歐姆定律

歐姆定律是電子技術中的一個最基本的定律，它反映了電路中電阻、電流和電壓之間的關系。 歐姆定律分為部分電路歐姆定律和全電路歐姆定律。

1.部分電路歐姆定律

部分電路歐姆定律的內容是：在電路中，流過導體的電流 I 的大小與導體兩端的電壓 U 成正比 ， 與導體的電阻 R 成反比， 即

也可以表示為 U = IR 或

部分電路歐姆定律的幾種使用方式如圖1-1所示，部分電路歐姆定律在實際電路中的計算如圖1-2所示。

在圖1-2所示的電路中，如何求B點電壓呢? 首先要明白，求 某點電壓指的是求該點與地之間的電壓 ，所以B點電壓 U B 實際就是電壓 U BD ，求 U B 有以下兩種方法。

方法一：U B = U BD = U BC + U CD = U R2 + U R3 =（7+3）V=10V

方法二：U B = U BD = U AD -u AB = U AD -U R1 =（12-2）V=10V

2.全電路歐姆定律

全電路是指含有電源和負載的閉合回路。 全電路歐姆定律又稱閉合電路歐姆定律，其內容是：閉合電路中的電流與電源的電動勢成正比，與電路的內外電阻之和成反 比， 即

圖1-1 部分電路歐姆定律的幾種使用方式

圖1-2 部分電路歐姆定律在實際電路中的

全電路歐姆定律的使用如圖1-3所示。

根據全電路歐姆定律不難看出：

1)在電源未接負載時，不管電源內阻多大，內阻消耗的電壓始終為0，電源兩端的電壓與電動勢相等。

2)當電源與負載構成閉合電路后，由于有電流流過內阻，內阻會消耗電壓，從而使電源輸出電壓降低，內阻越大，內阻消耗的電壓越大，電源輸出電壓越低。

3)在電源內阻不變的情況下，如果外阻越小，電路中的電流越大，內阻消耗的電壓也越大，電源輸出電壓也會降低。 由于正常電源的內阻很小，內阻消耗的電壓很低，故一般情況下可認為電源的輸出電壓與電源電動勢相等。

圖1-3 全電路歐姆定律的使用

利用全電路歐姆定律可以解釋很多現象。比如舊電池兩端的電壓與正常電壓相同，但將舊電池與電路連接后除了輸出電流很小外，電池的輸出電壓也會急劇下降，這是由于舊電池內阻變大的緣故;又如將電源正、負極直接短路時，電源會發熱甚至燒壞，這是因為短路時流過電源內阻的電流很大，內阻消耗的電壓與電源電動勢相等，大量的電能消耗在電源內阻上并轉換成熱能，故電源會發熱。

電功、電功率和焦耳定律

1.電功

電流流過燈泡，燈泡會發光;電流流過電爐絲，電爐絲會發熱;電流流過電動機，電動機會運轉。由此可以看出， 電流流過一些用電設備時是會做功的，電流做的功稱為電功。用電設備做功的大小不但與加到用電設備兩端的電壓及流過的電流有關，還與通電時間的長短有關。電功可用下面的公式計算：

W = UIt

式中， W 表示電功，單位為J; U 表示電壓，單位為V; I 表示電流，單位為A; t 表示時間，單位為s。

電功的單位為J，在電學中還常用到另一個單位：千瓦時(kWh)，俗稱為度。1kWh=1度，kWh與J的關系是

1kWh=(1×10 3 )W×(60×60)s=3.6×10 6 (W·s)=3.6×10 6 J

1kWh可以這樣理解：一個電功率為100W的燈泡連續使用10h，消耗的電功為1kWh(即消耗1度電)。

2.電功率

電流需要通過一些用電設備才能做功，為了衡量這些設備做功能力的大小，引入一個電功率的概念。電流單位時間做的功稱為電功率。電功率常用 P 表示，單位為W， 此外還有kW和mW，它們之間的關系是

1kW=10 3 W=10 6 mW

電功率的計算公式是

P = UI

根據歐姆定律可知 U = IR ， I = U / R ，所以電功率還可以用公式 P = I 2 R 和 P = U 2 / R 來求解。

下面以圖1-4所示的電路來說明電功率計算。

圖1-4 電功率計算說明圖

3.焦耳定律

電流流過導體時導體會發熱，這種現象稱為電流的熱效應。電熱鍋、電飯煲和電熱水器等都是利用電流的熱效應來工作的。

英國物理學家焦耳通過實驗發現 ：電流流過導體，導體發出的熱量與導體流過的電流、導體的電阻和通電的時間有關。這個關系用公式表示為

Q = I 2 Rt

式中， Q 表示熱量，單位為J; R 表示電阻，單位為Ω; t 表示時間，單位為s。

焦耳定律說明：電流流過導體產生的熱量，與電流的二次方及導體的電阻成正比，與通電時間也成正比。由于這個定律除了由焦耳發現外，俄國科學家楞次也通過實驗獨立發現，故該定律又稱焦耳-楞次定律。

舉例：某臺電動機的額定電壓是220V，線圈的電阻為0.4Ω，當電動機接220V的電壓時，流過的電流是3A，求電動機的功率和線圈每秒鐘發出的熱量。

電動機的功率是：

P = UI =220V×3A=660W

電動機線圈每秒鐘發出的熱量：

Q = I 2 Rt =(3A) 2 ×0.4Ω×1s=3.6J

電阻的串聯、并聯與混聯

電阻的連接有串聯、并聯和混聯三種方式。

1.電阻的串聯

兩個或兩個以上的電阻頭尾相連串接在電路中，稱為電阻的串聯， 如圖1-5所示。

在圖1-5所示的電路中，兩個串聯電阻上的總電壓 U 等于電源電動勢，即 U = E =6V;電阻串聯后的總電阻 R = R 1 + R 2 =12Ω;流過各電阻的電流 I = U /( R 1 + R 2 )=6/12A=0.5A;電阻 R 1 上的電壓 U R1 = IR 1 =(0.5×5)V=2.5V，電阻 R 2 上的電壓 U R2 = IR 2 =(0.5×7)V=3.5V。

2.電阻的并聯

兩個或兩個以上的電阻頭尾相并接在電路中，稱為電阻的并聯， 如圖1-6所示。

圖1-5 電阻的串聯

圖1-6 電阻的并聯

在圖1-6所示的電路中，并聯的電阻 R 1 、 R 2 兩端的電壓相等， U R1 = U R2 = U =6V;流過 R 1 的電流

，流過 R 2 的電流

，總電流 I = I 1 + I 2 =(1+0.5)A=1.5A; R 1 、 R 2 并聯的總電阻為

R = R 1 R 2 /( R 1 + R 2 )=(6×12)/(6+12)=4Ω

3.電阻的混聯

一個電路中的電阻既有串聯又有并聯時，稱為電阻的混聯， 如圖1-7所示。

圖1-7 電阻的混聯

審核編輯：湯梓紅