2007-11-18

110V 的缺點

台灣,跟美國一樣,用110V的單相電。意思是,一般家電(燈、電視機、微波爐等)需要110V的供應電壓。所以,家裡大部分的電器用品需要110V。不一定每一個國家會這麼做。日本只有100V,歐洲用230V。

選一個國家的標準電壓不是一個簡單的決定,但這不是說這個決定一定是對的。我們環境在改變,所以也許影響這種決定的因素也會改變。

台灣人已經一段時間討論是不是真的需要第四個核子發電所。有人當然說是,供電不足。但是多少電被浪費掉?我不知道數字(而我懷疑有人知道),但是只要展開眼睛,天天就可以看到浪費電的現象。我想提到一個不太明確的。


有修過物理學的人應該還記得這種回路:一個電源,一個電阻。電阻代表一個用電裝置。上課的時候,老師可能給電壓跟電流,然後要問電阻。或者。進一步,他會給電壓跟功率,然後問電阻。修過物理學的人應該還記得R=U/I跟P=U*I。


不過,你有沒有看過這個回路?突然有另一個電阻。它有什麼作用呢?它代表電源跟R1之間的電線。每一條電線,每一個連接器有它的阻值。這個阻值雖然會很小,但是它在。你只要試用一下幾條不同電線當喇叭線,你就會發現不同線可能導致不同聲音大小 ── 因為有不同阻值。

所以,如果我們要聽音樂,我們最好要準備好一點的喇叭線。但是這跟110V有什麼關系呢?而且,跟浪費電也有什麼關系?抱歉,我們可能要計算一點。這是比較簡單的計算,為了了解原理。

我們想象一下四個電器:55W的燈泡、110W的烙鐵、1100W的烤箱跟2200W的冷氣器。我們先看一下在110V它們吃的電流會多高:

電器 功率 電流
燈泡 55W 0.5A
烙鐵 110W 1A
烤箱 1100W 10A
冷氣 2200W 20A

區別相當大,但是功率也是我們只要吧P=U*I改成I=P/U,很快就算得出來。那如果這些電器都用220V呢?

電器 功率 電流
燈泡 55W 0.25A
烙鐵 110W 0.5A
烤箱 1100W 5A
冷氣 2200W 10A

電壓變成兩倍,電流變成一半,很正常。不過,我們還有那一顆R2的電阻。它會有什麼影響呢?如果電流過一個電阻電壓會有落差。但是電壓會落多少呢?這裡我們要看阻值跟電流:R=U/I -> U=R*I。但是什麼電流?我們電器(R1)吃的電流……

1Ω聽起來不是一個很高的阻值,但是我們的電線跟連接器的阻值最好不要達到1Ω。我們看一下,在110V,如果我們用1Ω阻值的電線,那個電線造成什麼落差:

電器 功率 電流 落差
燈泡 55W 0.5A 0.5V
烙鐵 110W 1A 1V
烤箱 1100W 10A 10V
冷氣 2200W 20A 20V

正常,對不對?如果U=R*I,而阻值是1Ω,那電壓落差跟電流一樣。好吧,那如果我們真的有拿到一條2Ω阻值的電線,落差也變成兩倍:

電器 功率 電流 落差
燈泡 55W 0.5A 1V
烙鐵 110W 1A 2V
烤箱 1100W 10A 20V
冷氣 2200W 20A 40V

不過,為什麼我們要談這種電壓落差。有落差又會怎樣呢?這裡發生兩件事:第一,我們的電器(R1)現在缺一點電壓,所以它已經沒有辦法提供完整的功率。如果我們用1Ω的電線,實在的功率變成這樣:

電器 理論功率 電流 落差 實際功率
燈泡 55W 0.5A 0.5V 54.75W
烙鐵 110W 1A 1V 109W
烤箱 1100W 10A 10V 1000W
冷氣 2200W 20A 20V 1800W

而如果用2Ω的電線,我們得到這些功率:

電器 理論功率 電流 落差 實際功率
燈泡 55W 0.5A 1V 54.5W
烙鐵 110W 1A 2V 108W
烤箱 1100W 10A 20V 900W
冷氣 2200W 20A 40V 1400W

這已經有點恐怖,是不是?為什麼烤箱跟冷氣的數值會差那麼多?很簡單:我們有用U=R*I算落差。我們用P=U*I算功率。我們可以用第一個方程取代第二個方程的電壓:P=R*I*I=R*I^2。功率跟阻值沒有線性的關系,我們這裡得到平方數!

這表示,對功率越高的電器影響越大。不過,不只是我們的電器缺功率。它缺的部分不會“不見”,這個缺少變成溫暖,在R2(我們電線)的地方。為什麼一條延長線如果接電燈沒有變化,但是接烤箱或電磁爐它就會變“溫暖”?(還是溫暖已經變成燙?)原因就在這裡。

那,考慮一下,如果這個功率現在不是在一條延長線的長度變成溫暖,而只在一個點要燒一整個功率?你有沒有聽過電器造成火災?不一定都是電器的“錯”,很可能是電線 ── 或者連接器的問題。

在台灣常可以聽到一個建議:功率較高的電器如果不使用,最好要拔掉電線。如果你喜歡火災,你就要按照這個建議。如果我的烤箱沒有開,它不會吃任何電。但是,如果我常拔掉電線,插座裡面的彈片會慢慢變弱,變鬆。接觸會越來越不好,而接觸不良的話,阻值會變高。恭喜……

那麼,為什麼我會說這些是110V的缺點?220V會好一點嗎?我們看看1Ω的阻值:

電器 理論功率 電流 落差 實際功率
燈泡 55W 0.25A 0.25V 54.93W
烙鐵 110W 0.5A 0.5V 109.75W
烤箱 1100W 5A 5V 1075W
冷氣 2200W 10A 10V 2100W

而如果用2Ω的電線:

電器 理論功率 電流 落差 實際功率
燈泡 55W 0.25A 0.5V 54.875W
烙鐵 110W 0.5A 1V 109.5W
烤箱 1100W 5A 10V 1050W
冷氣 2200W 10A 20V 2000W

我們當然還是有同樣的問題,但是它影響小多了。為什麼?因為在220V,跟110V比起來我們只需要一半的電流。而落差功率是P=R*I^2…… 所以,如果從110V升級到220V,可以減少一些問題。

現在應該有人說“但是,我們的冷氣平常用220V!”沒錯,台灣供應給居民的三相電是220V,跟歐洲的單相電壓一樣。(OK, 歐洲用230V。)歐洲的三相電是400V……

一般居民沒有辦法自己改電壓,國家才行。所以,一般居民可以做什麼呢?如果要賣電力較高的電器,最好要找可用220V的。在電力較高的電器一定要用相當好的線材跟連接器。而且,最好不要把供電線常拔掉。另外也可以煩政府,叫他門把標準電壓從110V升級到220V……

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