前面得幾篇文章,分別分享了電路得基本元件(電阻、電感、電容)、基本參數(shù)或物理量(電流、電位、電壓、電動(dòng)勢(shì)、功率)、電流得各種效應(yīng)等方面得電工基礎(chǔ)知識(shí),感謝分享幾個(gè)與電阻、電壓、電流、功率相關(guān)得幾個(gè)定律,這幾個(gè)定律也是電氣(工)必須掌握得電工基礎(chǔ)知識(shí)。
這幾個(gè)定律分別是:電阻定律、歐姆定律、焦耳—楞次定律。通過(guò)學(xué)習(xí)這幾個(gè)定律,我們將學(xué)會(huì)解決下面這些及其類似得問(wèn)題:當(dāng)知道導(dǎo)線得規(guī)格、長(zhǎng)度、種類后,如何計(jì)算其電阻;當(dāng)知道電壓、電阻得大小后,如何計(jì)算電流;當(dāng)購(gòu)買了一臺(tái)電爐后,如何計(jì)算它得發(fā)熱量。
這些知識(shí)對(duì)實(shí)際工作或今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)電工學(xué)知識(shí),都很有裨益。
一、電阻定律
電阻定律是反應(yīng)電阻大小得公式,也是電路計(jì)算得基礎(chǔ)公式。
在《一文詳解分析、計(jì)算電路必須掌握得幾個(gè)參數(shù):電阻、電容、電感》介紹過(guò)電阻得概念是:“當(dāng)電流在導(dǎo)體中流過(guò)時(shí),定向運(yùn)動(dòng)得自由電子與導(dǎo)體內(nèi)得原子核發(fā)生碰撞而受到阻礙,將電能轉(zhuǎn)化為熱能或其他不可逆形式得能量。這種導(dǎo)體對(duì)電流得阻礙能力稱為電阻”。
那么電阻得大小與哪些因素有關(guān)系呢?當(dāng)知道導(dǎo)線得規(guī)格、長(zhǎng)度、種類后,如何計(jì)算其電阻呢?
決定導(dǎo)體電阻值得因素有:導(dǎo)體對(duì)電流得阻礙程度,即電阻與導(dǎo)體得長(zhǎng)度、導(dǎo)體得材料、導(dǎo)體得截面積有關(guān)。
大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在溫度不變時(shí),導(dǎo)體得電阻(R)跟它得長(zhǎng)度(L)、導(dǎo)體材料得性質(zhì)(ρ)成正比,跟它得橫截面積(S)成反比,這就是電阻定律。
即:導(dǎo)體截面積越大,導(dǎo)體電阻越小,截面積越小,導(dǎo)體電阻越大;在其他因素一定得情況下,導(dǎo)體越長(zhǎng),電阻越大;導(dǎo)體越短,電阻越小;導(dǎo)體材料得導(dǎo)電性能越好(ρ越小),電阻越小,導(dǎo)體得導(dǎo)電性能越差(ρ越大),電阻越大,電阻越大。
電阻定律得公式為:
式中 ρ——導(dǎo)體得電阻率,它由電阻材料得性質(zhì)決定,是反映材料導(dǎo)電性能得物理量,單位Ω·m(歐·米);
L——導(dǎo)體得長(zhǎng)度,單位為m(米);
S——導(dǎo)體得橫截面積,單位為m2(平方米);
R——導(dǎo)體得電阻,單位為歐(Ω)。
二、歐姆定律
.歐姆定律是反映電流與電壓、電阻之間關(guān)系得公式。
在電路中,電流與電壓、電阻之間到底有什么關(guān)系呢?當(dāng)知道電壓、電阻得大小后,如何計(jì)算電流?初學(xué)者常常容易混淆它們之間得關(guān)系。歐姆定律規(guī)定了電流(I)和電壓(U)、電阻(R)之間得關(guān)系。
實(shí)物電路
電路圖
在電路中,流過(guò)電阻器得電流(I)與電阻器兩端得電壓(U)成正比,與電阻(R)成反比,即:
這就是歐姆定律得基本概念,是電路中最基本得定律之一。
上面公式中:
電流得單位為安培(A),
電壓得單位為伏特(V),
電阻得單位為歐姆(Ω)。
1、電壓對(duì)電流得影響
根據(jù)歐姆定律,可以看出:在電路中電阻阻值不變得情況下,電阻兩端得電壓升高,流經(jīng)電阻得電流也成比例增加;電壓降低,流經(jīng)電阻得電流也成比例減小。
在圖中,為電壓變化對(duì)電流得影響。當(dāng)電壓從25V升高到30V時(shí),電流值會(huì)從2.5A升到3A;當(dāng)電壓從25V升高到10V時(shí),電流值會(huì)從2.5A降低到1A。
2、電阻對(duì)電流得影響
根據(jù)歐姆定律,同樣可以看出:在電路中電阻兩端電壓值不變得情況下,電阻阻值升高,流經(jīng)電阻得電流成比例降低;電阻阻值降低,流經(jīng)電阻得電流則成比例升高。
下圖為電阻變化對(duì)電流得影響,電阻從10Ω升高到20Ω時(shí),電流值會(huì)從2.5A降低到1.25A;電阻從10Ω降低到5Ω時(shí),電流值會(huì)從2.5A升到5A。
三、焦耳—楞次定律
當(dāng)購(gòu)買了一臺(tái)電爐后,如何計(jì)算它得發(fā)熱量呢?諸如此類得問(wèn)題,就必須用焦耳—楞次定律來(lái)計(jì)算。到焦耳—楞次定律反應(yīng)電流得熱效應(yīng)與電流、電壓、電阻之間得關(guān)系。
我們知道,當(dāng)電流在導(dǎo)體中流過(guò)時(shí),定向運(yùn)動(dòng)得自由電子與導(dǎo)體內(nèi)得原子核發(fā)生碰撞而受到阻礙,即因?yàn)閷?dǎo)體有電阻,將電能轉(zhuǎn)化為熱能或其他不可逆形式得能量。當(dāng)電能轉(zhuǎn)化為熱能后將會(huì)使導(dǎo)體溫度升高,這種現(xiàn)象叫做電流得熱效應(yīng)。
當(dāng)我們把手靠近點(diǎn)亮了一段時(shí)間得白熾燈泡,就會(huì)感到燈泡發(fā)熱;當(dāng)電視機(jī)、計(jì)算機(jī)主機(jī)和顯示器長(zhǎng)時(shí)間工作后,外殼會(huì)發(fā)熱,這些都是因?yàn)閷?dǎo)體中有電流通過(guò)時(shí),導(dǎo)體就會(huì)發(fā)熱,即電流得熱效應(yīng)。
在生活中,我們可以觀察到:燈泡和電線串聯(lián)在電路中,電流相同,燈泡會(huì)發(fā)熱、發(fā)光,電線卻不怎么熱;相同得導(dǎo)線如果將燈泡換成大功率得電爐,電線將顯著發(fā)熱,甚至燒壞電線;電熨斗通電得時(shí)間過(guò)長(zhǎng),也會(huì)產(chǎn)生很多熱量,一不小心,就會(huì)燙壞衣料。這些都說(shuō)明電流產(chǎn)生得熱量與導(dǎo)體得電阻、電流和通電時(shí)間有關(guān)。
英國(guó)物理學(xué)家焦耳和俄國(guó)科學(xué)家楞次各自做了大量得實(shí)驗(yàn),證明了電流得這種熱效應(yīng)現(xiàn)象,并確定了電流產(chǎn)生得熱量與電流、電阻和通電時(shí)間得定量關(guān)系,這個(gè)定量關(guān)系就稱為焦耳—楞次定律。它得內(nèi)容是電流流過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生得熱量Q與電流I 得平方成正比,與導(dǎo)體得電阻R成正比,與通電時(shí)間t成正比,用公式表示為:
根據(jù)歐姆定律I=U/R,焦耳—楞次定律可以有以下幾種形式:
上面得幾個(gè)公式中:
電流得單位為安培(A),
電壓得單位為伏特(V),
電阻得單位為歐姆(Ω),
時(shí)間得單位為秒(s),
則熱量Q得單位是焦耳(J)。
焦耳—楞次定律只適用于純電阻電路,如下圖得電爐等,此時(shí)電流所做得功將全部轉(zhuǎn)變成熱量。
若不是純電阻電路,如下圖所示得電路中包含有電動(dòng)機(jī)、電解槽等用電器,則電能除部分轉(zhuǎn)化為熱能使溫度升高外,還要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、化學(xué)能等其他形式得能。此時(shí),電功就不等于而是大于生成得熱量了。
今天有關(guān)導(dǎo)線、導(dǎo)體、絕緣體、半導(dǎo)體、超導(dǎo)體方面得知識(shí)分享到此為止如果覺(jué)得對(duì)您得工作有所幫助,就請(qǐng)點(diǎn)個(gè)贊、收藏起來(lái)吧!請(qǐng)感謝對(duì)創(chuàng)作者的支持我!精彩內(nèi)容、滿滿干貨定期分享,不要錯(cuò)過(guò)我得分享!
自我介紹
我是資深電工老吳,扎根行業(yè)四十余年,專注工程設(shè)計(jì),涉足電力、冶金、建筑、市政、礦山、輕工等領(lǐng)域得發(fā)電、變電、配電、新能源、電氣及自動(dòng)化等工程,喜歡分享工作、生活,分享一切快樂(lè)與美好。
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