如何計算電阻兩端的電壓
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部分1:瞭解電路
1、瞭解電流。我們可以用類比來形容電流,想象自己將玉米粒倒入碗中。每顆玉米粒都是一個電子,倒入碗中的玉米粒就是電流。衡量玉米粒時,你可以用每秒流過的玉米粒數量來描述。而談到電流時,你會使用“安培”(安)或每秒流過的電子數量來衡量,後者是一個很大的數字。
2、考慮電荷。電子帶有“負”電荷。這意味著它們會受帶正電荷的物體的吸引,並且會受帶負電荷的物體的排斥,從而流向前者,遠離後者。由於它們攜帶的都是負電荷,所以電子之間會互相排斥,盡其所能地分散開來。
3、理解電壓。電壓衡量的是兩點之間的電荷差。電荷差越大,兩邊之間的吸引力就越大。以日常使用的電池為例:電池內部會產生化學反應,令電子聚集。電子會在負端聚集,而正端幾乎不含任何電子(電池的負端和正端被稱為負極和正極)。這一過程持續的時間越長,兩極之間的電壓就越大。
當你用電線連線正負極時,負極的電子突然得到釋放。它們會飛速朝正極移動,從而形成電流。電壓越大,每秒流向正極的電子就越多。
4、計算電阻值。顧名思義,電阻值越大,電子就越難通過。每秒通過的電子數量會因為電阻值而變少,因此電阻值會減慢電流。電阻是增大電路電阻值的物品。你可以在電子用品商店買到真正的“電阻”,但在電路問題中,電阻指的可能是一個燈泡,或任何其他具有電阻值的東西。
5、記住歐姆定律。電流、電壓和電阻之間的關係非常簡單。在解電路問題時你會經常用到這種關係,所以你應該記錄下來或背下來:電流 = 電壓除以電阻
通常寫作:I = / R
思考一下,如果增加電壓V或電阻R,會發生什麼?這與你在上文中學到的知識相吻合嗎?
部分2:計算串聯電路中電阻兩端的電壓
1、瞭解串聯電路。串聯電路很好分辨,它就是一圈電線,上面的所有物品都排成一行。電流流過整個環狀電路,依次通過各個電阻或元件。電路上各點的電流始終相等。
計算電壓時,電阻在電路中的位置並不重要。你可以取下電阻,在電路上隨意移動,這樣做不會改變電壓。
我們以擁有R1、R2和R3這三個串聯電阻的電路為例。電路由12伏的電池供能。我們要計算每個電阻兩端的電壓。
2、計算總阻值。將電路上所有電阻的阻值相加,它們的和就是串聯電路的總阻值。例如,R1、R2和R3三個電阻的阻值分別為 2 Ω(歐)、3 Ω和5 Ω。總阻值為2 + 3 + 5 = 10歐。
3、計算電流。使用歐姆定律計算整個電路的電流。記住,串聯電路上任意位置的電流值都是相等的。我們之後的所有計算都要用到通過此方法算出的電流值。根據歐姆定律,電流I = / R。整個電路的電壓是12伏,而總阻值為10歐姆。因此,電流I = / 10 = 1.2安。
4、對歐姆定律進行變形,求出電壓。使用基本的代數知識,我們可以推匯出歐姆定律的變形公式,來計算電壓,而不是電流:I = / R
IR = R / R
IR = V
V = IR
5、計算每個電阻兩端的電壓。我們知道電阻值、電流,還有公式。將數字代入公式求解。以下是例題中所有三個電阻兩端電壓的計算過程:R1兩端的電壓 = V1 = (1.2A)(2Ω) = 2.4伏。
R2兩端的電壓 = V2 = (1.2A)(3Ω) = 3.6伏。
R3兩端的電壓 = V3 = (1.2A)(5Ω) = 6.0伏。
6、檢查答案。在串聯電路中,你的所有答案之和應該等於總電壓。將計算所得的所有電壓相加,看是否等於整個電路的電壓。如果不等於,請回頭去檢查錯誤。本例中,2.4 + 3.6 + 6.0 = 12伏,等於整個電路的電壓。
如果你的答案略微偏小,例如等於11.97,而不是等於12,可能是因為你在計算過程中四捨五入產生的誤差。你的答案仍然正確。
記住,電壓衡量的是電荷或電子數的差異。想象一下,你沿著整條電路數自己看到的新電子數量。如果計數正確,最終得到的應該是從開始到結束的總電子數變化
部分3:計算並聯電路中電阻兩端的電壓
1、瞭解並聯電路。想象一根電線從電池的一極出發,然後分成兩根獨立的電線。這兩根電線彼此平行,然後在到達電池另一極前重新合到一起。如果左邊的電線上有一個電阻,右邊的電線上也有一個電阻,那麼這兩個電阻就處於“並聯”狀態。並聯電路中可以有任意數量的電線。以上說明同樣適用於分成100根電線,然後重新合到一起的電路。
2、思考電流如何流動。在並聯電路中,電流會流過每一條可以通行的道路。電流會從左邊的電線流過,穿過左邊的電阻,然後到達另一極。與此同時,電流也會從右邊的電線流過,穿過右邊的電阻,然後到達另一極。所有電流都不會折回,也不會流過兩個並聯電阻。
3、使用總電壓來求各電阻兩端的電壓。如果你知道整條電路的電壓,那麼答案會出人意料的簡單。每根並聯電線的電壓都等於整條電路的電壓。假設電路有兩個並聯電阻,由6伏的電池供能。左邊電阻兩端的電壓等於6伏,而右邊電阻兩端的電壓也等於6伏。無論阻值等於多少,都無法改變這一事實。要理解其中的原理,可以回想一下上文描述的串聯電路:記住,串聯電路中的壓降之和等於電路兩端的總電壓。
將電流流過的每條通道想象成一個串聯電路。這種情況下,所有壓降之和仍然等於總電壓。
由於通過每根電線的電流只經過了一個電阻,所以該電阻兩端的電壓必定等於總電壓。
4、計算電路的總電流。如果問題沒有告訴你電路的總電壓是多少,那麼所需的計算步驟會更多。首先,計算流過電路的總電流。在並聯電路中,總電流等於流過各並聯路徑的電流之和。用公式表達就是:I總 = I1 + I2 + I3……
如果難以理解,可以將之想象成一根一分為二的水管。總的水流量等於每根水管的水流量之和。
5、計算電路的總電阻。並聯電路中電阻的阻礙作用要小於串聯電路,因為它們只阻礙流過一條電線的電流。事實上,電線數量越多,電流越容易找到流過的通道。要計算總阻值,你應該求出方程中的R總: / R總 = / R1 + / R2 + / R3……
例如,電路有兩個並聯的電阻,阻值分別為2歐和4歐。 / R總 = 1/2 + 1/4 = 3/4 → 1 = (3/4)R總 → R總 = 1/(3/4) = 4/3 = ~1.33 歐。
6、使用答案算出電壓。記住,算出電路的總電壓後,我們就算出了任意一個並聯電線兩端的電壓。所以,請使用歐姆定律計算整個電路的電壓。以下是一個示例:通過電路的電流為5安。總阻值為1.33歐。
根據歐姆定律,I = V / R,因此V = IR。
V = (5A)(1.33Ω) = 6.65伏。
小提示
如果面對一條同時涉及串聯電阻和並聯電阻的複雜電路,請挑出兩個相鄰的電阻。根據需要,使用並聯電阻規律或串聯電阻規律,計算它們的總阻值。然後,你可以將它們視為單個電阻。重複這一步驟,直至電路變成只有並聯電阻或串聯電阻的簡單電路。電阻兩端的電壓通常被稱為“壓降”。
理解術語:電路-由電線連線的電阻、電容或電感器等元件組成,電流可以從中通過
電阻-能夠降低或阻礙電流的元件
電流-通過電線的電荷流量;單位:安培,安
電壓-單位電荷所做的功;單位:伏特,伏
阻值-衡量元件對電流阻礙作用強弱的數值;單位:歐姆,歐
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