tau 定义为系统响应阶跃输入时，输出达到最大或最小值的 63.7% 所需的时间，用于衡量系统的动态响应速度。

在下一教程中，我们将介绍直流电路理论中的基尔霍夫定律（Kirchhoff’s Circuit Law），它与欧姆定律一起，可用于分析复杂电路中的电压和电流分布。

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