新的视角了解欧姆定律,电路的基本定理

欧姆定律是电子学的基本定理之一,快速计算电路的电流、电压或电阻非常方便。欧姆定律定义了电路的电流、电压和电阻之间的数学关系。

ohms-law-thumbnail.jpg

 

这个定律是以19世纪德国物理学家和数学家乔治·欧姆的名字命名的。欧姆在那个没有办法轻易测量电流、电压或电阻的时代就发现了这种关系。

尽管刚出版时受到冷遇,但现在人们已经意识到了它的重要,成为了对电路感兴趣的人的必读之书。

如果你正在做有关电路的树莓派项目,这个教程正是为你准备的。

什么是欧姆定律?

欧姆定律指出,通过两点间导体的电流与两点间的电压成正比,与两点间的电阻成反比。

简单地说,如果电路中的电流增加一倍,那么电压也会增加一倍。同样,如果电路中的电阻增加一倍,那么电流也会下降一半。

虽然这听起来有点复杂,但这个理论背后的实际数学却非常简单,很容易掌握和记忆。

欧姆定律公式

欧姆定律公式非常简单易懂,可以用如下数学公式表示。

Ohms-Law-Voltage-Formula.png

这个公式说,电压(V)等于电流(I)乘以电阻(R)。

在所有的欧姆定律公式中,都使用了以下变量。

  • V = 电压,以伏特表示。
  • I = 电流,以安培表示。
  • R = 电阻,用欧姆表示。

虽然该公式可以用来计算电压,但也可以对其进行变换,这样就可以计算电路中的电流或电阻。

重新调整一下公式,这样就可以计算出电路的电流(I)。

Ohms-Law-Current-Formula.png

还可以这样变换,计算出电路的电阻(R)。

Ohms-Law-Resistance-Formula.png

 

欧姆定律三角区

三种不同的欧姆定律公式最简单的记忆方法之一就是三角形。

Ohms-Law-Triangle.png

三角形中间的横线代表除法,也就是说只要公式中涉及到电压(V),其他字母都要被它除掉。

例如,如果要计算电流(I),需要用电压(V)除以电阻(R)。

Ohms-Law-Triangle-Example-for-current.png

将三角形中的 “I “圈出,可以看到公式仍然在三角形中,V在R上。

也可以用这个三角形来计算出电路的电阻(R)的计算公式。

Ohms-Law-Triangle-Example-for-resistor.png

将电阻(R)圈出来,可以看到要用的公式是电压(V)除以电流(I)

三角形中的垂直线代表乘法。这条线只有在计算电压(V)时才会出现。

再次使用欧姆定律三角形,可以很快看到需要使用的公式,圈出 “V”,因为这是要计算的数值。

Ohms-Law-Triangle-Example-for-voltage.png

由此,不难看出,要想计算出电压(V),只需将电流(I)乘以电阻(R)即可。

欧姆定律的应用实例

接下来,通过三个不同的电路实例来为大家讲解。这些例子将涉及3种欧姆定律公式的每一种变化的使用。

电压示例

在这第一个例子中,要从基欧姆定律公式开始计算电路的电压。

要计算电压,需要知道电路的电阻(R)和电流(I)。

Ohms-Law-Example-1-Calculating-Circuit-Voltage.png

在这个例子电路中,可以看到有一个200欧姆的电阻(R)和5安培的电流(I)。

为了计算电压,需要将两个值插入欧姆定律公式中。

Ohms-Law-calculating-the-voltage-example-1.png

填好公式后,可以看到只需要将200乘以5就可以计算出电压。

Ohms-Law-calculating-the-voltage-example-step-2-answer.png

电阻和电流相乘,可以看到,例子中电路的电压等于1000伏。

当前实例

在第二个例子中,利用变换的欧姆定律公式来计算下面电路的电流。

Ohms-Law-Example-2-Calculating-Circuit-Current.png

从这个电路中,我们知道,电阻(R)是50欧姆,电压(V)是24伏。

需要将这些值放入欧姆定律公式中,变换该公式来计算电流(I)。

Ohms-Law-calculating-the-current-example-1.png

将电阻和电压值输入公式后,可以看到,需要用24除以50来计算电流。

Ohms-Law-calculating-the-current-example-2.png

利用欧姆定律,计算出电路的电流为0.48安培。

电阻示例

第三个也是最后一个例子中,利用欧姆定律公式的第三个版本。在这个例子中,利用该公式来计算电路的电阻。

要计算电路的电阻,需要知道电路的电压(V)和电流(I)。

Ohms-Law-Example-3-Calculating-Circuit-Resistance.png

从这个例子电路可以看出,电路的电流是10安培,电压是20伏。

需要将这两个值插入到欧姆定律电阻公式中。

Ohms-Law-calculating-the-resistance-example-1.png

由此,可以用20的电压除以10安培,计算所需要的电阻。

Ohms-Law-calculating-the-resistance-example-2.png

这个例子电路的电阻应该是2欧姆。

希望到这里,你已经对欧姆定律有了了解,并知道如何利用它,欧姆定律三角形可以辅助记忆公式。

你会发现这些公式在利用电路的项目中非常方便,比如所有的Arduino项目。

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