第2节 简单串联电路(修订中)
在本页中，我们将概述您应该了解的有关串联电路的三个原则：
- 电流：通过串联电路中任何元件的电流量是相同的。
- 电阻：任何串联电路的总电阻等于各个电阻的总和。
- 电压：串联电路中的电源电压等于各个电压降的总和。
让我们看一些演示这些原理的串联电路示例。
我们将从由三个电阻器 (opens new window)和一个电池组成的 (opens new window)串联电路 (opens new window)开始： (opens new window) (opens new window)
了解串联电路的第一个原则如下：
串联电路中的电流量通过电路中的任何组件都是相同的。
这是因为在串联电路中只有一条电流通路。因为电荷像管子中的弹珠一样流过导体 (opens new window)，所以在任何特定时间点，电路（管）中任何点的流速（弹珠速度）必须相等。
# 1. 在串联电路中使用欧姆定律
从 9 伏电池的排列方式可以看出，该电路中的电流将按顺时针方向流动，从点 1 到 2 到 3 到 4 再回到 1。但是，我们只有一个电压源和三个电阻。我们如何在这里使用欧姆定律 (opens new window)？
欧姆定律的一个重要警告是，所有量（电压、电流、电阻和功率 (opens new window)）必须根据电路中相同的两个点相互关联。我们可以在下面的单电阻电路示例中看到这个概念的实际应用。
# 1.1. 在简单的单电阻电路中使用欧姆定律
使用单电池、单电阻电路，我们可以轻松计算任何数量，因为它们都应用于电路中相同的两个点：
由于点 1 和 2 与电阻可忽略不计的导线连接在一起，点 3 和 4 也是如此，我们可以说点 1 与点 2 是电气公共地，而点 3 与点 4 是电气公共地。既然我们知道我们在点 1 和 4 之间（直接跨过电池）有 9 伏的电动势，并且由于点 2 与点 1 共用，点 3 与点 4 共用，所以我们在点 2 和 3 之间也必须有 9 伏（直接跨过电池）电阻）。
因此，我们可以将欧姆定律 (I = E/R) 应用于通过电阻器的电流，因为我们知道电阻器两端的电压 (E) 和该电阻器的电阻 (R)。所有项 (E, I, R) 适用于电路中相同的两个点，相同的电阻器，因此我们可以毫无保留地使用欧姆定律公式。
# 1.2. 在具有多个电阻器的电路中使用欧姆定律
在包含多个电阻器的电路中，我们必须小心应用欧姆定律。在下面的三电阻示例电路中，我们知道点 1 和 4 之间有 9 伏特，这是通过 R 1、R 2和 R 3的串联组合驱动电流的电动势量。但是，我们不能将 9 伏特的值除以 3k、10k 或 5k Ω 来尝试找到电流值，因为我们不知道这些电阻器中的任何一个分别有多少电压。
9 伏特的数字是整个电路的_总量_，而 3k、10k 和 5k Ω 的数字是各个电阻器的_单独_量。如果我们将总电压的数字代入欧姆定律方程和单个电阻的数字，则结果不会与实际电路中的任何数量准确相关。
对于 R 1，欧姆定律将把 R 1 两端的电压量与通过 R 1的电流联系起来，给定 R 1的电阻，3kΩ：
但是，由于我们不知道 R 1上的电压（仅知道电池在三电阻串联组合上提供的总电压）并且我们不知道通过 R 1的电流，我们无法进行任何计算任一公式。R 2和 R 3也是如此：当且仅当所有项都代表电路中相同两点之间的各自量时，我们才能应用欧姆定律方程。
所以，我们能做些什么？我们知道施加在 R 1、R 2和 R 3的串联组合上的电源电压（9 伏），并且我们知道每个电阻器的电阻，但由于这些量不在同一上下文中，我们可以不要使用欧姆定律来确定电路电流。如果我们知道电路的_总_电阻是多少：那么我们可以用我们的_总_电压（I = E / R）数字计算_总_电流。
# 1.3. 将多个电阻器组合成一个等效的总电阻器
这就引出了串联电路的第二个原理：
任何串联电路的总电阻等于各个电阻的总和。
这应该具有直观的意义：电流必须流过的串联电阻越多，电流就越难以流动。
在示例问题中，我们串联了一个 3 kΩ、10 kΩ 和 5 kΩ 电阻，总电阻为 18 kΩ：
实质上，我们计算了 R 1、R 2和 R 3组合的等效电阻。知道了这一点，我们可以用代表 R 1、R 2和 R 3串联组合的单个等效电阻重新绘制电路：
# 1.4. 使用欧姆定律计算电路电流
现在我们有了计算电路电流所需的所有信息，因为我们有点 1 和 4 之间的电压（9 伏）以及点 1 和 4 之间的电阻（18 kΩ）：
# 1.5. 使用欧姆定律计算组件电压
知道通过串联电路的所有组件的电流相等（我们刚刚确定了通过电池的电流），我们可以回到我们的原始电路原理图并记下通过每个组件的电流：
现在我们知道通过每个电阻器的电流量，我们可以使用欧姆定律来确定每个电阻器的电压降（在适当的上下文中应用欧姆定律）：
请注意每个电阻器上的电压降，以及电压降之和 (1.5 + 5 + 2.5) 如何等于电池（电源）电压：9 伏。
这是串联电路的第三个原理：
串联电路中的电源电压等于各个电压降的总和。
# 2. 用“表格法”和欧姆定律分析简单的串联电路
但是，我们刚才用来分析这个简单串联电路的方法可以简化，以便更好地理解。通过使用表格列出电路中的所有电压、电流和电阻，很容易看出这些量中的哪些量可以在任何欧姆定律方程中正确关联：
此类表的规则是将欧姆定律仅应用于每个垂直列中的值。例如，E R1只有 I R1和 R 1；E R2仅与 I R2和 R 2；等等。您通过填写表格中从一开始就提供给您的元素来开始您的分析：
从数据的排列可以看出，我们不能将 9 伏的 ET（总电压）应用于任何欧姆定律公式中的任何电阻（R 1、R 2或 R 3 ），因为它们是在不同的列中。9 伏的电池电压_不_直接施加在 R 1、 R 2或 R 3上。但是，我们可以使用串联电路的“规则”来填充水平行上的空白点。在这种情况下，我们可以使用电阻的串联规则从各个电阻的_总和_中确定总电阻：
现在，将总电阻值插入最右侧（“Total”）列，我们可以将 I=E/R 的欧姆定律应用于总电压和总电阻，得到 500 µA 的总电流：
然后，知道电流由串联电路的所有组件平均分配（串联电路的另一个“规则”），我们可以从刚刚计算的电流数字中填充每个电阻器的电流：
最后，我们可以使用欧姆定律来确定每个电阻上的电压降，一次一列：
# 3. 总结
- 串联电路中的元件共享相同的电流： I Total = I 1 = I 2 = ...In
- 串联电路中的总电阻等于各个电阻的总和： RTotal = R 1 + R 2 + ...Rn
- 串联电路中的总电压等于各个电压降的总和 E Total = E 1 + E 2 + ...En
相关练习：