1.5欧姆定律应用(课件）-高二《电工技术基础与技能》同步教学（电子工业版）

任务五 欧姆定律应用 一、 部分电路欧姆定律 大量实验表明，在一段不包括电源的电路中，通过导体的电流，与导体两端的电压成正比，与导体的电阻成反比。这个结论是物理学中一个十分重要的定律，是德国物理学家欧姆首先在19世纪初期用实验的方法研究得出的，叫做部分电路欧姆定律。它揭示了一段电路中电阻、电压、电流三者之间的关系。 如果用I表示通过导体的电流，U表示导体两端的电压，R表示这段导体两端的电阻，那么部分电路欧姆定律可以表示为 式中，电流（I）的单位是安培（A）；电压（U）的单位是伏特（V）；电阻（R）的单位是欧姆（Ω）。 值得注意的是，电阻值不随电压、电流的变化而变化的电阻叫线性电阻，如线绕电阻，金属膜电阻等，线性电阻的阻值只与元件本身的材料和尺寸有关系，由线性电阻组成的电路叫线性电路。阻值随电压、电流的变化而变化的电阻，叫非线性电阻，如半导体二极管，含有非线性电阻的电路叫非线性电路。欧姆定律只适用于线性电路。 一般把电阻两端的电压U和通过电阻的电流I之间的对应变化关系，称为伏安特性，表示两者之间变化关系的曲线称为伏安特性曲线。 如果以电压、电流分别做为坐标轴，可以得到线性电阻和非线性电阻的伏安特性曲线，如图1-20所示。 二、 全电路欧姆定律 全电路是指含有电源的电路，如图 1-21所示，图中虚线框内代表一个电源，电源的内部一般都有电阻，这个电阻称为电源内阻，用r表示，事实上内阻在电源内部，与电源不分开，因而不单独画出，在电源符号边注明电阻值就可以了。电源内部的电路叫内电路，电源以外的电路叫外电路。 线性电阻伏安特性曲线 非线性电阻伏安特性曲线 图1-20 电阻伏安特性曲线 图1-21 全电路 图1-21 全电路 在开关S闭合时，负载电阻R上有电流，这是因为电阻两端有电压的原因，这个电压由电源电动势E产生，称为负载电压UR，而电源两端的压降称为电源的路端电压，此时两者的大小相等，为U=UR=IR，在开关断开时U=E（在数值上），在开关闭合时，UR＜E，这是为什么呢？ 这是因为在电流流过电源内部时，在内阻上产生了电压降Ur，Ur=Ir。可见在电路闭合时，U与E之间的关系为 即 式中，电流、电动势（电压）、电阻的单位分别是安培（A）、伏特（V）和欧姆（Ω）。 也就是说，在一个闭合电路中，电流强度的大小与电源的电动势成正比，与电路中内电阻和外电阻之和成反比。这个规律称为全电路欧姆定律。 三、 电源的外特性 由公式 可知，电路的路端电压与电源的电动势E、电路中的电流I和电源的内阻r三个量有关系。在通常情况下，电源的电动势和电源的内阻都可以认为是不变的，并且r＜＜R，因而电路中的电流主要受R变化的影响。当外电阻R较大时，电路中的电流I较小，路端电压较高，此时我们称电路的负载较轻，当外电阻为∝时，此时电路的电流为0，路端电压U=E，称为空载。反之，当外电阻R较小时，电路中的电流I较大，路端电压较低，此时我们称电路的负载较重，如果外电阻R为0，此时电路中的电流很大，可能损坏电源设备，过载是指电路中的电流超过了电路所允许的电流。为了防止短路事故，在电路中串接有保险丝，同时绝对不允许将一根导线或将电流表直接接在电源的两端。人们把电源端电压随负载电流变化的关系称为电源的外特性，绘成的曲线称为外特性曲线，如图1-22所示。 图1-22 电路的外特性 图1-22 电路的外特性 四、 电阻元件上消耗的能量与功率 电流做功的过程就是将电能转化成其他形式的能的过程，我们在任务三中已学过电功和电功率的计算方法，结合部分电路欧姆定律的知识，我们可以推导出当负载是纯电阻时电功和电功率的计算方法。 已知电功的计算公式为 将部分电路欧姆定律 代入, 可得出电阻R上消耗的电功为 代入, 可得出电阻R上消耗的电功为 代入, 可得出电阻R上消耗的电功为 在国际单位制中U、I、R、t、W的单位分别是伏特（V）、安培（A）、欧姆（Ω）、秒（s）和焦耳（J）。 同理，将部分电路欧姆定律 带入电功率的计算公式，可得出负载是纯电阻时的功率的计算公式为 在国际单位制中，P的单位为瓦特（W）。 在这里需要特别指出的是，当负载是纯电阻电路时，上述等式才能成立，如果电路中存在电解槽、电动机等（将电能转化为热能以外的能量）， 和 将仍然成立，而 和 将不再成立，因为此时