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前面我们讲过了“部分电路欧姆定律”,但是欧姆定律在不同状态电路中的计算公式是有少许严格层面上的差异,而这就是今天就要讲的“闭合电路欧姆定律”了。
我们先来看一个闭合电路图,如上图所示:当合上开关“K”,这个闭合电路中就会有电流“I”流过,通过实验证明,通过闭合电路中电流的大小是与电源电动势成正比的,而与电路中的负载和电源内阻之和成反比。因此得出闭合电路欧姆定律的公式:
上公式中各项字母标识所代表的意思分别是:
- E→电源的电动势,单位(V);方向为负极到正极(上图中我没画出来)
- I→电路中的电流,单位(A);
- R→外部电路的总电阻,单位(Ω);包括了负载,电线以及各中间控制器的电阻;
- r0→电源内部的电阻,单位(Ω);电源内部也是有电阻的哦。
欧姆定律在闭合电路和部分电路中的区别
从以上公式和电路来看,想必大家也都能发现,其实无论如何欧姆定律如何变化,还是和原先的R=U/I的公式没有任何区别,只是不同电路中要考虑的因素多了,这些因素会影响原本R=U/I这个笼统公式的更“全面”,所以才有了闭合电路和部分电路欧姆定律。其最大不同是:
部分电路没有考虑电源自身的因素,而闭合电路要考虑电源本身的电阻等因素。
上公式中,E是可以被看作U的,而R0由于很小的值往往被忽略,而只计算了R,但毕竟严格来说R0会影响E的大小,而影响之后的数值才是U。因此可以看出,以上闭合电路公式计算出的数值更为完整。不过电工实际工作中这类公式应该用的不多,因为我们接触的大多都是部分电路,也就是R=U/I这个公式。
闭合电路欧姆定律
闭合电路欧姆定律的内容:闭合电路的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比。
闭合电路欧姆定律公式:I=E/(R+r),I表示电路中电流,E表示电动势,R表示外总电阻,r表示电池内阻。
常用闭合电路欧姆定律公式变形式有:E=I (R+r);E=U外+U内;U外=E-Ir。
对闭合欧姆定律的理解
①用电压表接在电源两极间测得的电压是路端电压U外,不是内电路两端的电压U内,也不是电源电动势,所以U外<E。
②当电源没有接入电路时,因无电流通过内电路,所以U内=0,此时E=U外,即电源电动势等于电源没有接入电路时的路端电压。
③式E=I (R+r)只适用于外电路为纯电阻的闭合电路。U外=E-Ir和E=U外+U内适用于所有的闭合电路。
闭合电路欧姆定律相关的定义
①内电路:电源内部的电路叫做闭合电路的内电路。
②内阻:内电路的电阻叫做电源的内阻。
③内电压:当电路中有电流通过时,内电路两端的电压叫内电压,用U内表示。
④外电路:电源外部的电路叫闭合电路的外电路。
⑤外电压:外电路两端的电压叫外电压,也叫路端电压,用U外表示。
⑥电动势:电动势表示在不同的电源中非静电力做功的本领,常用符号E(有时也可用ε)表示。
电动势与电压的区别
电动势是对电源而言的,它描述移送单位电量时非静电力做功的多少,即移送1库电量时其他形式的能转化为电能的多少。
电压是对某一段电路而言的,它描述在这段电路中移送单位电量时电场力做功的多少,即移送1C电量时电能转化为其他形式能的多少。
两者是截然不同的物理量,万勿混淆,顺便指出,从能量转化观点来说,电势差、电压、电压降、电压损失等,都表示电场力移送单位电量时电能转化为其他形式能的多少,只不过是几种形式不同的说法而已,习惯上在静电学中常用“电势差”的说法;在电路问题中常用“电压”的说法;在串联分压电路中,常把分压电阻上的电压叫做“电压降”;在远距离输电问题中,输电导线上的电压是没有利用价值的,常叫做“电压损失”。
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