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1.2 欧姆定律

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。

1.2.1 部分电路欧姆定律

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

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UAB=5V,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UAB=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UAB=12V,那么电阻的大小

部分电路欧姆定律的应用举例如图1-13所示。

图1-13 部分电路欧姆定律的应用举例

在图1-13中,电源的电动势E=12V,A、D之间的电压UAD与电动势E相等,三个电阻器R1、R2、R3串联起来,可以相当于一个电阻器R,R=R1+R2+R3=(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R1、R2、R3的电流I,并且它们的电阻大小已知,就可以求R1、R2、R3两端的电压UR1UR1实际就是A、B之间的电压UAB)、UR2(实际就是UBC)和UR3(实际就是UCD),即

UR1=UAB=I·R1=(1×2)V=2V

UR2=UBC=I·R2=(1×7)V=7V

UR3=UCD=I·R3=(1×3)V=3V

因此,UR1+UR2+UR3=UAB+UBC+UCD=UAD=12V。

在图1-13所示电路中,如何求B点电压呢?首先要明白,求某点电压就是求该点与地之间的电压,因此B点电压UB就是电压UBD。求UB有以下两种方法。

• 方法一:UB=UBD=UBC+UCD=UR2+UR3=(7+3)V=10V。

• 方法二:UB=UBD=UADUAB=UADUR1=(12−2)V=10V。

1.2.2 全电路欧姆定律

全电路欧姆定律的应用举例如图1-14所示。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

图1-14 全电路欧姆定律的应用举例

在图1-14中,虚线框内为电源,R0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R0两端的电压U0,即U0=IR0=(1×2)V=2V。如果将开关S断开,电路中的电流I为0,那么内阻R0上消耗的电压U0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。