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電阻的大小|從水管到濾掛式咖啡

談到電的基礎知識,最開始就會出現兩個基本名詞:電壓、電流。英文分別為電壓(Voltage)、電流(Current)。電壓就是水壓高的地方,水在高處。電流就是水流。水流會從水位高的地方往低的地方流,意思就是電流會從電壓(電位)高的地方往低的地方流。接下來,會提到一個阻擋水流流動的概念,也就是電阻(Resistor)。中學的時候,我們學到關於電的知識,會用水來比喻。比方說,電壓=水壓,水位高低造成的壓力差異。電流=水流流速,電阻=水管的孔徑大小。當然這是一個很基礎的比喻,其實也算正確的譬喻法。一直到很後來,我才發現這樣的比喻,我好像有個疑問。

現在來了,電阻為什麼會類似於水管孔徑的大小?啊!原來以前學過,如果水管比較細,水流量就會比較少;反之,如果水管粗,水流量就會比較多。所以,當電阻值大的時候,代表阻力比較大,也就是水流受阻,流量較小,是小水管。如果電阻值小,代表水流量大,是較粗的水管的概念。

對於一個完全不懂電機的人來說,這樣的比喻好像會讓人以為,電阻值小的話,電阻比較大顆,因為水管比較大。電阻值大的話,電阻就比較小顆。是這樣嗎?當然不是!同樣大小的電阻,數值可以從很小做到很大。這樣水管大小的比喻不就怪怪的嗎?
某一天,在沖泡咖啡的時候,我忽然想到一個更確切的比喻。

有聽過虹吸式咖啡嗎?在很多精品咖啡領域,虹吸式咖啡是常常用來沖泡咖啡的工具。中間要放一層濾網,過濾咖啡渣,讓咖啡流入下方圓形的容器中。

虹吸式沖泡的濾紙部位

濾網或濾紙,我覺得更適合說明電阻值。電阻值越大,代表濾網編織的密度越高,水流越難、越慢通過。而電阻值越小,代表濾網的孔洞很大,水流越快、越容易通過。其實跟厚度、大小都沒什麼關係,電阻也不用變大顆或小顆。

電阻的基礎知識

說了這麼多,就是想表達電阻的大小和電阻值的大小是不完全相干的。最後,我們再來回顧一下從國中就有的電阻的公式:

R=V/I

其中,R為電阻值,V為電壓,I為電流。電阻值的單位是歐姆(Ω, Ohm)。
除了這些,用英文的定義也不一樣,電阻本體是Resistor,電阻值是Resistance。電阻雖然是電學最基本的概念,但可能也是最廣泛使用的一個。而且你知道嗎?量電阻值是有專門產業的,請可以參考延伸閱讀!

延伸閱讀1:運用R=V/I賺大錢 – 淺談電阻計

電阻的樣態

看了以上,我們知道電阻的大小,並不影響電阻值的大小。所以電阻有各種類型,貼片式的像是下圖左,而插件式的如下圖右,也是一開始入門電機常常看到可以插在麵包板上的電阻。

20210713 Ver 1.2 新增電阻的樣態一段
20200817 Ver 1.1 新增電阻公式
20191012 Ver 1.0