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全电路欧姆定律

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好的,全电路欧姆定律(也称为闭合电路欧姆定律)是描述包含电源的完整闭合回路中电流、电动势、内电阻和外电阻之间关系的定律。

核心内容:

在一个由电源(电动势为 E)和负载电阻(外电阻为 R)组成的闭合电路中,电源内部也存在电阻(称为内电阻,用 r 表示)。此时,电路中的电流强度 I 与电源的电动势 E 成正比,与整个电路的总电阻(R + r)成反比。

公式表达:

I = E / (R + r)

其中:

公式变形:

  1. E = I(R + r): 这表示电源的电动势等于电流在整个回路(包括外电阻R和内电阻r)上产生的电压降之和。
  2. U = IR = E - Ir: 这是路端电压(外电压)U的计算公式。
    • U = IR : 路端电压等于电流在外电阻上的压降。
    • U = E - Ir最重要的推论之一。它表明:
      • 路端电压 U 等于电源电动势 E 减去电流在电源内阻 r 上产生的压降 Ir
      • 当电路断开(开路)时,I = 0,此时 U = E。这就是为什么用电压表直接测电源两端电压(近似)等于电动势。
      • 当电路接通时,只要有电流通过(I > 0),路端电压 U小于电源电动势 E。差值就是内阻上的压降 Ir
      • 外电阻 R 越大,电流 I 越小(根据 I = E/(R+r)),内阻压降 Ir 越小,路端电压 U 越接近电动势 E
      • 外电阻 R 越小,电流 I 越大,内阻压降 Ir 越大,路端电压 U 下降得越厉害(例如电池用旧了内阻变大,接上负载后电压下降明显,灯泡变暗)。
      • 当外电路短路(R ≈ 0)时,电流 I ≈ E / r(非常大!),路端电压 U ≈ 0。这是非常危险的情况,可能烧毁电源或导线。

关键点总结:

  1. 研究对象: 包含电源电动势 E 和电源内阻 r完整闭合回路
  2. 核心公式: I = E / (R + r)
  3. 重要推论: 路端电压 U = E - Ir
  4. 物理意义: 阐明了电源电动势、内阻、外阻共同决定了电路电流的大小以及路端电压的变化规律。它揭示了电源内部也存在能量损耗(Ir 转化为内能),解释了为什么负载时电源两端电压会下降。

简单来说:全电路欧姆定律告诉我们,在一个有电源的闭合电路里,电流的大小等于电源的“总推动力”(电动势)除以整个电路中阻碍电流流动的总阻力(外电阻和内电阻之和)。

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