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电阻元件及其欧姆定律解析与应用

2023-06-21 理论教育版权反馈

【摘要】：电阻与电导的关系为图1.3.1电阻元件欧姆定律反映了线性电阻元件的电压、电流关系,是分析电路的基本定律之一。解在图1.3.3所示的电路中,因为电压与电流参考方向关联,所以电压U为在如图1.3.3所示的电路中,因为电压与电流参考方向非关联,所以电压U为图1.3.2半导体二极管的伏安特性图1.3.3例1.3.1的图电阻元件的电功率为由于P总是大于零,因此,电阻元件是耗能元件,将电能转换为热能,热能的SI单位为焦[耳]。

电阻元件是实际电阻器理想化的模型,理想电阻器具有消耗电能,并将其转化为热能的电磁性质,在电路中用电阻元件来表示这种电磁性质。电阻元件简称电阻,其电路模型如图1.3.1(a)所示。其中,R称为电阻,体现了电阻元件对电流的阻碍作用,它既表示电阻元件,又表示该元件的参数。若电阻值为常数,称该电阻为线性非时变电阻,简称线性电阻,其伏安特性如图1.3.1(b)所示,斜率为电阻的参数R。

电阻的SI单位是欧[姆](Ω),在实际使用时,还会用到千欧(kΩ)和兆欧(MΩ)。它们之间的换算关系为

需要说明的是,电阻元件也可用另一个参数G来表示,G称为电导,其单位是西[门子](S)。它体现的是元件导通电流的能力。电阻与电导的关系为

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图1.3.1　电阻元件

欧姆定律反映了线性电阻元件的电压、电流关系,是分析电路的基本定律之一。欧姆定律的内容:流过导体的电流与加在其两端的电压成正比,与这段导体的电阻成反比。假定了电压、电流的参考方向之后,欧姆定律的表达式如下:

若电压与电流参考方向关联,则

若电压与电流参考方向非关联,则

线性元件的参数为常数,全部由线性元件组成的电路,称为线性电路。有些元件的伏安特性不是直线,而是曲线。如图1.3.2所示为半导体二极管的伏安特性,这种元件称为非线性元件。

【例1.3.1】　在如图1.3.3所示的电路中,已知I=-5 A,R=5Ω,求电压U。

解　在图1.3.3(a)所示的电路中,因为电压与电流参考方向关联,所以电压U为

在如图1.3.3(b)所示的电路中,因为电压与电流参考方向非关联,所以电压U为

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图1.3.2　半导体二极管的伏安特性

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图1.3.3　例1.3.1的图

电阻元件的电功率为

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由于P总是大于零,因此,电阻元件是耗能元件,将电能转换为热能,热能的SI单位为焦[耳](J)。t时间内转换的热能为

式(1.3.5)为焦耳-楞次定律的公式,反映了电流的热效应。