為什麼用電器短路時經過用電器的電流非常小以至於用電器不正常工作?
在用電器與導線並聯的情況下,用電器被短接,在認為導線的電阻非常小的情況下,通過導線的電流非常大,總電流非常大,但是根據初中課本所介紹的歐姆定律(I=U/R),通過被短接用電器的電流與用電器被短接之前相比應該不變 因為用電器兩端電壓不變且用電器電阻不變,這樣用電器應該仍能正常工作,但事實是用電器被短接後不能正常工作,為什麼會這樣?是用電器兩端電壓變化了嗎?為什麼用電器兩端電壓會變化?
電氣工程專業三年級哈士奇路過
題主說的電路應該是這樣的
讓我們合上燈的開關,毫無疑問,燈亮了。關門,放圖:
然後題主喪心病狂的把下面的那個開關也給閉合了。(不要重複!不要重複!不要重複!實驗室重複本實驗你會被實驗老師罵死的同時賠掉一個恆壓源!)
於是題主驚奇的發現電路理論給出的現象和事實不同。誰都知道,下面一個開關閉合的同時就把燈短路了,燈應該滅掉才對。
實踐是檢驗真理的唯一標準。
——某人
當理論和實踐出現矛盾的時候,你應該跟我一樣大聲的說,愚蠢的地球人,修改理論吧!!!
在題主的理論體系中,我們看到電壓源具有這樣的一個特點:
這是個恆壓源,也就是說,電源兩端不管是否輸出電流,電源始終保持100V的電壓。
很明顯地球人的理論和地球人做實驗的時候,用的元件是不同的。
最簡單的例子,地球人理論裡面用了大量沒有電阻的導線,可是地球人的實驗用導線都是有電阻的。超導體研究了那麼多年,目測剛摸到門把手。
同樣的道理,地球人理論中,電源都是沒有內阻的。可是實際上電源是有內阻的,因為內阻的存在,理論中金剛不壞的電燈泡萎掉了。
現在我們來模擬帶內阻的電源。關門,放圖:
現在題主合上了電鍵(開關)S1,發現燈亮了。
然後題主就像在題目中描述的那樣,閉合電鍵(開關)S3:
(不要實物重複本實驗!不要實物重複本實驗!不要實物重複本實驗!理由同上!這一次除了你燒掉一個電壓源之外還搭上了一個小電阻!)
燈萎掉了。問題的答案就在這裡:因為真實的電源有內阻,所以在理論中能夠繼續工作的用電器在被短路後無法工作了。
現在,我們繼續分析燈滅掉的原因。
我們在電路中的燈兩端接入電壓表,在燈的支路和電源的幹路上接入電流表,繼續放圖:
然後閉合電鍵S1:
大概的能夠發現,電燈兩端的電流是1A,電壓接近100V,也就是題主理論中計算出的值。而偏差的那些,就是由於題主理論中沒有電源內阻的原因。
考慮內阻之後,燈泡兩端電壓大概是95V,跟額定電壓差不多。所以燈亮了。
然後題主喪心病狂的又一次閉合了電鍵S3:
就成了這個樣子,燈兩端的電壓20nV,流過電流2nA,這燈要是還能亮那才是活見鬼了。
並不是因為但是我們看到,電源輸出的電流不但沒有減小,而且還增加了20倍。只不過這一次,20安培的電流全都從下面流走了,電流也是偷懶的,能不做功就不做功,從燈上走還要發光,多煩躁。
所以,電源電壓全都落在內阻上了。如果你學過焦耳定律,那麼很明顯,一會這電源就該冒煙了。
所以實驗室里,絕對不允許電源短接。No Zuo NO DIE!
最後在模擬一張圖:如果題主那樣的電源,沒有內阻的時候短接會怎樣吶?
導線並不能把電燈兩端拉成等勢體,燈兩端仍然有90V的電壓。電流也接近1A。
而短路的那個開關S3兩端,也有90V的電壓,但是電流已經大到無法描述的地步。
最後在一次警告:
不要在實驗室重複本實驗!不要在實驗室重複本實驗!不要在實驗室重複本實驗~~
這一次你除了燒掉一個電源之外,一定還會買一贈一的毀掉一個電流表,此言童叟無欺如假包換。
嗯,我是不是應該發個多圖預警?Orz
你要懂了幹什麼呢? 空氣開關選大了 就跳了外面的總溶絲。絕緣損壞就燒毀唄。觸電(漏電)保安器測試不靈就叫壞,換吧。外面回答問題的不懂的都好多,出故障找電工修理,專業的事情讓專業的人去做。想學電,那就老老實實從電工基礎學起。沒基礎的怎麼嘮嗑,…
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之前說的不太嚴謹,更新一下。
在考慮電源內阻並忽略導線電阻的情況下,導線可以被視為等勢體。
此時就像@馬海寧同學貼的倒數第二張圖的情況,用電器兩端電壓被強行拉到~0V,因此電流為0。 考慮導線有極小電阻時,導線近似為等勢體,電壓不為0但非常小,因此根據歐姆定律,流過用電器的電流也小到可以忽略,用電器不能工作,題主可以參考該答主在這一情況下的結論。
馬海寧同學實際上是替我論證了這一觀點。在此表示感謝。
但對於馬海寧同學貼的最後一張圖的情況,其基於軟體模擬的結論是有問題的。
無窮大的電流可能來自於軟體把導線電阻當作0來計算,因為0不能作分母,所以軟體報錯(或由於導線電阻過小,電流表溢出,本人對軟體不熟悉,只是猜測)。實際情況下雖然電流可以非常大,但總不是無限大的。就算各電路元件包括導線不會被燒壞,也會由於被加速的電子與金屬晶格碰撞損失能量而達到某一最大平均速度。這時導線的電阻變大到不可忽略,且對於任何一丁點電壓的增加,導線電阻率都會相應增加並最終抵消電壓增加的作用,使導線支路電流維持在飽和電流。這樣的導線已經不是傳統意義上的導線,而是相當於一個較大的電阻和用電器並聯,只要在其兩端加適當電壓,用電器是可以正常工作的。馬海寧同學最後一圖的結論便是如此。然而其錯誤之處也在於此,把無內阻的理想恆壓源強行加在導線和用電器兩端,而無視導線上無窮大的電流的不合理性。這樣做的後果就是導線電流表數據溢出,而用電器電流表顯示正常,且兩個電壓表測量的實際上是恆壓源輸出的電壓,當然是個很大的值(至於為什麼有偏差,猜測可能還是與軟體里導線電阻的設置有關)。
鑒於題主要討論的僅限於電源有內阻的實際情況,本人就不再繼續開腦洞了。
有時間的話再來補幾張圖,光文字看著也怪累的。
下面是最初的回答…………………………
看不下去了。難道並聯上去的導線在低頻情況下不是等勢體?導線強行把用電器兩端電壓拉到接近於零,你再套用歐姆定律試試。
歐姆定律當然還是正確的。
題主可能沒有實踐過,實際上你在短接後,再測負載電壓其實數值就是0(受制於測量精度,實際上肯定有微小電勢差)。
按著題主的思路,我來解釋一下,題主你的邏輯沒錯,但是和實際有巨大差距。
因為你假設負載是由理想的電壓源驅動的,而這種情況只存在於理論中。
而在實際電路中,電源的輸出功率一定(理論計算即可等效為電源的內部阻抗一定),等效的內部阻抗加上外部阻抗即總的阻抗。再用標準的電壓源除以這個總阻抗值,即實際的總電流。總電流再按導線和負載設備的阻抗的倒數分配。
爪機打字機好痛苦,出差在外沒帶自己的電腦。。。
最簡單的直流純阻性負載電路已經有排名第一的同學提供了模擬,可以參考看下。還嫌複雜可以看一下 電路原理
如果無法在大腦中意淫出短接 那麼請把短接線想像成電阻極低的電阻 發生短接時相當於相當於此電阻與用電器並聯 此時通過並聯電路的演算法可以得出 由於用電器電阻相對於導線的電阻極大 使得其上電流極小 而導線上電流極大
電源有內阻.
還有,題真這樣對220做了,大概效果是猛烈的電弧加空開跳了。如果空開選的不好沒準整個樓的母線都能給整跳了。用手操作被電弧燒傷進醫院妥妥的。用導線把電源短路了以後,用電器已經不在考慮範圍之內了,因為電源已經崩潰了。或者:
1,此短路電流為故障電流,會觸發線路中的各種保護,從而切斷故障線路,而與故障線路並聯的用電器也一樣被切除了,沒電了還談什麼?
2,無論何種情況,用電器都有其設計的負載狀況的,包括運行電流,一旦低於其設計的運行電流範圍,則進入故障範圍,故障狀態下還談什麼正常運行?
也可以這樣解釋:
在用電器與導線並聯的情況下,用電器被短接,用電器兩端電勢差為0, 也就是說用電器的輸入電壓為0. 所以用電器就不工作了啊..
你想的是理想情況
直接原因是忽略了線路阻抗,更深的你對電路理解不深,電力知識了解較少。
沒別的意思,多看回帖人的帖子讓你學到很多,產生更多的疑問其實正如題主所猜想的用電器電壓變了,短路的時候就是用電器兩端電壓變了,變得幾乎為0v了所以根據i=U/R用電器電流也幾乎為0A。
原因看圖,1ohm為電源內阻,1uohm可視為短路導線的等效電阻。根據串聯電阻分壓原理即可發現被短路的燈的電壓幾乎為0v所以通過電流也幾乎為0A.
猛地一看題目以為是低壓配電的問題,L線與N線短接斷路器不是要立馬跳的么。。
看了描述覺得應該是高中電路問題吧。。 U=IR是對的,在考慮了電源內阻以及導線電阻的情況下就會發生提住所提問的情況:在一個考慮電源內阻的電路模型中,如果用電器被短接,電路中電流會很大,從而使用電器兩端電壓很低(電源內阻與用電源外部電阻看作串聯)。 當然,題主的年齡也可能還沒有讀高中,那麼,等你讀高中進一步學習就明白了。
因為實際的電源不是理論電源,總電流是有上限的。
不能只考慮電氣特性而不考慮化學特性和物理特性
實際上電氣特性你也沒考慮全,電導也有溫度參數
用電器和導線實際上組成的是串聯電路
正常工作時電流較小,導線上的分壓很小,基本上可以認為是理想導線
在短路時,電流很大,導線上的分壓很大,落到用電器上的電壓就很小了
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