欧姆定律是电工电子技术中最基本的定律,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。
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 呈正比,与导体的电阻 R 呈反比, 即
也可以表示为 U = IR 或 。
欧姆定律的几种形式如图1-11所示。
图1-11 欧姆定律的几种形式
在图1-11(a)中,已知电阻 R =10Ω,电阻两端电压 ,那么流过电阻的电流 。
在图1-11(b)中,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 = IR =(2×5)V=10V。
在图1-11(c)中,流过电阻的电流 I =2A,电阻两端的电压 ,那么电阻的大小 。
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、外电阻之和呈反比, 即
全电路欧姆定律应用如图1-12所示。
图1-12 全电路欧姆定律应用
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(电阻 R 两端的电压) U = IR =(1×10) V=10V,内阻 R 0 两端的电压 U 0 = IR 0 =(1×2) V=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,不管电源内阻多大,内阻消耗的电压始终为0V,电源两端的电压与电动势相等。
② 当电源与负载构成闭合电路后,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,外阻越小,电路中的电流越大,内阻消耗的电压也越大,电源输出电压也会越低。
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,除输出电流很小外,电池的输出电压也会急剧下降,这是旧电池内阻变大的缘故;又如,将电源正、负极直接短接时,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。