电阻器如何同时影响电流和电位?

电器工程 电阻器 欧姆定律
2022-01-23 17:28:38

尽管电阻器总是作为最简单的组件之一引入,但它对我来说最没有意义。

欧姆定律将电阻定义为 $$R = \frac{V}{I}$$ 这意味着电压定义为 $$V = I \cdot R$$,电流定义为 $$I = \frac{V }{R}$$。

因此,根据法律,电阻器必须同时影响电压和电流,但现实情况是它只改变一种尺寸。

  1. 降低电压
  2. 降低电流

这对我来说没有多大意义,因为根据我的理解,电压和电流必须降低,但在常见的 LED 电阻器示例中,它只影响一种尺寸:

$$ U = 9V\\ I = 30mA\\ R = 300Ω $$

您还会发现仅影响电压的用例。我如何解释这个?

决定电阻是否影响电压或电流的因素是什么?

4个回答

没有决定电压或电流是否降低的因素。这整个概念是错误的。

您正在寻找的简单声明是:

电阻器定义了电压和电流之间的关系

也就是说,如果电流是固定的,则电阻器定义了电压。如果电压是固定的,则电阻器定义电流。

在所有三个欧姆定律公式中,您将拥有三个值中的两个作为固定值 - 您通过测量或其他方式知道的值,第三个变量是您想要找到的变量。从那里开始就是简单的数学。

然而,LED 示例在工作中增加了一个额外的扳手,因为 LED 不是线性设备所以它对电路的影响是在应用欧姆定律之前单独计算的。

你有三个已知值,你想计算第四个。

您拥有的已知值是:电源电压 (9V)、LED 正向电压(例如,2.2V)以及您想要流过 LED 的电流 (30mA)。

从中您要计算电阻器的值。

因此,您从电源电压中减去 LED 的正向电压,因为它们都是固定电压,结果将是整个电阻器上必须下降到总电压为 9V 的电压量。所以 9V - 2.2V 就是 6.8V。那是固定电压。你想要的电流也是固定的——你已经决定了 30mA。

因此电阻值为: $$ R=\frac{V}{I} $$ $$ \frac{6.8}{0.03} = 226.\overline{6} \Omega ≈ 227 \Omega $$ 你将永远将三个值中的两个作为固定值 - 要么是因为它们是由外部因素设置的,例如电源或电池电压,要么它们是您需要或想要的特定值,当您设置该值时。第三个值是必须计算的,以使这两个固定值都成立。

然而现实是它只改变一种尺寸。

欧姆定律电阻两端的电压和通过的电流联系起来。一般来说,电阻的变化会改变电阻两端的电压和通过电阻的电流。

例如,考虑一个简单的分压器电路——一个电压源\$V_S\$和两个串联的电阻\$R_1\$、\$R_2\$。

串联电流只是

$$I_S = \frac{V_S}{R_1 + R_2}$$

根据欧姆定律,第二个电阻上的电压为

$$V_{R_2} = I_S R_2 = V_S\frac{R_2}{R_1 + R_2} $$

现在,将第二个电阻的电阻加倍 \$R'_2 = 2R_2\$

两端的电压和通过的电流都会改变:

$$I_S = \frac{V_S}{R_1 + 2R_2}$$

$$V_{R'_2} = I_S R'_2 = V_S\frac{2R_2}{R_1 + 2R_2}$$

只有在电路两端的电压固定的情况下,当电阻改变时,只有通过的电流才会改变。一个示例是跨电压源连接的单个电阻器。

而且,只有在电流通过电路固定的情况下,当电阻改变时,只有两端的电压才会改变。一个示例是连接在电流源上的单个电阻器。

总之,欧姆定律适用于电阻器,但必须结合其他电路定律(如 KVL 和 KCL)应用,才能完全确定电阻器电压和电流。

欧姆定律指出,流过导体的电流与施加在导体上的电压成正比。这意味着如果您增加电压,则导体中的电流将成比例增加。

例如,如果您在电阻为 1 欧姆的导体上施加 1 伏的电压,则流过电阻的电流将为 1 安培。如果电压增加到 2 伏,则流过电阻器的电流为 2 安培。对于 3 伏 3 安,依此类推。

电路的基本原理是,施加在固定电路上的电压单独决定了流过电路的电流。如果增加电压,电流会增加。

当您将 LED 连接到电源时,LED 具有固定电阻,因此 LED 两端的电压降是固定的。因此,LED 两端的电压和 LED 的电阻是固定的,因此第三项即电流会发生变化。