電阻在電路中的連接方式有很多,最簡單、最常用的就是串聯(lián)與并聯(lián)。而在講電阻串并聯(lián)之前,我們有必要先了解電阻元件的特性,即在電壓和電流方向一致時,在任何時刻,電阻兩端的電壓和電流遵循歐姆定律:u = iR 。
其中R是電阻元件的參數(shù),稱為元件的電阻,是一個大于零的常數(shù),單位為歐姆[Ω],簡稱“歐”。所以,我們?nèi)粘V兴f的“電阻”,有時候表示的是電阻元件,有時候又表示電阻元件的阻值。
電阻R與長度l(L的小寫)成正比,與橫截面積S成反比,式中ρ為比例系數(shù),由導體的材料和周圍溫度所決定,稱為電阻率。當然,圖1-1所示的公式,僅適用于由某種材料制成的柱形均勻?qū)w,如導線、大部分金屬。
一、電阻的串聯(lián)
所謂電阻串聯(lián),是指流過每個電阻的電流為同一電流。換言之,各個串聯(lián)電阻之間沒有(支路)分支電流。其總電阻直接等于各個分電阻直接相加,如下圖所示。顯然,總電阻大于任一串聯(lián)電阻。
Rn=R1+R2+…+Rs
電阻的阻值正比于其長度,所以電阻串聯(lián),就好比增大了長度,串得越多,長度越長,阻值也就越大。
另外,根據(jù)歐姆定律,可以得出兩個串聯(lián)電阻的分壓公式,如下圖所示。這說明,各串聯(lián)電阻的電壓與其阻值成正比,阻值越大的電阻,分得的電壓就越大。
二、電阻并聯(lián)
所謂電阻并聯(lián),是指各電阻的電壓為同一電壓。換言之,所有并聯(lián)電阻共用2個結(jié)點,首首相連,尾尾相連,如下圖所示。
顯然,等效電阻小于任一個并聯(lián)的電阻。這是因為并聯(lián)電阻中,總電阻的倒數(shù)等于各個并聯(lián)電阻的倒數(shù)之和,也就是說,總電阻的倒數(shù)肯定大于任一并聯(lián)電阻的倒數(shù)。又因為在分數(shù)中,分子相同時,分母越大的分數(shù)就越小,例如1/5和1/6兩個分數(shù),分子同為1,分母6比5大,所以分數(shù)1/6小于1/5。
同樣的,由于總電阻的倒數(shù)大于任一并聯(lián)電阻的倒數(shù),所以作為分母的總電阻肯定小于任一并聯(lián)電阻。兩個電阻串聯(lián)的分壓公式,兩個電阻并聯(lián)也有分流公式,如下圖所示。這表明,各并聯(lián)電阻的電流與其阻值成反相關(guān),即該電阻越大,其電流就越小。另外,大家可以發(fā)現(xiàn),分流公式中,各支路電流公式的分子為另一支路電阻。
審核編輯 黃昊宇
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