非平衡電橋中間的導線為什麼有電流?
這其實不算電橋電路,而是並聯過後再串聯。但中間導線兩端是等電位=6V,我第一反應是這上面沒有電流,但看過解析再計算髮現6歐電阻流過只有1A電流,上面那個電阻是0.5A的電流,再計算右邊過後發現導線上確實有著0.5A的電流。為什麼會這樣,造成這種現象的原因是什麼?
我們來看題主的圖:
題主的問題是:
發現6歐電阻流過只有1A電流,上面那個電阻是0.5A的電流,再計算右邊過後發現導線上確實有著0.5A的電流。為什麼會這樣,造成這種現象的原因是什麼?
我的回答:
1)兩隻4歐的電阻並聯後等效電阻為2歐,而6歐電阻與3歐電阻並聯後等效電阻亦為2歐,因此電路中各節點的電壓見上圖中的標註。
2)注意到各個節點的電壓:
A點:24V;B點:12V;C點:6V;D點:0V。
3)C點連同它的導線在內,在電路中起到分配電流的作用。
根據基爾霍夫電流定律KCL,我們知道流入節點的電流與流出節點的電流大小相等方向相反。
我們看到,流入C點的電流分別是1.5A和1.5A,合併後為3A;流出C點的電流分別為1A和2A,合併後為3A,符合KCL。
我們看到,題主有計算錯誤。C點流入的兩個電流都是1.5A,不是0.5A。
在配電系統中,我們把類似C點的導線叫做母線。母線的任務就是分配電能。
對於題主的圖來說,C點母線的進線電流為2個1.5A,而出線為1A和2A,因此母線中必定會有0.5A的電流自左至右流向2A的出線側,以實現電流分配。
題主的問題回答完畢。
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現在,我們來看看題主的問題點在哪裡,如下:
問題點1:關於節點電壓
我們仔細看下圖:
D點電壓是人為給定的,並作為零電壓的參考點。注意到我在圖中繪製的電壓參考點符號。
注意:D點的電壓不符合歐姆定律。
例如圖中,我們知道流過D點的電流為3A,但D點的電壓是零,顯然這不符合歐姆定律。
事實上,零電位參考點都有這種性質:零電位參考點的電壓與電流無關。
一個最典型的例子就是零線。儘管零線中流過很大的電流,但零線的電壓卻始終保持為0V,原因就在於零線的電壓與大地等電位,是人為給定的零電位參考電壓。
問題點2:關於節點電流
在節點內部,它的電流關係同樣也不符合歐姆定律。節點電流遵循的規律是基爾霍夫電流定律KCL。
我們看讓題主迷惑的C節點。
C節點的流入電流有兩個,分別是左側的1.5A和右側的1.5A。C節點的流出電流有兩個,分別是左側的1A和右側的2A。由KCL,流入的電流總和與流出的電流總和大小相等方向相反,它們的代數和為零。也即: 。
要使得KCL成立,我們看到C節點內部必然出現0.5A的橫向電流自左至右流到2A的電流流出點,以實現電流的再分配。
由此可知,節點C從本質上講,它的功能就是分配電能(電流)。也因此,在供配電工程中,把類似C點的導線(一般是銅排)叫做母線,擔任電能分配的任務。
相比起歐姆定律,基爾霍夫的兩個定律KVL和KCL,顯得十分重要,它是我們分析電路的利器。歐姆定律、KVL和KCL、疊加原理這四個定律,是我們分析電路的最基本方法。
問題點3:關於理想導線
對於學生而言,他們的心目中認為導線的電阻均為零,也因此,他們把這種導線叫做理想導線。
但我們很容易就知道,導線必定存在電阻,所謂的理想導線根本就不存在。
學生們非常喜歡用超導現象來描述導線,但在實際線路中,幾乎沒有人見過所謂的超導導線。所以,把導線加上理想和超導這兩個名詞,顯得十分幼稚。建議題主今後不要再用這兩個名詞。
題主要更正一下自己的直覺了。既然已經這麼想了,不妨再進一步,假設你的直覺是對的,線上沒有電流,沒有電流的連線,跟開路是一樣的,所以這條線可以從電路中移走。移走以後變成兩個電阻串聯再並聯,不知你有沒看出來,兩邊電阻中間的節點,相對於電源負來說,電位是不一樣的。然後我們在這兩點間加一個比無窮大小一點的電阻,這個電阻上肯定有電流了對不對?如果這個電阻阻值不斷減小,電流依然存在,就算減小到比短路大一點點,還是有電流的,只是因為(敲黑板)電阻很小,兩邊電壓也很低。
最後的最後,電阻終於降到0,電流會因為兩邊電壓為0忽然消失嗎?並不會。那樣的話,就又可以開路,然後又重新出現電壓差。。。
所以其實問題很簡單,導線兩端的電壓是電路中測得的電壓,不是電壓源驅動的電壓。這與「驅動電壓為0所以沒電流」有著本質的區別。而且歐姆定律依然滿足,I x 0 = 0。思維還是高中的,電壓、電阻、電流一體。理想導體沒有電阻,所以即使流過電流兩端電壓也為零,是電流的再分配。那跟導線兩端其實是一個節點,也就是導線等效於一個點。
要判斷圖中這根導線上是否有電流,只需要把這根導線拆除之後看連接的兩點之間是否有電位差,如果有,用導線連接之後就有電流。
先說結論:不要相信直覺,一切拿電路方程為準
理想導線可以看成一個節點,需要滿足KCL。
所以上下分別是兩個電阻並聯分流,因為分流不同,你可以認為電流在中間節點(導線)上重新分配了一次。但是流入電流和等於流出電流和是不變的。
其實我常對學生講,剛開始學電路分析不要相信自己的直覺,解決一切問題都要拿電路方程說話。
我說個秘密,其實電路分析整本書只講了一件事而且第一章就講完了,那就是kvl,kcl,vcr(也就是2b法),後面所有內容都是基於此衍生出來的。謝邀
導線電阻為0,電流為I,電動勢U = I × 0 = 0
所以這個方程是恆成立的,不存在歐姆定理失效的問題。
基爾霍夫定律
好好想一想兩個4Ω並聯,兩個6+3並聯再串到一起。電路變成4+2+2串到一起,匯流排電流變成24%8=3a。4+4並聯電流各自分一半1.5a,6+3各自分電流1+2a,那條導線就要有電流流過。並聯電路電壓相同,電流分配為電阻只比倒數
書上都有,,,
基爾霍夫(電路)定律(Kirchhoff laws)是電路中電壓和電流所遵循的基本規律,是分析和計算較為複雜電路的基礎。中間那根導線可以看做是一個電流源外掛的導線。
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