电工基础知识：电路连接方式与电路定律

电工基础知识：电路连接方式与电路定律

引用

CSDN

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https://blog.csdn.net/weixin_57128105/article/details/144856919

电路连接方式和电路定律是电工学的基础知识，对于理解电路的工作原理至关重要。本文将详细介绍三种基本的电路连接方式（串联、并联、混联）以及两个重要的电路定律（欧姆定律、基尔霍夫定律）。

3.1 电路连接方式

3.1.1 串联电路

定义
串联电路是指将电路元件（如电阻、电容、电感等）逐个顺次首尾相连接的电路。在串联电路中，电流只有一条通路，从电源的正极出发，依次通过各个用电器，然后回到电源的负极。例如，节日里的小彩灯，它们通常是串联连接的。当一个小彩灯损坏时，整个彩灯串就会熄灭，这是因为串联电路中电流路径只有一条，一处断开，整个电路就没有电流通过了。

基本特征

• 单一电流路径：在串联电路中，电流只能沿着一个路径流动。这意味着电流在电路的每个部分都是相同的。
• 电流一致性：无论电路中有多少个元件，流经每个元件的电流都是相同的。这个特性是串联电路的重要特点。
• 电压分配：在串联电路中，整个电路的电压等于各个元件的电压之和。换句话说，电源提供的总电压被分配到每个元件上。每个元件的电压降与其电阻成正比。
• 总电阻计算：串联电路的总电阻是各个元件电阻的总和。公式为：
  总R总=R1+R2+R3+...+Rn
  其中 R1,R2,R3,...,Rn 是各个元件的电阻。

3.1.2 并联电路

定义
并联电路是一种电路连接方式，其中所有的电气元件（如电阻、电源、电容等）并排连接在一起，形成多个独立的电流路径。每个元件的两端都直接连接到电源的两端，因此它们共享相同的电压。

基本特征

• 多个电流路径：在并联电路中，电流可以通过多个路径流动。每个元件都有独立的电流路径。
• 电压一致性：所有并联元件的两端电压相同，等于电源的电压。这意味着每个元件都受到相同的电压影响。
• 电流分配：流经每个元件的电流可以不同，具体取决于每个元件的电阻。根据欧姆定律，电流与电阻成反比，电流较大的元件电阻较小，反之亦然。
• 总电阻计算：并联电路的总电阻与各个元件的电阻关系较为复杂，可以用以下公式计算：
  总1/R总=1/R1+1/R2+1/R3+...+1/Rn
  其中 R1,R2,R3,...,Rn 是各个元件的电阻。

3.1.3 混联电路

定义
混联电路（也称为复合电路或混合电路）是一种电路连接方式，它结合了串联和并联两种电路连接的特点。在混联电路中，电路元件可能既不是完全串联也不是完全并联，而是部分元件串联后与其他元件并联，或者部分元件并联后与其他元件串联，形成了复杂的电流路径。

简单的特征

1. 混合连接方式：混联电路中既有串联部分，也有并联部分。这使得电流有多条路径可以选择。
2. 电流和电压的分配：

• 在串联部分，电流相同，电压分配遵循电阻比例。
• 在并联部分，电压相同，电流分配遵循电阻的倒数比例。

3. 总电阻的计算：混联电路的总电阻计算比单纯的串联或并联电路复杂，通常需要分别计算串联和并联部分的等效电阻，然后再进行组合。
4. 电路的复杂性：由于包含了串联和并联的元素，混联电路的复杂性通常高于简单的串联或并联电路。

小结

1. 电流分配

• 串联：电流在每个元件中按相同的比例分配，因此总电流等于各个元件电流之和。
• 并联：电流在每个元件中按电阻倒数的比例分配，即与电阻成反比。

2. 电压控制

• 串联：由于电流相同，各元件上的电压也相等，这有助于实现电压的一致性。
• 并联：电压在每个元件上都是相同的，这使得每个元件都能获得相同的电压。

3. 可靠性

• 串联：如果一个元件故障，整个电路将停止工作，因此其可靠性较低。
• 并联：单个元件的故障不会影响其他元件的工作，因此具有较高的可靠性。

补充：下图为串联和并联的简单示意图

3.2 电路两大定律

3.2.1 欧姆定律

欧姆定律是电学中一个基本而重要的定律，它描述了电流（I）、电压（V）和电阻（R）之间的关系。该定律由德国物理学家乔治·西蒙·欧姆于1827年提出。欧姆定律的数学表达式为：
V=I×R

变量解释

• V：电压，单位是伏特（V），表示电路中两点之间的电势差。
• I：电流，单位是安培（A），表示电荷流动的速率。
• R：电阻，单位是欧姆（Ω），表示物质对电流流动的阻碍程度。

欧姆定律的应用

1. 计算电流：如果已知电压和电阻，可以通过公式 I=VR 计算电流。
2. 计算电压：已知电流和电阻时，可以通过公式 V=I×R 计算电压。
3. 计算电阻：如果已知电压和电流，可以通过公式 R=VI 计算电阻。

欧姆定律的图示

欧姆定律可以用电流-电压（I-V）图来表示。在这个图中，电流（I）与电压（V）之间的关系是线性的，对于给定的电阻，电流与电压成正比。这意味着在一定范围内，电阻是恒定的。

3.2.2 基尔霍夫定律

基尔霍夫定律是电路分析中的两个基本定律，由德国物理学家古斯塔夫·基尔霍夫于1845年提出。这两个定律分别是基尔霍夫电流定律（KCL）和基尔霍夫电压定律（KVL），它们对于理解电路的行为非常重要。

基尔霍夫电流定律（KCL）

定义：基尔霍夫电流定律指出，在任何一个电路节点（交汇点），进入该节点的电流总和等于离开该节点的电流总和。换句话说，电流在节点处的“守恒”原则。

数学表达：
进入离开∑I进入=∑I离开
这意味着如果有多个电流流入和流出一个节点，所有流入的电流之和等于所有流出的电流之和。

应用：

• 用于分析复杂电路中的电流分配。
• 确定节点处的电流关系。

基尔霍夫电压定律（KVL）

定义：基尔霍夫电压定律指出，在任何闭合电路中，沿着电路回路的电压升高总和等于电压降低总和。换句话说，电压在回路中的“守恒”原则。

数学表达：
升降∑V升=∑V降
这意味着在一个闭合回路中，各个电源提供的电压（升）与电阻等元件上的电压降的总和相等。