欧姆定律和电功率

为了分析DC电路,通常我们使用不同的方法,例如欧姆的法律,网络定理和其他电路简化工具。DC电路分析主要是为了确定与电子电路的一个或多个元件相结合的电压,电流,电阻和功率等未知量。作为简化电路的基本法,欧姆的定律定义了电压,电流和电阻之间的线性关系。让我们详细了解这个欧姆的法律。

欧姆的法律

它是探索电路中电压、电流和电阻之间关系的基本、最重要和重要的定律。它指出,在恒定的温度下,流过电路的电流与电路上的电压或电位差成正比。

在代数形式中,V∝I

v = IR.

在哪里

我是流过电路的电流,它在放大器中测量

V是施加在电路上的电压,单位是伏特

并且R是比例常数,称为在欧姆中测量的电阻。

这个电阻也用千欧姆、兆欧姆等来表示。

因此,欧姆定律告诉我们,电路中的电流与电压成正比,与电路中的电阻成反比。欧姆定律可以应用于单个部件,也可以应用于整个电路。

数学上,电流I = V/R

电压,v = IR

抗性,r = v / i

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欧姆法律三角形

下面的安排表明,欧姆法律中不同数量之间的关系称为欧姆法三角形。这是一种描述的简单方法,也很容易记住电压,电流和电阻之间的关系。

欧姆法律三角形

上图显示了欧姆的法律三角形,其中包括电压,电流和电阻及其公式的各个术语由基本欧姆法方程表示。在上图中,从剩余的两个参数计算一个参数。因此,可以得出结论,当电阻高时,当任何施加电压的电阻较低时,电流将低,电流高。

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电力

电能给出了能量通过电路传递的速率。电功率是以瓦特为单位计算的。当电压导致电流在电路中流动时,就会消耗这种功率。

因此,电力是电压和电流的乘积。

数学上,P = VI

从欧姆法,v = IR和i = v / r

代替电力方程

P =我2R

P = V2/ R.

因此,电力P =VI或I2R或V2/ R.

这些是在电路中找到电力的三个基本公式。因此,当已知两种数量中的任何一个时,可以计算电力。

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功率三角形

与欧姆定律三角形相似,下图显示了功率三角形,给出了功率、电压和电流之间的关系。单个参数方程很容易记住。对待测参数进行四舍五入和隐藏,其余两个参数位置给出寻找隐藏或四舍五入参数的公式,如下图所示。

功率三角形

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欧姆定律饼状图

在以上两个概念之前,还有一种利用欧姆定律求电路参数的方法,即欧姆定律饼图。使用欧姆定律饼图,就可以很容易地记住所有计算电压、电流、电阻和功率的公式,这些都是简化简单或复杂电路所必需的。

欧姆定律饼状图

上图显示了饼图,其提供功率,电压,电流和电阻之间的关系。该图表分为四个电源,电压,电阻和电流单位。每个单元由三种公式组成,每个配方具有两个公式的已知值。从图表中,为了在电路中查找每个参数,我们可以使用可用的三种公式中的任何一个。

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欧姆法的图形表示

为了更好地理解该概念,下面给出了实验组,其中具有六个电池(每个2V)的可调电压源通过电压选择开关连接到负载电阻。电压表和电流表等测量仪器也连接到电路以测量电路中的电压和电流。

具有负载电阻的可调电源
具有负载电阻的可调电源

首先连接10欧姆电阻,并将选择开关置于位置1。然后安培计的读数是0.2A,电压表的读数是2V,因为I = V/R,即I = 2/10 = 0.2A。接下来改变选择开关位置到第二电池,应用4V横跨负载,并记录下安培计读数。当选择器从第一个位置逐步改变到最后一个位置时,我们将分别得到电压值为2、4、6、8、10和12的电流值,如0.2、0.4、0.6、0.8、1、1.2。

同样地将20欧姆电阻置于10欧姆电阻器,并如上所述进行相同的步骤。我们将获得电流0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6的值分别为2,4,6,8,10和12V的电压值。绘制这些值的图表,如下所示。

欧姆定律的图示
欧姆定律的图示

在上述图表中,对于给定电压,当电阻更大时,电流较小。考虑如果电阻为10欧姆,则电流值为1.2a的电压12V的情况下,如果电阻为10欧姆,则电阻为20欧姆。类似地,对于相同的电流,电压更大,因为电阻大。从上述结果时,当电阻恒定时,电压与电流的比率是恒定的。因此,电压和电流之间的关系是线性的,并且该线性曲线的斜率得到陡峭的电阻较大。

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欧姆定律的例子

考虑以下电路,其中6V电池连接到6欧姆负载。电流表和电压表连接到电路实际上测量电流和电压。但是使用欧姆的法律,我们可以找到如下所示的当前和电力。

从欧姆定律

v = IR.

I = V / R

我= 6/6

I = 1安培

幂,P = VI

P = 6×1

p = 6瓦特

但实际上,由于电池的内阻,电流表显示不出确切的值。将电池内阻计算在内(假设电池内阻为1 ω),则电流值为:

欧姆定律的例子

电路的总电阻是6 +1 = 7欧姆。

电流,I = V/R

我= 6/7

I = 0.85安培

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汽车前大灯电路

下图是不包括控制电路在内的汽车前照灯电路。应用欧姆定律,我们可以算出流过每盏灯的电流。一般情况下,每盏灯都与电池并联,这样即使有人损坏,其他的灯也能发光。一个12v的电池提供给这些并联灯,灯的电阻为2.4(在这种情况下考虑)。

汽车前大灯电路

电路的总电阻是r = R1x R2 /(R1 + R2),因为它们并联。

r = 5.76 / 4.8 = 1.2

那么流过电路的电流是I = V/R

I = 12/ 1.2

我= 10a。

流过各个灯的电流是I1 = I2 = 5 A(由于电阻相同)

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欧姆对AC电路的法律

一般来说,欧姆定律也适用于交流电路。如果负载是感性的或容性的,那么也要考虑负载的电抗。因此,考虑电抗效应,对欧姆定律作一些修改,可应用于交流电路中。由于交流电中的电感和电容,电压和电流之间会有相当大的相角。交流电阻也称为阻抗,用Z表示。

因此,交流电路的欧姆定律为

E =工业区

我= e / z

z = e / i

其中E是AC电路中的电压

I是电流和

Z是阻抗。

上式中各参数均为复形,复形中包含相位角。与直流电路的饼图类似,交流电路的欧姆定律饼图如下所示。

交流电路欧姆定律

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欧姆定律的例子(交流电路)

考虑下面的电路,其中交流负载(电阻和电阻的组合)在10V,60Hz的AC电源上连接。负载具有5欧姆的电阻值和10mH的电感。

欧姆定律的例子

那么负载的阻抗值,Z = R + jXl

Z = 5 + j(2∏×f × L)

Z = 5+ J(2×3.14×60×10×10-3)

相位角为-37.016时,Z = 5 + j3.76欧姆或6.26欧姆

流过电路的电流为

I = V / Z

= 10 /(5+ J3.76)

= 1.597A,在-37.016的相位角

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