全电路欧姆定律的内涵及其实际应用

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  摘要:在物理电路的学习过程中,全电路欧姆定律这一个章节显得非常重要,而且学习好这部分内容也有利于我们今后深造学习电工学专业相关的内容。在这个章节中,关于电动势和电流的变化规律是一个重难点。当然,如果我们可以借助教材和网络上的多种学习资源,这样就可以做到将正确的学习方法应用到电路学习中去,那么我们就能够对自己的综合素质进行提高。
  关键词:全电路欧姆定律:内涵:实际应用
  前言
  在十九世纪,德国物理学家乔治·西蒙·欧姆曾经发表了关于电流产生的电磁力的衰减与导线长度的关系的文章。并且,他进行了进一步研究,对于文章中公式的错误进行了纠正,最终得到了举世闻名的欧姆定律。欧姆定律的发现,对于我们日常生活使用电器是非常有帮助的。比如,在漆黑的夜晚,如果房间里点1个灯和同时点2个同样功率的灯进行比较,发现前者往往比后者的光要更亮一些,之所以出现这种情况,这就是全电路欧姆定律产生的效果。不仅如此,我们在使用有两节干电池的手电筒的时候,如果我们在使用过程中,发现其中一节干电池电量不足,如果只更换其中一节电池,那么就会使电池的消耗速度更快。通过全电路欧姆定律对其分析,我们不难得到正确的答案。
  1.全电路欧姆定律的内涵
  根据下图1所示的 全电路欧姆定律演示电路图,我们假定电路中的电流大小是I,电源的内阻为Ri,端电压大小是U,内电压大小是U′,电源的电动势大小为E,那么我们不难得到
  通过以上分析,不难得到电流跟电源的电动势成正比,跟整个电路的电阻成反比的结论,这个结论就是全电路欧姆定律的主要内容。虽然这个结论是比较简单的,但是对其应用是非常广泛的,下文将从其实际应用的几个例子进行具体的分析。
  2全电路欧姆定律的实际应用
  应用案例一:上文提到,比如,在漆黑的夜晚,如果房间里点1个灯和同时点2个同样功率的灯进行比较,发现前者往往比后者的光要更亮一些。那么,我们从数据分析和实验的角度去分析这个问题。比如假设两个灯的连接方式是并联的方式,如果点2个灯,那么整个电路的电阻就会增加,根据全电路欧姆定律,在考虑电源电阻的前提下,我们可以得到最终电路中的电流会减小,根据公式U=E—Ir,我们不难发现为什么点一个灯为什么比点两个灯要亮一些了,这是因为单独点1个灯的电流要大一些,其两端的电压也要大一些的缘故。
  应用案例二
  在如图2所示的手电筒的工作电路中,我们假设新电池、旧电池的电压分别为1.3V和1.2V,电阻分别为0.2欧姆和3欧姆,当电源对电路提供电能的时候,电动势会有所降低,内阻会增大很多。可以计算得到电筒中的电流为(E1+E2)/(R1+r1+r2),电源总功率=输出总功率+电源内耗总功率,由此对新旧电池的功率进行计算,可得到旧电池消耗的功率比新电池的大,所以旧电池耗能增加,这样的话,是得不偿失的。
  应用案例三
  生活中处处都有物理,只是我们缺乏一双发现物理的眼睛。其实,我们在菜市场或超市买菜,商家使用的电子秤就使用到了全电路欧姆定律。比如在市场上,使用频次较多的一种电子秤的电路图如图3所示。在这个电路图中,当秤盘中的物体的重量增加的时候,滑动变阻器的滑片会下滑,从而导致接入电路中的滑动变阻器的电阻减小,从而使串联电路中的电流表的读数增大。
  在图4所示的电路中,身高表约等于是一个电流表。细心的人不难发现,这个电路中还有一个固定阻值的电阻R0,当被测人的身高越高,那么滑动变阻器的滑片向上滑动的幅度就会增加,从而导致接入电路中的滑动变阻器的阻值减少,最终使身高表的读数增加。这也是全欧姆定律的一个简单应用。
  应用案例五———酒精测试仪
  在交警对机动车驾驶酒后驾驶进行测量的过程中,事实上,交警使用的酒精测试仪其实就是一个应用了全电路欧姆定律而制作成的电子仪器。在这个电子仪器中,传感器的电阻随酒精气体浓度的增大而减小。也就是说,如果某个机动车驾驶司机喝酒越多(酒精浓度越大),那么通过酒精测试仪测得读数就越大。
  3.小结
  通过对上文对全电路欧姆定律的内涵进行分析以及对该定律在实际中的应用进行举例,不难发现,全电路欧姆定律在电学中的作用是巨大的。正是因为了这条定律,电学才在接下来的时间内获得了飞速的发展。全电路欧姆定律跟我們的日常生活是息息相关的,我们需要合理地利用好它,为我们学习电学相关的知识打好基础。
  参考文献
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