上篇文章中，我們說(shuō)明了在交流電路中，電容和電感的電壓波形與電流波形，并說(shuō)明了「容抗」與「感抗」的公式。由于電容電感在交流電路中都會(huì)造成電壓與電流的相位差，因此最大的電壓與最大的電流并非同時(shí)發(fā)生，但我們?nèi)匀豢梢蕴子脢W姆定律來(lái)計(jì)算最大的電流。

這一回我們繼續(xù)來(lái)解釋阻抗的觀念，以及用來(lái)表達(dá)它的數(shù)學(xué)工具。

能量的流動(dòng)

上一回我們提到，在交流電路中，如果負(fù)載是電感或電容，電流與電壓之間會(huì)產(chǎn)生相位差。

以電容為例，如果一個(gè)交流電源的負(fù)載是電容器，那么電容器上的電流波形就會(huì)「超前」電壓波形，也就是在每一個(gè)交流電源的正弦周期中，電流都會(huì)比電壓先上升到最大值。

由于這是一個(gè)交流系統(tǒng)，它的電壓有正有負(fù)，電流方向也有正有負(fù)。如果負(fù)載是一個(gè)電阻，就如我們上一回的第一個(gè)例子，它在電阻上面建立的電壓和電流是沒有時(shí)間差的。電壓是正的，電流也就是正的；電壓是負(fù)的，電流也就是負(fù)的。

但如果負(fù)載是電容或電感的時(shí)候，負(fù)載上的電流和電感就會(huì)有時(shí)間差了。這個(gè)時(shí)間差會(huì)導(dǎo)致電壓和電流的正負(fù)號(hào)并非時(shí)時(shí)都一致。

以上面那圖為例，我們可以把電容上的電壓波形和電流波形的符號(hào)畫出來(lái)：

可以發(fā)現(xiàn)，因?yàn)閮烧叨紩?huì)在正負(fù)之間變換，而且變換的周期有時(shí)間差，所以會(huì)有電壓正/電流正、電壓正/電流負(fù)、電壓負(fù)/電流正、以及電壓負(fù)/電流這四個(gè)不同的組合。

根據(jù)功率的定義，功率是電壓乘上電流：P = I * V。

我們把上面那張圖的藍(lán)色電壓曲線和紅色電流曲線逐點(diǎn)相乘，就可以得到功率的曲線：

功率和電壓、電流一樣，也有正負(fù)號(hào)，因此乘出來(lái)的曲線也有正有負(fù)。當(dāng)電壓和電流的符號(hào)相同時(shí)，功率為正。當(dāng)電壓和電流的符號(hào)不同時(shí)，功率為負(fù)。

有趣的事來(lái)了。功率的符號(hào)代表的是能量流動(dòng)的方向。如果我們定義功率為正時(shí)，是能量流入電容器，那么當(dāng)功率為負(fù)時(shí)，就是能量從電容器流出。流出？流到哪里去？流回電源。

就算不用微積分認(rèn)真算，其實(shí)從功率的曲線我們也可以看出來(lái)，功率為正的面積應(yīng)該等于功率為負(fù)的面積；換句話說(shuō)，這些從電源流入電容器的能量，在下一個(gè)周期又從電容流回電源。

換句話說(shuō)，如果我們?cè)诮涣麟娫瓷厦娼右粋€(gè)電容器當(dāng)負(fù)載，其實(shí)它不會(huì)消耗能量，它會(huì)儲(chǔ)存能量一小段時(shí)間之后，再把能量送回電源去，周而復(fù)始。

聰明的讀者此時(shí)可能也想到了，在交流電源上面接電感當(dāng)負(fù)載，也會(huì)是類似的狀況。對(duì)，電感一樣會(huì)造成電流和電壓有時(shí)間差，但不同的是，電感上的電流會(huì)落后于電壓，剛好跟電容相反。

我們一樣可以把電感上的功率曲線畫出來(lái)，得到類似的結(jié)果。

因此這里有一個(gè)很重要的結(jié)論：純電感或純電容性的負(fù)載，在交流電源之下是不消耗功率的。

阻抗的符號(hào)系統(tǒng)

由于電容和電感在交流電路中會(huì)造成電流和電壓的相位差，而且它們?cè)斐傻男?yīng)剛好相反：一個(gè)會(huì)讓電壓落后電流，另一個(gè)則會(huì)讓電流落后電壓，因此兩者的效應(yīng)是可以互相抵消的。換句話說(shuō)，如果我們串聯(lián)電感與電容在交流電路上，兩者的效應(yīng)可以互相消長(zhǎng)，至于誰(shuí)消誰(shuí)長(zhǎng)，就要用一個(gè)比較復(fù)雜的符號(hào)系統(tǒng)來(lái)計(jì)算了。

我們上周說(shuō)過(guò)，電容容抗的公式是：XC= 1 / 2

編輯：黃飛