歐姆定律是表示電壓(或電動勢)、電流和電阻三者之間關系的基本定律。
一、部分電路歐姆定律
部分電路歐姆定律表示不包含電源的一段電路中,電流與這段電路兩端的電壓及電阻三者之間的關系。下圖為不含電源的部份電路。
當在電阻R兩端加上電壓U時,電阻中就有流流過。通過實驗可以知道:如果加在電阻兩端的電壓U發生變化,流過電阻的電流也隨之變化,而且這種變化是成正比例的,即電壓和電流的比值是一個常數,這個常數就是電路中的電阻,寫成公式就是:
R=U/I I=U/R
式中 I--電路中的電流,A;
U--導體兩端的電壓,V;
R--導體的電阻,Ω。
上式說明:流過導體的電流強度與這段導體兩端的電壓成正比,與這段導體的電阻成反比。這一規律稱為歐姆定律,是德國物理學家歐姆(1787~1854)在1827年發現的。歐姆定律揭示了電路中電流、電壓、電阻三者之間的聯系,是電路的基本定律之一。
由公式還可得到:
U=IR
電阻兩端的電壓方向是由高電位指向低電位,并且電位是逐點降落的,故通常把電阻兩端的電壓稱為電壓降或壓降。
**例1:**某電爐接在220V電源上,正常工作時流過電阻絲的電流為5安培,試求此時電阻絲的電阻。
解: R=U/I=220/5=44(Ω)
例2: 有一個量程為300V(即測量范圍是0~300V)的電壓表,它的電阻是40kΩ。用它測量電壓時,允許流過的最大電流是多少?
解:由于電壓表的內阻是一個定值,所測量的電壓越大,通過電壓表的電流也越大,因此,被測電壓300V時,流過電壓表的電流量最大。
I=U/R=300/40000=0.0075(A)=7.5(mA)
電阻值不隨其兩端電壓和通過的電流而改變的電阻稱為線性電阻,R值是個常數。由線性電阻及其它線性元件組成的電路稱為線性電路。
二、全電路歐姆定律
全電路歐姆定律表示包含電源的電路中,電流與電源的電動勢及電路的內、外電阻之間的關系。全電路是指含有電源的閉合電路,如下圖所示。
圖中的虛線框內代表一個電源,用字母G表示。電源的內部一般都是有電阻的,這個電阻稱為內電阻,用字母R0表示。為了看起來方便,通常在電路圖上把R0單獨畫出。事實上,內電阻是在電源內部,與電動勢是分不開的,所以也可以不單獨畫出,而在電源符號的旁邊注明內電阻的數值就行。
當開關S閉合時,負載R上就有電流流過,這是因為電阻兩端有了電壓U的緣故。電壓U是電動勢E產生的,它既是電阻兩端的電壓,又是電源的端電壓。
開關S打開時,電源的端電壓在數值上等于電源的電動勢(方向是相反的)。當開關S閉合后,用電壓表測量電阻R兩端的電壓發現,所測數值比開路電壓小,或者說閉合電路中電源的端電壓小于電源的電動勢。這是因為電流流過電源內部時,在內電阻上產生了電壓降U 0 ,U 0 =IR 0 。可見電路閉合時,端電壓U等于電源電動勢減去內電壓U 0 ,即U=E-U~0~
把U 0 =IR0和U=IR代入上式可得:
I=E/(R+R 0 )
式中I--電路中的電流強度,A;
E--電源電動勢,V;
R--外電路電阻Ω;
R 0 --內電路電阻,Ω;
上式表明:在一個閉合電路中,電流強度與電源的電動勢成正比,與電路中內電阻和外電阻之和成反比。這個規律稱為全電路歐姆定律。
**例1:**有一電源的電動勢為3V,內阻R0為0.4Ω,外接負載電阻R為9.6Ω,求電源端電壓和內壓降。
解:I=E/(R+R 0 )
=3/(9.6+0.4)=0.3(A)
內電壓U 0 =IR 0 =0.3x0.4=0.12(V)
端電壓U=IR=0.3x9.6=2.88(V)
或U=E-U 0 =3-0.12=2.88(V)
例2: 已知電池的開路電壓Uk為1.5V,接上9Ω負載電阻時,其端電壓為1.35V,求電池的內電阻R 0 。
解:開路時E=U k =1.5V
且已知U=1.35V,R=9Ω
內壓降U 0 =E-U=1.5-1.35=0.15(V)
電流I=U/R=1.35/9=0.15(A)
內阻R 0 =U 0 /I=0.15/0.15=1(Ω)
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