如何计算电阻两端的电压

2024-09-02 13:14:49 生活经验 admin

部分 1了解电路

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我们可以用类比来形容电流,想象自己将玉米粒倒入碗中。每颗玉米粒都是一个电子,倒入碗中的玉米粒就是电流。Serway, R.A. and John W. Jewett, Jr., Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics.8th edition.California:Brooks/Cole.2010.Ebook衡量玉米粒时,你可以用每秒流过的玉米粒数量来描述。而谈到电流时,你会使用“安培”(安)或每秒流过的电子数量来衡量,后者是一个很大的数字。

  • 2

    电子带有“负”电荷。这意味着它们会受带正电荷的物体的吸引,并且会受带负电荷的物体的排斥,从而流向前者,远离后者。由于它们携带的都是负电荷,所以电子之间会互相排斥,尽其所能地分散开来。

  • 3

    电压衡量的是两点之间的电荷差。电荷差越大,两边之间的吸引力就越大。以日常使用的电池为例:

    • 电池内部会产生化学反应,令电子聚集。电子会在负端聚集,而正端几乎不含任何电子(电池的负端和正端被称为负极和正极)。这一过程持续的时间越长,两极之间的电压就越大。
    • 当你用电线连接正负极时,负极的电子突然得到释放。它们会飞速朝正极移动,从而形成电流。电压越大,每秒流向正极的电子就越多。

  • 4

    顾名思义,电阻值越大,电子就越难通过。每秒通过的电子数量会因为电阻值而变少,因此电阻值会减慢电流。

    • 电阻是增大电路电阻值的物品。你可以在电子用品商店买到真正的“电阻”,但在电路问题中,电阻指的可能是一个灯泡,或任何其他具有电阻值的东西。

  • 5

    电流、电压和电阻之间的关系非常简单。在解电路问题时你会经常用到这种关系,所以你应该记录下来或背下来:

    • 电流 = 电压除以电阻
    • 通常写作:I = V / R
    • 思考一下,如果增加电压V或电阻R,会发生什么?这与你在上文中学到的知识相吻合吗?

  • 部分 2计算串联电路中电阻两端的电压

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    串联电路很好分辨,它就是一圈电线,上面的所有物品都排成一行。电流流过整个环状电路,依次通过各个电阻或元件。

    • 电路上各点的电流始终相等。
    • 计算电压时,电阻在电路中的位置并不重要。你可以取下电阻,在电路上随意移动,这样做不会改变电压。
    • 我们以拥有R1、R2和R3这三个串联电阻的电路为例。电路由12伏的电池供能。我们要计算每个电阻两端的电压。

  • 2

    将电路上所有电阻的阻值相加,它们的和就是串联电路的总阻值。

    • 例如,R1、R2和R3三个电阻的阻值分别为 2 Ω(欧)、3 Ω和5 Ω。总阻值为2 + 3 + 5 = 10欧。

  • 3

    使用欧姆定律计算整个电路的电流。记住,串联电路上任意位置的电流值都是相等的。我们之后的所有计算都要用到通过此方法算出的电流值。

    • 根据欧姆定律,电流I = V / R。整个电路的电压是12伏,而总阻值为10欧姆。因此,电流I = 12 / 10 = 1.2安。

  • 4

    使用基本的代数知识,我们可以推导出欧姆定律的变形公式,来计算电压,而不是电流:

    • I = V / R
    • IR = VR / R
    • IR = V
    • V = IR

  • 5

    我们知道电阻值、电流,还有公式。将数字代入公式求解。以下是例题中所有三个电阻两端电压的计算过程:

    • R1两端的电压 = V1 = (1.2A)(2Ω) = 2.4伏。
    • R2两端的电压 = V2 = (1.2A)(3Ω) = 3.6伏。
    • R3两端的电压 = V3 = (1.2A)(5Ω) = 6.0伏。

  • 6

    在串联电路中,你的所有答案之和应该等于总电压。将计算所得的所有电压相加,看是否等于整个电路的电压。如果不等于,请回头去检查错误。

    • 本例中,2.4 + 3.6 + 6.0 = 12伏,等于整个电路的电压。
    • 如果你的答案略微偏小,例如等于11.97,而不是等于12,可能是因为你在计算过程中四舍五入产生的误差。你的答案仍然正确。
    • 记住,电压衡量的是电荷或电子数的差异。想象一下,你沿着整条电路数自己看到的新电子数量。如果计数正确,最终得到的应该是从开始到结束的总电子数变化

  • 部分 3计算并联电路中电阻两端的电压

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    想象一根电线从电池的一极出发,然后分成两根独立的电线。这两根电线彼此平行,然后在到达电池另一极前重新合到一起。如果左边的电线上有一个电阻,右边的电线上也有一个电阻,那么这两个电阻就处于“并联”状态。

    • 并联电路中可以有任意数量的电线。以上说明同样适用于分成100根电线,然后重新合到一起的电路。

  • 2

    在并联电路中,电流会流过每一条可以通行的道路。电流会从左边的电线流过,穿过左边的电阻,然后到达另一极。与此同时,电流也会从右边的电线流过,穿过右边的电阻,然后到达另一极。所有电流都不会折回,也不会流过两个并联电阻。

  • 3

    如果你知道整条电路的电压,那么答案会出人意料的简单。每根并联电线的电压都等于整条电路的电压。假设电路有两个并联电阻,由6伏的电池供能。左边电阻两端的电压等于6伏,而右边电阻两端的电压也等于6伏。无论阻值等于多少,都无法改变这一事实。要理解其中的原理,可以回想一下上文描述的串联电路:

    • 记住,串联电路中的压降之和等于电路两端的总电压。
    • 将电流流过的每条通道想象成一个串联电路。这种情况下,所有压降之和仍然等于总电压。
    • 由于通过每根电线的电流只经过了一个电阻,所以该电阻两端的电压必定等于总电压。

  • 4

    如果问题没有告诉你电路的总电压是多少,那么所需的计算步骤会更多。首先,计算流过电路的总电流。在并联电路中,总电流等于流过各并联路径的电流之和。Serway, R.A. and John W. Jewett, Jr., Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics.8th edition.California:Brooks/Cole.2010.Ebook

    • 用公式表达就是:I总 = I1 + I2 + I3……
    • 如果难以理解,可以将之想象成一根一分为二的水管。总的水流量等于每根水管的水流量之和。

  • 5

    并联电路中电阻的阻碍作用要小于串联电路,因为它们只阻碍流过一条电线的电流。事实上,电线数量越多,电流越容易找到流过的通道。要计算总阻值,你应该求出方程中的R总:

    • 1 / R总 = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3……
    • 例如,电路有两个并联的电阻,阻值分别为2欧和4欧。1 / R总 = 1/2 + 1/4 = 3/4 → 1 = (3/4)R总 → R总 = 1/(3/4) = 4/3 = ~1.33 欧。

  • 6

    记住,算出电路的总电压后,我们就算出了任意一个并联电线两端的电压。所以,请使用欧姆定律计算整个电路的电压。以下是一个示例:

    • 通过电路的电流为5安。总阻值为1.33欧。
    • 根据欧姆定律,I = V / R,因此V = IR。
    • V = (5A)(1.33Ω) = 6.65伏。

  • 小提示

    • 如果面对一条同时涉及串联电阻并联电阻的复杂电路,请挑出两个相邻的电阻。根据需要,使用并联电阻规律或串联电阻规律,计算它们的总阻值。然后,你可以将它们视为单个电阻。重复这一步骤,直至电路变成只有并联电阻串联电阻的简单电路。
    • 电阻两端的电压通常被称为“压降”。
    • 理解术语:
      • 电路-由电线连接的电阻、电容或电感器等元件组成,电流可以从中通过
      • 电阻-能够降低或阻碍电流的元件
      • 电流-通过电线的电荷流量;单位:安培,安
      • 电压-单位电荷所做的功;单位:伏特,伏
      • 阻值-衡量元件对电流阻碍作用强弱的数值;单位:欧姆,欧

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