接線盒的體積幾何

電箱填充：每根電線都有一個體積

美國國家電氣規范（NEC 第 314.16 條）要求接線盒有足夠的內部體積來容納所有導體、設備、夾具和接地線。電箱過滿會導致熱量積累，使連接不可靠。

幾何很簡單：每個部件佔據規範定義的體積。 所有部件的總體積不得超過電箱容量。

體積配額（基於電箱中最大導體）：

- 每根載流導體：1 × 體積配額

- 所有內部電纜夾具的總和：1 × 體積配額

- 所有設備接地導體的總和：1 × 體積配額

- 每個設備（開關、插座）：2 × 體積配額

按線規的體積配額：

- 14 AWG：每根導體 2.00 in³

- 12 AWG：每根導體 2.25 in³

- 10 AWG：每根導體 2.50 in³

常見電箱體積：

- 單開位：18 in³

- 雙開位：34 in³

- 4" 正方形 × 1.5" 深：21 in³

- 4" 正方形 × 2.125" 深：30.3 in³

電箱填充計算是純粹的體積幾何：求和所需體積，與可用體積比較。如果所需 > 可用，使用更大的電箱。

電箱填充計算

接線盒包含：4 根 12 AWG 導體從一條電纜進入，4 根 12 AWG 導體從第二條電纜進入，內部電纜夾具，2 根設備接地導體，& 1 個單插座（設備）。所有導體都是 12 AWG（2.25 in³ 配額）。

幾何塑造場

電磁場遵循幾何規律

電場和磁場不是抽象的：它們具有由電荷和電流的物理排列決定的幾何形狀。

電場：點電荷產生向外輻射的場，沿著所有方向散開，按 1/r² 衰減（平方反比定律）。兩個平行板產生它們之間的均勻場：直線、平行的場線。導體的幾何塑造場。

直電線的磁場：載流電線在電線周圍產生形成同心圓的磁場。右手法則：將右手的大拇指指向電流方向環繞電線：您的手指按磁場方向捲曲。場強度按 1/r（距離的倒數）衰減。

螺線管（線圈）的磁場：將電線纏繞成螺旋，每轉的圓形磁場在線圈內部相互加強，形成幾乎均勻的直場：像棒磁鐵。在線圈外，場從一端彎曲到另一端。繞組的幾何集中並引導場。

變壓器利用共享幾何：兩個繞在同一鐵芯周圍的線圈共享它們的磁幾何。初級線圈中的電流在鐵芯中產生磁場；該變化的場在次級線圈中感應電壓。電壓比等於匝數比：V₂/V₁ = N₂/N₁。無電連接：通過共享磁場的純幾何耦合。

實際後果：電線路由很重要。傳輸高電流的平行電源導體會產生可能在附近信號電線中感應噪聲的磁場。解決方法是幾何上的：扭曲信號對（場相互抵消）或增加距離（場按 1/r 衰減）。

變壓器為什麼工作

變壓器的初級線圈有 100 匝，次級線圈有 500 匝，繞在同一鐵芯上。初級接收 120V 交流電。

電線路由中的幾何約束

電線路由：幾何遇見規范

通過建築物路由電線和管道是一個受物理和電氣規范約束的幾何問題。

水平和垂直只有：NEC 和標準實踐要求牆壁中的電線水平或垂直運行：從不對角。為什麼？為了讓未來的工人可以預測電線在哪裡。從接線盒運行的電線總是直上、直下或直側邊。對角線運行是對任何鑽進牆壁的人的隱形陷阱。

每個方向改變處的接線盒：每當管道運行的方向改變超過總共 360° 的彎曲時，您必須安裝拉線箱。電線不能被拉過太多彎曲：摩擦隨著每個彎曲呈幾何增長。

管道填充：NEC 第 344.22 條限制管道內可容納多少根電線。填充百分比基於截面積幾何：

- 1 根電線：管道截面積的 53%

- 2 根電線：管道截面積的 31%

- 3+ 根電線：管道截面積的 40%

為什麼是百分比，不是計數？ 因為電線截面是圓形，圓形在圓形管道內不完全堆積。圓形電線之間總是有浪費的空間。填充百分比考慮了這種幾何堆積低效率加上拉動電線時所需的空間，以防止損壞。

計算填充：比較總電線截面積與允許的填充面積。3/4" EMT 的內部面積為 0.533 in²。在 40% 填充（3+ 根電線），那是 0.213 in² 可用。每根 12 AWG THHN 電線的面積為 0.0133 in²。最大電線數 = 0.213 / 0.0133 = 16 根電線。

管道填充計算

您需要通過管道運行 10 根 10 AWG THHN 電線。每根 10 AWG THHN 電線的截面積為 0.0211 in²。您有兩個管道選項：1/2" EMT（內部面積 = 0.304 in²）或 3/4" EMT（內部面積 = 0.533 in²）。