欧姆定律是电工电子技术中的基本定律,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。
部分电路欧姆定律的内容: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
或
。
为了让大家更好地理解欧姆定律,下面给出欧姆定律的几种形式,如图1-12所示。
图1-12 欧姆定律的几种形式
在图1-12(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1-12(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 = I · R =(2×5)V=10V。
在图1-12(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: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
全电路欧姆定律的应用如图1-13所示。
图1-13 全电路欧姆定律的应用
在图1-13中,虚线框内为电源,
表示电源的内阻。在开关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
I
,即
;电源输出电压
U
(电阻
R
两端的电压),即
U
=
IR
=(1×10)V=10V;内阻
两端的电压
,即
。如果将开关S断开,电路中的电流
I
为0,那么内阻
上消耗的电压
为0,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。
• 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,电源两端电压与电动势相等。
• 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,从而使电源的输出电压减小。内阻越大,内阻消耗的电压越大,电源的输出电压越小。
• 在电源内阻不变的情况下,外阻越小,则电路中的电流越大、内阻消耗的电压越大、电源的输出电压越小。
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。