excel 电阻并联计算_电路分析基础(5)-关于电阻,有些话我还是要说一说

电阻

定义:导体对电流的阻碍作用就叫该导体的电阻。不同的导体,电阻一般不同,电阻是导体本身的一种性质。定义式如下:

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因此,我们应该清楚了欧姆定律的本质到底是什么,为啥电阻跟电压和电流没有关系,就是因为电阻是导体本身的一种属性,因此导体的电阻与导体是否接入电路、导体中有无电流、电流的大小等因素无关。

所以本次分析电阻要从电荷的角度说起,也就是从自由电子在导体内部运动的实质去讨论电阻的一些性质,并结合了初中电学,以及串联,并联等基本电路结构来分析。

我们在学电学的时候常听见什么串联电阻大,并联电阻小,为啥呀,其背后的物理意义是什么呢?

初中电学的一些论断

关于电阻的决定式如下:

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表征决定电阻大小的一些因素。

1、长度:当材料和横截面积相同时,导体的长度越长,电阻越大。

2、横截面积:当材料和长度相同时,导体的横截面积越小,电阻越大 。

3、材料:当长度和横截面积相同时,不同材料的导体电阻不同 。例如,超导体的电阻率为零,所以超导体电阻为零

4、温度:对大多数导体来说,温度越高,电阻越大,如金属等;对少数导体来说,温度越高,电阻越小,如碳 。

大家看了上面这些东西,觉得把问题说清楚了没有,我觉得并没有说清楚,还差什么呢?

凭什么就说这些因素就能影响电阻的大小呢?关于其本质还是没有说清楚,只是我们根据公式来推出来的结论,这并没有说服我。

电阻本质

我继续从电荷的本质方面,结合自由电子运动的角度分析一下上面的定义式所存在的问题。

下面有几个理论基础:

1.金属导体中的电流是自由电子定向移动形成的。

2.自由电子在运动中要与金属正离子频繁碰撞,每秒钟的碰撞次数高达10的15次方左右。

3.这种碰撞阻碍了自由电子的定向移动,表示这种阻碍作用的物理量叫作电阻。

4.不但金属导体有电阻,其他物体也有电阻。

5.导体的电阻是由它本身的物理条件决定的,金属导体的电阻是由它的材料性质、长短、粗细(横截面积)以及使用温度决定的。

6.电流的定义式:

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即通过导体横截面的电荷量Q跟通过这些电荷量所用的时间t的比值。

电流的决定式:

I = nesv

n 表示单位体积内的自由电荷数;e自由电荷的电量; s为导体横截面积; v为自由电荷定向移动的速率。

因此,我们从电荷方面入手是正确的,基于上面的这几个理论,我们做如下的解释。

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自由电子通过导体遇到阻碍,因此电阻率只和材料有关,电阻率跟导电性大小有关,越导电的材料电阻率越小,电阻就越小;导体的长度越长阻碍的部分会增加,会阻碍电子运动,电子运动速率会减慢,电阻就很越大;横截面积越大,自由电子单位时间内通过的电荷量越多,电流就越大,阻碍作用就越小,电子运动速率会变大,电阻就越小。关于温度的论断,应该和微观粒子的热运动有关系。

至此,我们清楚了电阻的定义是背后的物理意义。

串联与并联电阻分析

1.串联不就相当于增加了导体的长度,公式就是纯粹的电阻之和。

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2.并联就相当于增加了导体的横截面积,关于其计算公式如下:

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并联公式证明:

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I总=I1+I2+......+In

U总=U1=U2=……=Un;

根据欧姆定律,U/I=R,并取倒数得:

1/R总=1/R1+1/R2+……+1/Rn

证明完毕。

所以呀,只要说清楚,这其实很简单的,考试不需要背,直接上手都可以。可惜有的老师根本不会教我们这种思想,而我们自己当时又不知道,所以呀才会令人乏味。

并且,国内的教学好像不是很注重基本理论和基本原理的分析与演示,导致我们学习的时候经常理解不到位,只会做题,只会计算。我们很多东西,包括数学方面的理解,都要从国外的网站上去学习和转载。不过近几年来很多人都意识到了这一点,开始注重演示效果,利于学生理解和学习了。

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