为什么测量一个物体上的电压降不能简单地测量电池电压?

电器工程 电压
2022-01-30 23:40:18

想象一个带有电池和一个电阻的简单电路。为了测量电阻上的“电压降”,我们将一个电压表与其并联。然而,这意味着电压表也直接电连接到电池的端子。因此,为什么不简单地测量电池电压,而不考虑电阻?

示意图

我假设答案是因为电池中的一些可用电压/压力/力/功率/能量/魔法/无论是什么东西 - 正在通过电阻器耗尽,它不会通过电压表,因此不会被它测量,但这仍然不合适,因为这意味着电压表没有测量电压降;它正在测量没有下降的电压。如果电池提供 5 V 电压并且电压表读数为 4 V,那么当可用电压实际下降 1 V 并且我似乎仍然有一个未下降的 4 V 可用时,4 V 电阻的电压降怎么可能?

我想我真的不明白电压降应该是什么意思。我不知道为什么电阻器会降低电压,而它应该抵抗电流。我迷路了。

4个回答

[我忽略了非理想行为,因为这似乎不是你感兴趣的。]

你的假设是错误的。测量电阻两端的电压降确实可以测量电池电压。电路中的电池电压和电阻电压相同。一般规则是:

并联组件共享相同电压

串联组件共享相同的电流

理想情况下,添加或移除电阻器根本不会改变电压表的测量值。电池、电阻和仪表都是并联的,所以它们都共享相同的电压。如果电池电压为 5 V,则电阻电压和仪表电压也必须为 5 V。

电压基本上是由电场力场引起的势能的量度。如果你在一个循环中绕过电路,你最终会回到相同的电位,这意味着你会失去一路上获得的任何能量。(重力也以这种方式起作用。)当您通过电池从负极变为正极时,您会获得能量。当你通过一个电阻器时,你会失去能量。如果电池和电阻器并联并且您绕着该回路移动,则电池中获得的能量将等于电阻器中损失的能量。换句话说,它们的电压是一样的!这个原理被称为基尔霍夫电压定律更正式地说,它表示闭环周围的电压之和必须为零

电阻描述了电阻器两端的电压与通过它的电流之间的关系。所以电阻器确实“抵抗”了电流的流动,但它们这样做的方式是消耗能量。这类似于摩擦抵抗物体运动的方式。

现在正如其他人指出的那样,在现实生活中,电池并不是理想的电压源。实际电池的电压会根据消耗的电流和剩余的电量而变化。所以在现实生活中,加一个电阻可以改变电池电压。但是电池电压和电阻电压仍然(几乎)相等。(导线的寄生电阻通常非常小。)

希望这已经澄清了一些事情。如果您仍然感到困惑,请随时发布后续问题。

因为我们生活在一个非理想世界中,电池和电线的电阻非零,实际电路如下:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

在这样的电路中测量的电压将是 \$V=5\frac{R_1}{R_{wire}+R_{battery}+R_1}\$,小于 5V。这里不考虑电压表的非理想性。V=5R1Rwire+Rbattery+R1 which is less than 5V. The non-ideality of the voltmeter is not taken in account here.

让我们简化一下,电路中的电阻器或负载正在消耗电压。如果您要移除 (R1),则本质上会产生开路,您将测量电池电压。关闭电路使负载工作。在第一个示例 r1 中,仪表应读数为 5v,表明电阻器正在使用完整的电池电压。(KVL) 电压降是识别电路中不良损耗的绝佳方法。如果在示例 1 中,仪表读数为 2.5 伏且已知良好的电池为 5 伏,则表明电路中存在不需要的电阻。(不良连接、长距离等)这是由 KVL 已知的,并且可以通过从电池源到负载以及负载到电池接地后的电压降来验证。总读数将等于 5v 并确定不需要的电阻。

如果你有一个理想的电池,当你测量电池两端的电压时,即使你放了一个 100 Ω 的电阻器,你也会得到 5v

因为它是理想的电池,即没有内阻

在此处输入图像描述

但是在您的情况下,您测量的是 4v 而不是 5v,这意味着您的电池有一个内部电阻并且通过应用基尔乔夫定律,您会发现 4v,而忽略了以毫欧为单位的导线电阻

VR=(V*R)/(R内部+R)

虚拟现实=(5*100)/(25+100)

VR=4v

在此处输入图像描述