电压、电阻和电流是什么?电压、电流和电阻之间有什么关系?
我们来认识一下电压和电流。
水流是指水的流动,电流则是电子的流动。电流越大,相当于水流越大。由于电子带负电,电子的移动方向与电流方向相反
电压像是水的水压差。电压越高,(电压是两点之间的电压差,不是绝对值)相当于水压差越大。
电压用U表示,标准单位是伏特,简称伏,符号是V。
电流用I(大写的i)表示,标准单位是安培,简称安,符号是A。
导线好比输送水流的水管,能够输送电流。
电源是可以提供电压差的装置。常见的电源有电池、发电站等。电源分为交流电源和直流电源,交流电比较复杂,我们先考虑直流电源。
一般的电池都是直流电源。直流电源像是抽水泵,可以把电流从电压低的地方输送到电压高的地方,但这个“水泵”的压力有限,只能把“水”抽到一定的高度,所以直流电源只能升高一定的电压。单个5号电池两端的电压差是1.5V左右,18650电池大约是3.7V或4.2V。
电阻就像是一个水坝,会阻碍电流。
电阻用R表示,标准单位是欧姆,简称欧,符号是Ω。
直流电源的符号是一个长横,一个短横。(见下图)
一般的电阻用一个长方形表示。
电路中需要能够测量两点之间的电压差和导线电流大小的装置:电压表和电流表。
电压表的符号是一个圈里写一个V。
电流表和电压表的符号差不多,是一个圈里写一个A。
通过电阻的电流与两端的电压成正比,与电阻成反比。电流=电压÷电阻,I=U/R,这就是欧姆定律。这条定律也很容易理解:像是一条水管,压力差相同的情况下,内壁如果非常光滑,阻力很小,水流就很快;如果管道里有水垢堆积,阻力很大,水流就会流得比较慢。
欧姆定律也可以变形,变成 U=IR(电压=电流乘以电阻) R=U/I(电阻=电压/电流)
比如一个电压为3V的电源,接上一个10Ω的电阻,那么通过它的电流就是3/10=0.3A。再比如一个9.4V的电源接上一个47欧姆的电阻,那么通过它的电流就是9.4/47=0.2A 。
电路里有两种连接方式:串联和并联。串联电路中,电阻或原件是串成一串的,而并联电路中电阻或原件是并排排列的。(上图为串联下图为并联)
那么串联电路的电流怎么算呢?我们以上图为例。
I=U/R U已经知道了,现在需要求出R
由于电阻是串成一串的,我们可以把两个电阻合并成一个总电阻,也可以叫做等效电阻,即 等效电阻=第一个电阻 第二个电阻,R=R1 R2
现在我们就可以得出串联电路的通式:
I=U/R
=U/(R1 R2)
把数带进去就能算出I=3/(5 10)=0.2A
现在我们来说一下,如果我们想不测量,怎么计算其中一个电阻两端的电压U1呢?要想知道电压,就需要知道电流和电阻。电阻是已知条件,电流刚才也算出来了,可以得出R1两端电压的通式:
U1=IR1
=R1 U/R
=R1 U/(R1 R2)
我们知道在一个灯泡旁再串联一个灯泡,总电压不变的情况下,灯泡的亮度肯定会下降,因为通过它的电流减小了,毕竟加了一个灯泡后总电阻变大了。但如果在一个灯泡旁再并联一个灯泡,那么在灯泡两端电压不变的情况下灯泡会更亮还是更暗还是不变呢?
人们凭常识应该会觉得是变暗,毕竟电流一分为二了嘛。但用欧姆定律想一想,灯泡的亮度和通过它的电流成正比,也就是说想要灯泡亮度怎么变化就要看通过它电流的变化情况。而既然电压不变,灯泡本身的电阻也不会变,那电流怎么会变呢?所以不管串联多少个灯泡,电压不变,原灯泡的亮度是不会变的。
那么我们再来看并联电路的电流,就等于通过其中一个电阻的电流加上通过另一个电阻的电流:
I=I1 I2
=U/R1 U/R2
还有进阶版的情况:又有串联,又有并联
这个时候不管是求总电流还是R1后面分叉点和负极的电压差好像都不是一件容易的事——不知道R2和R3的等效电阻。想要知道等效电阻似乎有需要知道分叉点之间的电压……那我们可不可以用字母先代替数值呢?
我们可以发现,在这个大电路中是有一个并联电路的,通过上面的公式可以算出总电流,我们算出他们的等效电阻:
R=U/I
=U/(U/R2 U/R3)
=1/(1/R2 1/R3)
显然,U已经抵消了,可以直接算出等效电阻。
既然现在我们已经把R3和R2看成了一个等效电阻,那么这个等效电阻和R1就又变成了一个串联电路了。
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