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
電阻
定義:導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用就叫該導(dǎo)體的電阻。不同的導(dǎo)體,電阻一般不同,電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì)。定義式如下:
因此,我們應(yīng)該清楚了歐姆定律的本質(zhì)到底是什么,為啥電阻跟電壓和電流沒有關(guān)系,就是因?yàn)殡娮枋菍?dǎo)體本身的一種屬性,因此導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體是否接入電路、導(dǎo)體中有無電流、電流的大小等因素?zé)o關(guān)。
所以本次分析電阻要從電荷的角度說起,也就是從自由電子在導(dǎo)體內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)去討論電阻的一些性質(zhì),并結(jié)合了初中電學(xué),以及串聯(lián),并聯(lián)等基本電路結(jié)構(gòu)來分析。
我們在學(xué)電學(xué)的時(shí)候常聽見什么串聯(lián)電阻大,并聯(lián)電阻小,為啥呀,其背后的物理意義是什么呢?
初中電學(xué)的一些論斷
關(guān)于電阻的決定式如下:
表征決定電阻大小的一些因素。
1、長度:當(dāng)材料和橫截面積相同時(shí),導(dǎo)體的長度越長,電阻越大。
2、橫截面積:當(dāng)材料和長度相同時(shí),導(dǎo)體的橫截面積越小,電阻越大 。
3、材料:當(dāng)長度和橫截面積相同時(shí),不同材料的導(dǎo)體電阻不同 。例如,超導(dǎo)體的電阻率為零,所以超導(dǎo)體電阻為零
4、溫度:對(duì)大多數(shù)導(dǎo)體來說,溫度越高,電阻越大,如金屬等;對(duì)少數(shù)導(dǎo)體來說,溫度越高,電阻越小,如碳 。
大家看了上面這些東西,覺得把問題說清楚了沒有,我覺得并沒有說清楚,還差什么呢?
憑什么就說這些因素就能影響電阻的大小呢?關(guān)于其本質(zhì)還是沒有說清楚,只是我們根據(jù)公式來推出來的結(jié)論,這并沒有說服我。
電阻本質(zhì)
我繼續(xù)從電荷的本質(zhì)方面,結(jié)合自由電子運(yùn)動(dòng)的角度分析一下上面的定義式所存在的問題。
下面有幾個(gè)理論基礎(chǔ):
1.金屬導(dǎo)體中的電流是自由電子定向移動(dòng)形成的。
2.自由電子在運(yùn)動(dòng)中要與金屬正離子頻繁碰撞,每秒鐘的碰撞次數(shù)高達(dá)10的15次方左右。
3.這種碰撞阻礙了自由電子的定向移動(dòng),表示這種阻礙作用的物理量叫作電阻。
4.不但金屬導(dǎo)體有電阻,其他物體也有電阻。
5.導(dǎo)體的電阻是由它本身的物理?xiàng)l件決定的,金屬導(dǎo)體的電阻是由它的材料性質(zhì)、長短、粗細(xì)(橫截面積)以及使用溫度決定的。
6.電流的定義式:
即通過導(dǎo)體橫截面的電荷量Q跟通過這些電荷量所用的時(shí)間t的比值。
電流的決定式:
I = nesv
n 表示單位體積內(nèi)的自由電荷數(shù);e自由電荷的電量; s為導(dǎo)體橫截面積; v為自由電荷定向移動(dòng)的速率。
因此,我們從電荷方面入手是正確的,基于上面的這幾個(gè)理論,我們做如下的解釋。
自由電子通過導(dǎo)體遇到阻礙,因此電阻率只和材料有關(guān),電阻率跟導(dǎo)電性大小有關(guān),越導(dǎo)電的材料電阻率越小,電阻就越小;導(dǎo)體的長度越長阻礙的部分會(huì)增加,會(huì)阻礙電子運(yùn)動(dòng),電子運(yùn)動(dòng)速率會(huì)減慢,電阻就很越大;橫截面積越大,自由電子單位時(shí)間內(nèi)通過的電荷量越多,電流就越大,阻礙作用就越小,電子運(yùn)動(dòng)速率會(huì)變大,電阻就越小。關(guān)于溫度的論斷,應(yīng)該和微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)系。
至此,我們清楚了電阻的定義是背后的物理意義。
串聯(lián)與并聯(lián)電阻分析
1.串聯(lián)不就相當(dāng)于增加了導(dǎo)體的長度,公式就是純粹的電阻之和。
2.并聯(lián)就相當(dāng)于增加了導(dǎo)體的橫截面積,關(guān)于其計(jì)算公式如下:
并聯(lián)公式證明:
I總=I1+I2+......+In
U總=U1=U2=……=Un;
根據(jù)歐姆定律,U/I=R,并取倒數(shù)得:
1/R總=1/R1+1/R2+……+1/Rn
證明完畢。
所以呀,只要說清楚,這其實(shí)很簡單的,考試不需要背,直接上手都可以。可惜有的老師根本不會(huì)教我們這種思想,而我們自己當(dāng)時(shí)又不知道,所以呀才會(huì)令人乏味。
并且,國內(nèi)的教學(xué)好像不是很注重基本理論和基本原理的分析與演示,導(dǎo)致我們學(xué)習(xí)的時(shí)候經(jīng)常理解不到位,只會(huì)做題,只會(huì)計(jì)算。我們很多東西,包括數(shù)學(xué)方面的理解,都要從國外的網(wǎng)站上去學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)載。不過近幾年來很多人都意識(shí)到了這一點(diǎn),開始注重演示效果,利于學(xué)生理解和學(xué)習(xí)了。
總結(jié)
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