FHSST 物理/电学/电路布线
到目前为止,我们一直分析的是单电池、单电阻器电路,而不考虑组件之间的连接线,只要形成完整的电路即可。电线的长度或电路的“形状”对我们的计算有影响吗?让我们看看几种电路配置,并找出答案。
当我们绘制连接电路中点的电线时,通常假设这些电线的电阻可忽略不计。因此,它们对电路的总电阻没有明显的影响,因此我们只需要考虑组件中的电阻。在上面的电路中,唯一的电阻来自 5 电阻器,因此在我们的计算中,我们只会考虑它。在现实生活中,金属电线确实具有电阻(电源也是如此!),但这些电阻通常远小于其他电路组件中的电阻,因此可以安全地忽略。
如果连接线的电阻非常小或没有电阻,我们可以认为电路中连接的点是电气上的公共。也就是说,上面电路中的点 1 和 2 可以是物理上连接在一起的,也可以是相隔很远的,这对于相对于这些点的任何电压或电阻测量来说并不重要。点 3 和 4 也是如此。就我们的欧姆定律计算和电压测量而言,就好像电阻器的两端直接连接到电池的两极一样。这很有用,因为它意味着您可以重新绘制电路图或重新连接电路,根据需要缩短或延长电线,而不会明显影响电路的功能。重要的是组件按相同的顺序连接在一起。
这也意味着在“电气上的公共”点集之间的电压测量将是相同的。也就是说,点 1 和 4 之间的电压(直接跨电池)与点 2 和 3 之间的电压(直接跨电阻器)相同。仔细观察以下电路,并尝试确定哪些点是彼此共用的。
这里,除了电线,我们只有 2 个组件:电池和电阻器。虽然连接线以复杂的方式连接,形成了一个完整的电路,但在电子的路径中存在多个电气上的公共点。点 1、2 和 3 彼此共用,因为它们通过电线直接连接在一起。点 4、5 和 6 也是如此。
点 1 和 6 之间的电压为 10 伏,直接来自电池。但是,由于点 5 和 4 与 6 共用,而点 2 和 3 与 1 共用,因此这 10 伏也存在于其他点对之间。
点 1 和 4 之间 = 10 伏
点 2 和 4 之间 = 10 伏
点 3 和 4 之间 = 10 伏(直接跨电阻器)
点 1 和 5 之间 = 10 伏
点 2 和 5 之间 = 10 伏
点 3 和 5 之间 = 10 伏
点 1 和 6 之间 = 10 伏(直接跨电池)
点 2 和 6 之间 = 10 伏
点 3 和 6 之间 = 10 伏
由于电气上的公共点通过(零电阻)电线连接在一起,因此无论从一个点到另一个点通过连接电线传导多少电流,它们之间都不会有明显的电压降。因此,如果我们要读取公共点之间的电压,我们应该显示(实际上)为零。
点 1 和 2 之间 = 0 伏点 1、2 和 3 是
点 2 和 3 之间 = 0 伏电气上的公共点
点 1 和 3 之间 = 0 伏
点 4 和 5 之间 = 0 伏点 4、5 和 6 是
点 5 和 6 之间 = 0 伏电气上的公共点
点 4 和 6 之间 = 0 伏
从数学角度来看,这也是有道理的。对于一个 10 伏的电池和一个 5 电阻器,电路电流将为 2 安培。如果电线的电阻为零,则可以通过欧姆定律确定任何不间断的电线长度上的电压降,如下所示。
显而易见,在假设电线电阻为零的电路中,计算的任何不间断电线长度上的电压降将始终为零,无论电流的大小如何,因为零乘以任何东西都等于零。
由于电路中的公共点将显示相同的相对电压和电阻测量值,因此连接公共点的电线通常用相同的名称标记。这并不是说终端连接点用相同的名称标记,只是连接线。以下电路为例
点 1、2 和 3 彼此共用,因此连接点 1 和 2 的电线用与连接点 2 和 3 的电线相同的名称(电线 2)标记。在实际电路中,从点 1 延伸到点 2 的电线可能与连接点 2 和 3 的电线的颜色或尺寸不同,但它们应该具有完全相同的标签。连接点 6、5 和 4 的电线也是如此。
知道电气上的公共点之间没有电压降是一个有价值的故障排除原则。如果我在电路中测量应该彼此共用的点之间的电压,我应该读到零。但是,如果我在这两个点之间读到相当大的电压,那么我确信地知道它们不能直接连接在一起。如果这些点应该是电气上的公共点,但它们的读数却不同,那么我知道在这些点之间存在“开路故障”。
最后一点:对于大多数实际应用,可以假设导线具有从头到尾的零电阻。然而,实际上,除非是超导电线,否则任何电线都将沿其长度遇到一定程度的电阻。了解这一点,我们需要记住这里关于电气上的公共点的原则在很大程度上都是有效的,但并不是绝对有效的。也就是说,电气上的公共点之间保证有零电压的规则更准确地说应该是:电气上的公共点之间将有非常小的电压降。连接线中任何一小段中都存在的小而几乎不可避免的电阻必然会在电流通过时在其长度上产生很小的电压。只要您了解这些规则是基于理想条件,那么当您遇到看似违反规则的情况时,您就不会感到困惑。