1.4 欧姆定律
在实际电路中,电阻与电流和电压之间到底有什么关系呢?初学者常常容易混淆它们之间的关系,如图1-22所示的争论就是一个例证。这个问题,还是德国物理学家欧姆解决的。
图1-22 电流、电压、电阻的“啰嗦事”
德国科学家欧姆解释了电路中的这些现象,通过分析电路中电流、电压和电阻的相互影响的关系,总结出了欧姆定律。
欧姆定律适用于电路中不含电源和含有电源两种情况,不含电源电路的欧姆定律叫部分电路欧姆定律,含有电源电路的欧姆定律叫全电路欧姆定律。
1.4.1 部分电阻欧姆定律
(1)部分电阻欧姆定律的内容
在一段不包括电源的电路中,导体中的电流与它两端的电压成正比,与导体的电阻成反比,这就是部分电路欧姆定律,其公式为
式中 I——导体中的电流,单位为A(安);
U——导体两端的电压,单位为V(伏);
R——导体的电阻,单位为Ω(欧)。
(2)部分电路欧姆定律的灵活运用
部分电路欧姆定律是针对电路中某一个电阻性元件上电压、电流与电阻值之间关系的定律。
利用欧姆定律的公式,在电压、电流及电阻三个量中,只要知道两个量的值就能知道第三个量的值。例如,若知道了某段导体两端的电压和通过它的电流,就可以求出这段导体的电阻,这就是通常所谓的伏安法测电阻。
为了便于记忆和掌握欧姆定律,可以把公式用如图1-23所示来表示。用手盖住要求的物理量,剩下的就是运算公式。例如要求电压,用手盖住电压,公式就是U=IR。
图1-23 欧姆定律公式记忆图
1.4.2 全电路欧姆定律
部分电路欧姆定律是不考虑电源的,而大量的电路都含有电源,这种含有电源的直流电路叫全电路。全电路是由电源和负载构成的一个闭合回路,如图1-24所示。
图1-24 全电路
对全电路的计算,需用全电路欧姆定律解决。全电路欧姆定律是针对整个闭合回路的电源电动势、电流、负载电阻及电源内阻之间关系的定律,它们之间的关系为
式中 I——电路中的电流,单位为A(安);
E——电源的电动势,单位为V(伏);
R——外电路(负载)的电阻,单位为Ω(欧);
r——电源内阻,单位为Ω(欧)。
从上式可看出:在全电路中,电流与电源电动势成正比,与电路的总电阻(外电路电阻与电源内阻之和)成反比,这就是全电路欧姆定律的内容。