创意电子学小知识：功率

背景知识：瓦特

目前为止，我还没有提及大家都很熟悉的一个单位：瓦特。

瓦特是功率的单位，在一段时间内一直有功率消耗，该功率就做了功。工程师可能会说，功是人、动物或机器推动某物克服机械阻力而做出的。比如车在平直路面上行驶（克服摩擦和空气阻力），还有人上楼（克服重力）。
1 瓦特的功率 1 秒钟做的功是 1 焦耳（通常用字母 J 表示）。如果用字母 P 表示功率，则：
J = P × s J = P × s J=P×s
也可以把公式倒过来写：
P = J s P = \frac{J}{s} P=sJ
电子穿过电路时，要克服一种阻力，因此这也是在做功。
瓦特的电学定义很简单：
瓦特 = 伏特 × 安培瓦特 = 伏特 \times 安培瓦特=伏特×安培
以惯用的指定单位 W 代表瓦特，以下三个公式都代表同样的含义：
W = V × I W = V × I W=V×I

V = W I V = \frac{W}{I} V=IW

I = W V I = \frac{W}{V} I=VW

毫瓦（mW）、千瓦（kW）和兆瓦（MW）三个单位通常在不同的情况下使用——兆瓦通常用于重型设备，例如发电站的发电机。注意，不要将毫瓦的简写 mW 中的小写 m 与兆瓦的简写 MW 中的大写 M 相混淆。毫瓦、瓦特和千瓦之间的转换关系表如图 1-62 所示。

老式的白炽灯泡功率用瓦特标记，立体音响系统的功率也用瓦特标记。瓦特得名于蒸汽机的发明者詹姆斯 • 瓦特（James Watt）。顺便说一句，瓦特可以与马力互相转化。电阻的额定功率通常为 1/4 W、1/2 W、1 W 以及更高。这里所有的实验，你都可以使用 1/4 W 的电阻器。我是怎么知道的呢？
回到第一个 LED 电路，使用 9 V 电池供电。你需要电阻在 20 mA 的电流下把电压降低 7 V。那么，电阻的功率会是多少瓦特？
写下已知量：
V = 7 V（电阻两端的电势差）
I = 20 mA = 0.02 A
求 W，使用此形式的公式：
W = V × I W = V × I W=V×I
代入数据：
W = 7 × 0.02 = 0.14 W
这就是电阻器消耗的功率。
因为 1/4 W 就是 0.25 W，所以额定功率 1/4 W 的电阻在 0.14 W 功率下工作没有问题。实际上，用 1/8 W 的电阻也差不多，但是在将来的实验中，我们会用到能在 1/4 W 功率下工作的电阻，而且使用额定功率高一些的电阻也不是什么错误，它们只是稍微贵一点、大一点罢了。

背景知识：瓦特数（功率）的来源

詹姆斯 • 瓦特对蒸汽机的改进开启了工业革命。他死后，为表示尊敬，人们把他的名字作为电学中功率的基本单位

詹姆斯 • 瓦特（肖像见图 1-63），1736 年出生于苏格兰，蒸汽机的发明者。他在格拉斯哥大学建立了一家小车间。他在车间里努力完善蒸汽驱动汽缸活塞的高效率设计。由于的经济问题以及当时落后的金属加工技术，瓦特的设计到 1776 年才付诸实际应用。
尽管获取专利有一些困难（在那个时代，专利只能通过议会的法案授予），但瓦特和他的商业伙伴最终还是通过发明获利良多。虽然瓦特在世的年代比电学先驱们还要早，但是在 1889 年（他去世 70 年之后），他的名字成为了电功率的基本单位，可以用安培乘以伏特来定义。