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1.2 欧姆定律

欧姆定律是电工电子技术中的一个最基本的定律,它反映了电路中电阻、电流和电压之间的关系。欧姆定律分为部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律。

1.2.1 部分电路欧姆定律

部分电路欧姆定律内容是:在电路中,流过导体的电流 I 的大小与导体两端的电压 U 成正比,与导体的电阻 R 成反比 ,即

也可以表示为 U = IR

为了让大家更好地理解欧姆定律,下面以图1-12为例来说明。

图1-12 欧姆定律的几种形式

如图1-12(a)所示,已知电阻 R =10Ω,电阻两端电压 U AB =5V,那么流过电阻的电流

如图1-12(b)所示,已知电阻 R =5Ω,流过电阻的电流 I =2A,那么电阻两端的电压 U AB = I · R =(2×5)V=10V。

在图1-12(c)所示,流过电阻的电流 I =2A,电阻两端的电压 U AB =12V,那么电阻的大小

下面再来说明欧姆定律在实际电路中的应用,如图1-13所示。

图1-13 部分电路欧姆定律应用说明图

在图1-13所示电路中,电源的电动势 E =12V,A、D之间的电压 U AD 与电动势 E 相等,三个电阻 R 1 R 2 R 3 串接起来,可以相当于一个电阻 R R = R 1 + R 2 + R 3 =(2+7+3)Ω=12Ω。知道了电阻的大小和电阻器两端的电压,就可以求出流过电阻器的电流 I

求出了流过 R 1 R 2 R 3 的电流 I ,并且它们的电阻大小已知,就可以求 R 1 R 2 R 3 两端的电压 U R1 U R1 实际就是A、B两点之间的电压 U AB )、 U R2 (实际就是 U BC )和 U R3 (实际就是 U CD ),即

从上面可以看出 U R1 + U R2 + U R3 = U AB + U BC + U CD = U AD =12V

在图1-13所示电路中如何求B点电压呢?首先要明白, 求某点电压指的就是求该点与地之间的电压 ,所以B点电压 U B 实际就是电压 U BD 。求 U B 有以下两种方法。

方法一 U B = U BD = U BC + U CD = U R2 + U R3 =(7+3)V=10V

方法二 U B = U BD = U AD - U AB = U AD - U R1 =(12-2)V=10V

1.2.2 全电路欧姆定律

全电路是指含有电源和负载的闭合回路。 全电路欧姆定律又称闭合电路欧姆定律,其内容是:闭合电路中的电流与电源的电动势成正比,与电路的内、外电阻之和成反比 ,即

全电路欧姆定律应用如图1-14所示。

图1-14 全电路欧姆定律应用说明图

图1-14中点画线框内为电源, R 0 表示电源的内阻, E 表示电源的电动势。当开关S闭合后,电路中有电流 I 流过,根据全电路欧姆定律可求得

电源输出电压(也即电阻 R 两端的电压) U = IR =1×10V=10V,内阻 R 0 两端的电压 U 0 = IR 0 =1×2V=2V。如果将开关S断开,电路中的电流 I =0A,那么内阻 R 0 上消耗的电压 U 0 =0V,电源输出电压 U 与电源电动势相等,即 U = E =12V。

根据全电路欧姆定律不难看出以下几点。

① 在电源未接负载时,不管电源内阻有多大,内阻消耗的电压始终为0V,电源两端电压与电动势相等。

② 当电源与负载构成闭合电路后,由于有电流流过内阻,内阻会消耗电压,从而使电源输出电压降低。内阻越大,内阻消耗的电压越大,电源输出电压越低。

③ 在电源内阻不变的情况下,如果外阻越小,电路中的电流越大,内阻消耗的电压也越大,电源输出电压也会降低。

由于正常电源的内阻很小,内阻消耗的电压很低,故一般情况下可认为电源的输出电压与电源电动势相等。

利用全电路欧姆定律可以解释很多现象。比如用仪表测得旧电池两端电压与正常电压相同,但将旧电池与电路连接后除了输出电流很小外,电池的输出电压也会急剧下降,这是因为旧电池内阻变大的缘故;又如将电源正、负极直接短路时,电源会发热甚至烧坏,这是因为短路时流过电源内阻的电流很大,内阻消耗的电压与电源电动势相等,大量的电能在电源内阻上消耗并转换成热能,故电源会发热。 lleMiERnXzDeTRSXgPPMWrZSxpCUj7RgFpBtTxoq39a49uR/VwgMeSJmXc/Klv41

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