- 電工基礎技能直通車
- 楊清德 楊蘭云主編
- 1697字
- 2019-01-09 14:59:18
1.4 歐姆定律
在實際電路中，電阻與電流和電壓之間到底有什么關系呢？初學者常常容易混淆它們之間的關系，如圖1-20所示的爭論就是一個例證。這個問題，還是德國物理學家歐姆解決的。
德國科學家歐姆解釋了電路中的這些現象，通過分析電路中電流、電壓和電阻的相互影響的關系，總結出了歐姆定律。
歐姆定律適用于電路中不含電源和含有電源兩種情況，不含電源電路的歐姆定律叫做部分電路歐姆定律，含有電源電路的歐姆定律叫做全電路歐姆定律。
1.4.1 部分電路歐姆定律
加油站——部分電路歐姆定律的內容
在一段不包括電源的電路中，導體中的電流與它兩端的電壓成正比，與導體的電阻成反比，這就是部分電路歐姆定律，其公式為
式中，U為導體兩端的電壓，單位為伏特（V）；R為導體的電阻，單位為歐姆（Ω）；I為導體中的電流，單位為安培（A）。
圖1-20 電流、電壓、電阻三兄弟之間的啰嗦事
指點迷津——部分電路歐姆定律的靈活運用
部分電路歐姆定律是針對電路中某一個電阻性元件上電壓、電流與電阻之間關系的定律。
利用歐姆定律的公式，在電壓、電流及電阻3個量中，只要知道兩個量的值就能知道第3個量的值。例如，若知道了某個導體兩端的電壓和通過它的電流，就可以求出這個導體的電阻，這就是通常所謂的伏安法測電阻。
為了便于記憶和掌握歐姆定律，可以把公式用如圖1-21所示的記憶圖來表示。用手蓋住要求的物理量，剩下的就是運算公式。例如，要求電壓，用手蓋住電壓，公式就是U=IR。
圖1-21 歐姆定律公式記憶圖
記憶口訣
電壓下面畫一橫，電流電阻橫下承。
用手蓋住所求數，計算公式自然成。
電流等于阻除壓，阻乘電流積為壓，
U等I來乘以R，R等U來除以I。
1.4.2 全電路歐姆定律
加油站1——全電路歐姆定律的內容
部分電路歐姆定律是不考慮電源的，而大量的電路都含有電源，這種含有電源的直流電路叫做全電路。全電路是由電源和負載構成的一個閉合回路，如圖1-22所示。
圖1-22 全電路
對全電路的計算，需要用全電路歐姆定律來解決。全電路歐姆定律是針對整個閉合回路的電源電動勢、電流、負載電阻及電源內阻之間關系的定律，它們之間的關系為
式中，E為電源的電動勢，單位為伏特（V）；R為外電路（負載）的電阻，單位為歐姆（Ω）；r為電源內阻，單位為歐姆（Ω）；I為電路中的電流，單位為安培（A）。
從上式可看出，在全電路中，電流與電源的電動勢成正比，與電路的總電阻（外電路電阻與電源內阻之和）成反比，這就是全電路歐姆定律的內容。
記憶口訣
全電路的電動勢，符號為E單位V。
電路閉合有電流，通過內阻和外阻。
欲求電流有多少，E除以內阻加外阻。
加油站2——電路的3種情況
根據全電路歐姆定律，可以分析電路的3種情況。
（1）通路：在
中，E、R、r為確定值，電流I也為確定值，電路工作正常。
（2）短路：當外電路電阻R=0時，由于電源內阻r很小，則
，電流I趨于無窮大，這將燒毀電路和用電設備，嚴重時造成火災，實用中應該盡量避免。為避免短路造成的嚴重后果，在電路中應專門設置保護裝置。
（3）斷路（開路）：此時，R→∞，有
，即電路不通，不能正常工作。
想一想
（1）在日常生活中常常會碰到這樣的情況，白熾燈的燈絲燒斷后搭上，反而更亮，這是為什么？
提示：因為
，當U不變、R變小時，I增大，所以白熾燈變得更亮。
（2）對
，能否說導體的電阻與導體兩端的電壓成正比，與通過導體的電流成反比？對U=IR，能否說導體兩端的電壓與導體的電阻和通過導體的電流成正比？
提示：對物理公式不能單純從數學的角度去理解。
公式
，表示導體的電阻在數值上等于導體兩端的電壓跟通過導體的電流的比值。由于導體的電阻是由導體本身的性質決定的，它跟導體兩端是否有電壓或電壓的大小、導體中是否有電流或電流的大小無關。因此，不能認為電阻R跟電壓U成正比，跟電流I成反比。
公式U=IR，表示導體兩端的電壓在數值上等于通過導體的電流和該導體電阻的乘積。但要注意，電壓是電路中產生電流的原因。導體兩端不加電壓時，電流為零，但導體電阻依然存在。因此，不能認為電壓U跟電流I成正比，跟電阻R也成正比。
（3）電源的內阻是固定的嗎？如果是變化的，它會怎樣變化？
提示：用新、舊電池對比。
（4）為什么將電池的正、負極短接，電池電量很快就沒有了？
提示：電源的內阻很小。