FHSST 物理/電學/電路佈線
到目前為止,我們一直分析的是單電池、單電阻器電路,而不考慮元件之間的連線線,只要形成完整的電路即可。電線的長度或電路的“形狀”對我們的計算有影響嗎?讓我們看看幾種電路配置,並找出答案。
當我們繪製連線電路中點的電線時,通常假設這些電線的電阻可忽略不計。因此,它們對電路的總電阻沒有明顯的影響,因此我們只需要考慮元件中的電阻。在上面的電路中,唯一的電阻來自 5 電阻器,因此在我們的計算中,我們只會考慮它。在現實生活中,金屬電線確實具有電阻(電源也是如此!),但這些電阻通常遠小於其他電路元件中的電阻,因此可以安全地忽略。
如果連線線的電阻非常小或沒有電阻,我們可以認為電路中連線的點是電氣上的公共。也就是說,上面電路中的點 1 和 2 可以是物理上連線在一起的,也可以是相隔很遠的,這對於相對於這些點的任何電壓或電阻測量來說並不重要。點 3 和 4 也是如此。就我們的歐姆定律計算和電壓測量而言,就好像電阻器的兩端直接連線到電池的兩極一樣。這很有用,因為它意味著您可以重新繪製電路圖或重新連線電路,根據需要縮短或延長電線,而不會明顯影響電路的功能。重要的是元件按相同的順序連線在一起。
這也意味著在“電氣上的公共”點集之間的電壓測量將是相同的。也就是說,點 1 和 4 之間的電壓(直接跨電池)與點 2 和 3 之間的電壓(直接跨電阻器)相同。仔細觀察以下電路,並嘗試確定哪些點是彼此共用的。
這裡,除了電線,我們只有 2 個元件:電池和電阻器。雖然連線線以複雜的方式連線,形成了一個完整的電路,但在電子的路徑中存在多個電氣上的公共點。點 1、2 和 3 彼此共用,因為它們透過電線直接連線在一起。點 4、5 和 6 也是如此。
點 1 和 6 之間的電壓為 10 伏,直接來自電池。但是,由於點 5 和 4 與 6 共用,而點 2 和 3 與 1 共用,因此這 10 伏也存在於其他點對之間。
點 1 和 4 之間 = 10 伏
點 2 和 4 之間 = 10 伏
點 3 和 4 之間 = 10 伏(直接跨電阻器)
點 1 和 5 之間 = 10 伏
點 2 和 5 之間 = 10 伏
點 3 和 5 之間 = 10 伏
點 1 和 6 之間 = 10 伏(直接跨電池)
點 2 和 6 之間 = 10 伏
點 3 和 6 之間 = 10 伏
由於電氣上的公共點透過(零電阻)電線連線在一起,因此無論從一個點到另一個點透過連線電線傳導多少電流,它們之間都不會有明顯的電壓降。因此,如果我們要讀取公共點之間的電壓,我們應該顯示(實際上)為零。
點 1 和 2 之間 = 0 伏點 1、2 和 3 是
點 2 和 3 之間 = 0 伏電氣上的公共點
點 1 和 3 之間 = 0 伏
點 4 和 5 之間 = 0 伏點 4、5 和 6 是
點 5 和 6 之間 = 0 伏電氣上的公共點
點 4 和 6 之間 = 0 伏
從數學角度來看,這也是有道理的。對於一個 10 伏的電池和一個 5 電阻器,電路電流將為 2 安培。如果電線的電阻為零,則可以透過歐姆定律確定任何不間斷的電線長度上的電壓降,如下所示。
顯而易見,在假設電線電阻為零的電路中,計算的任何不間斷電線長度上的電壓降將始終為零,無論電流的大小如何,因為零乘以任何東西都等於零。
由於電路中的公共點將顯示相同的相對電壓和電阻測量值,因此連線公共點的電線通常用相同的名稱標記。這並不是說終端連線點用相同的名稱標記,只是連線線。以下電路為例
點 1、2 和 3 彼此共用,因此連線點 1 和 2 的電線用與連線點 2 和 3 的電線相同的名稱(電線 2)標記。在實際電路中,從點 1 延伸到點 2 的電線可能與連線點 2 和 3 的電線的顏色或尺寸不同,但它們應該具有完全相同的標籤。連線點 6、5 和 4 的電線也是如此。
知道電氣上的公共點之間沒有電壓降是一個有價值的故障排除原則。如果我在電路中測量應該彼此共用的點之間的電壓,我應該讀到零。但是,如果我在這兩個點之間讀到相當大的電壓,那麼我確信地知道它們不能直接連線在一起。如果這些點應該是電氣上的公共點,但它們的讀數卻不同,那麼我知道在這些點之間存在“開路故障”。
最後一點:對於大多數實際應用,可以假設導線具有從頭到尾的零電阻。然而,實際上,除非是超導電線,否則任何電線都將沿其長度遇到一定程度的電阻。瞭解這一點,我們需要記住這裡關於電氣上的公共點的原則在很大程度上都是有效的,但並不是絕對有效的。也就是說,電氣上的公共點之間保證有零電壓的規則更準確地說應該是:電氣上的公共點之間將有非常小的電壓降。連線線中任何一小段中都存在的小而幾乎不可避免的電阻必然會在電流透過時在其長度上產生很小的電壓。只要您瞭解這些規則是基於理想條件,那麼當您遇到看似違反規則的情況時,您就不會感到困惑。