欧姆定律使用须知
欧姆定律1826年由德国的乔治·西蒙·欧姆提出,是电路中表示电压、电流和电阻三者之间关系的基本定律。为纪念欧姆对电的贡献,物理学家将电阻的单位名命名为欧姆,并以符号“Ω”表示。
欧姆定律的定义为:经过某一导体的电流与该导体两端的电压成正比,与该导体的电阻成反比。
欧姆定律的标准式为:I=U/R
欧姆定律的变形公式为:U=IR;R=U/I
其中I表示通过导体的电流;U表示导体两端的电压;R表示导体的电阻。除以上欧姆定律的标准式和变形公式外,还存在部分电路使用欧姆定律和全电路使用欧姆定律。
1、部分电路欧姆定律
部分电路欧姆定律表示不包含电源的一段电路中,电流与两端电压及电阻三者之间的关系。其内容为:在部分电路中,电流的大小与两端电压成正比,与电阻成反比。表达式为:I=U/R
其中I表示通过导体的电流;U表示导体两端的电压;R表示导体的电阻。
对于电压、电阻、电流三者之间的关系,如果用电压为横坐标,电流为纵坐标,画出电阻和电压、电流之间的关系曲线,又叫作伏安特性曲线,如下图所示。
当伏安特性曲线为直线,且该直线通过坐标原点时,则该电阻为线性电阻,其斜率为电阻的倒数;当伏安特性曲线呈现的不是直线时,则称该电阻为非线性电阻。
部分电路欧姆定律只适用于电阻值为常数的线性电阻,而对于非线性电阻则不适合。全部由线性电阻组成的电路又叫作线性电路,包含了非线性电阻的电路则叫作非线性电路。非线性电路中的电阻值不可预测,往往不适用欧姆定律。
2、全电路欧姆定律
全电路是指包含电源的闭合电路,又分为内电路和外电路。内电路是指电源内部两极之内的电路;外电路则是指电源两极外部的电路。如下图所示。
电阻,用符号“r”表示。通常在电路图中会把“r”单独标注出来,而事实上内电阻只存在于电源的内部,与电源内部的电动势分不开,所以内电阻“r”只需要在电源符号周边标明即可。
全电路欧姆定律表示包含电源的电路中,电流与电源的电动势及电路的内、外电阻之间的关系。其内容为:闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比。用公式表达为:
I=E/(R+r)
其中I表示电路中的电流;E表示电源电动势;R表示外电路电阻;r表示电源内阻。
正常情况下,电路中的电流是从正极流向负极,而在全电路中,只有外电路的电流是从正极流向负极,而内电路的电流则是从负极流向正极。
需要注意的是,欧姆定律只适用于纯电阻电路、金属导电和电解液导电,而在气体导电和半导体元件等情况下,欧姆定律将不再适用。这是因为对于金属等电子导电的导体,欧姆定律相当精准,而当温度降低,低到某一临界点时,电子导体将会进入超导状态,而超导状态意味着导体原本固有的电阻消失。
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