为什么串联电路中的电流处处相等?

用户64537308

为什么串联电路中的电流处处相等?

答:在电路当中的几个重要的参数电压、电流、电阻、功率。我们可以形象的来作个比较容易理解比喻:电压是一个物体存在的高度,即重力势能,电压越高就好比物体的高度越高。电阻就好比物体在下落过程中受到的阻力,电阻越大好比阻力越大。电流是一个物体下落的一个过程,电流越大好比物体下落的速度越快。功率好比物体下落以后的结果,功率越大好比物体下落这个过程造成的影响越大。

电场对应重力场、电子对应物体、电流对应速度、电阻对应阻力、电势对应重力势能,唯一不同的是电子在导线中是以闭合回路循环流动,电阻或电器消耗的是电子的电势能而不是电子本身。

电流在微观定义下I=dQ/dt(单位时间内流过导线截面的电荷总量)。

设导线单位体积内的自由电子数为n,电子定向移动的速度为v,每个电子带电量为e,导线截面积为S,则单位时间内通过截面积的电荷Q=nvtSe,也就是电流I=nvSe。我们可以看到I与变量v有关系,电子在电场中移动速度取决于电压U,也就是电源电压决定了电子移动的速度,所以在串联电路当中I值处处相等。

在交流电路中电压随时间交替变化,我们可以看到在纯电阻线路中电流也是随着电压做交替的变化,大小的变化和电压一致。

也可以将串联电路中的电子移动想象成空调水系统供热供冷,水泵给水压,水在水管中流动,在空调系统中利用的水中的热量或者是冷量,水本身的多少是不会发生变化的。水在水管中流动的动能是不会发生变化的,它取决于水泵输出的压头。


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串联电路中的电路处处相等,这是初中物理就学过的,至于为什么相等,请看我来分析一下。电流实际上是电荷的定向移动,这是因为电荷受到了电场力的作用才会移动。而在串联电路中,各个部位受到的是一个电场,电场力大小相等,方向相同,所以流过的电荷量自然就相等了,这个概念就叫做匀强电场。在匀强电场中,力处处相等。


通俗的来讲,在串联电路中,电源电压不变,不管你串入多少电阻,电场都是在一瞬间衡量了各个参数建立起来的,只要是在一条线上,流过的电荷量多少和不同位置无关,而是处处相等。

根据题意认为是用电器消耗了电流,这是错误的想法,用电器消耗的电只不过是电流所做的功,并没有消耗掉形成电流的电荷,流过的电荷量还是一样多。就好比一个人干活,消耗的只是人的力气,并没有把人消耗掉,按题主的意思来讲,人若干了活还能把肉消耗掉吗?




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答:电器消耗的是电压,不是电流。


电流:单位时间内,导体中通过一横截面的电量,I=Q/t;

电压:单位电荷在静电场中,由于电势不同所产生的能量差的物理量。

其中电流是对某一横截面而言的,电压是两点之间的电势之差。从定义来看,电流针对一个横截面来说的,或者理想化为一个点而言。




在不产生电流堆积(比如电容)的情况下:流入一个点的电流必定等于流出一个点的电流,对于一个系统也是成立的,所以会出现串连电路中,电流处处相等,因为流进系统的电流,等于流出系统的电流,而且和系统内的电器无关,这个定律叫做“基尔霍夫电流定律”。



而电压的概念,需要两个点来定义,对于存电阻电路,电流流过电阻时,会产生压降(压损),这个压降正是电流做功消耗掉的。


比如超导体就没有压损,所以超导体两端的电势就严格相等,但是超导体内部是存在电流的,且在串连电路中处处相等。



所以,可以表面理解为:电器消耗的电能反应在电压消耗上,而不是电流。



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