第二节 并联电路
一、电阻并联电路
若干个电阻一端连在一起,另一端也连在一起,使每个电阻两端都承受同一电压的连接方式叫做电阻的并联。图2-7所示为由3个电阻组成的并联电路及其等效电路。
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图2-7 电阻并联电路
1. 电阻并联电路的特点(假定有n个电阻并联)
(1)电路中各个电阻两端的电压相等,且等于电路两端的电压,即
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这是因为所有电阻都是接在两点之间的,如图2-7中的a、b两点,每个电阻两端所承受的电压都等于a、b两点间的电位差,所以,各个电阻两端电压相等。这是并联电路最基本的特点。
(2)电路的总电流等于通过各个电阻的电流之和,即
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这是因为形成电流的运动电荷不会在电路中的任一位置处积累或消失,所以从电源正极流出的电流必然等于从电源负极流入的电流。
由这个特点可以看出,电阻并联电路具有分流作用。
(3)电路的总电阻(等效电阻)的倒数,等于各个并联电阻的倒数之和。
将式(2-9)两端都除以U,并结合式(2-8)得
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即
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由此可以看出,电阻并联时,总电阻小于任意一个分电阻,且并联的电阻越多,总电阻越小。
当只有两个电阻并联时,如图2-8所示,则总电阻为
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图2-8 两个电阻并联
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当有n个相同的电阻R0并联时,则 。
观察与思考
仿照式(2-11),当只有3个电阻并联时,。这个结论正确吗?为什么?
(4)电路中电流的分配与各个电阻的阻值成反比,即
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由式(2-12)可得分流公式为
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式中,称为分流比
显然,在电阻并联电路中,阻值越小的电阻所分配的电流越大。
当只有两个电阻并联时,如图2-8所示,则其分流公式可写成
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(5)电路中功率的分配与各个电阻的阻值成反比,即
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显然,在电阻并联电路中,阻值越小的电阻,其消耗的功率越大。
2.电阻并联电路的应用
电阻并联电路在实际工作和生活中应用也是十分广泛的。
(1)根据电阻并联电路的第3个特点,可以用大阻值电阻的并联来获得较小的电阻。电阻并联等效电路如图2-9所示。
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图2-9 电阻并联等效电路
(2)根据电阻并联电路的第1个特点,凡额定电压相同的负载都采用并联连接,这样负载的启动和关断互不影响。例如,家庭中用的电灯、洗衣机、电风扇、电磁炉、电冰箱、电视机等都采用并联连接方式,如图2-10所示。
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图2-10 家用电器产品都采用并联连接方式
(3)利用电阻并联电路的分流特性,可以用并联电阻的方法来扩大电流表的量程,如图2-11所示。
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图2-11 电流表量程的扩大
例题2-3 有一个500Ω的电阻,分别与600Ω、500Ω、20Ω的电阻并联,并联后的等效电阻各是多少?
解:由式(2-11)得
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从计算结果可以看出:
(1)电路并联电路的总电阻总是小于任何一个分电阻;
(2)若两个电阻相等,则并联后的总电阻等于一个电阻的1/2;
(3)若两个阻值相差很大的电阻并联,则其总电阻近似等于小电阻的阻值。
例题2-4 有一个表头,内阻Rg=1000Ω,满偏电流Ig=100μA,如图2-11 所示,要把它改装成量程为500μA的电流表,应并联多大的电阻?
解:表头的满偏电压为
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通过分流电阻的电流为
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所以有
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观察与思考
并联电路最大的优点是什么?
二、电池的并联
单个电池的最大允许电流是一定的,但在实际应用中,有些用电器需要电池能输出较大的电流,这就需要把多个相同的电池并联起来组成并联电池组使用,以增大供电电流。例如,汽车上供起动用的蓄电池组就是采用并联连接方式的。
若干个电池正极接在一起作为电池组的正极,负极接在一起作为电池组的负极,这种连接方式称为电池的并联,如图2-12所示。
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图2-12 电池的并联
若有n个电动势为E、内阻为r的相同电池并联,则并联电池组的总电动势E并=E,总内阻。
因为并联电池组的额定电流为各个电池的额定电流之和,所以并联电池组可以提供较大电流。因此,当用电器的额定电流大于单个电池的额定电流时,可采用并联电池组供电。例如,当汽车上蓄电池存电不足而使发动机起动困难时,常用另一个存电充足且额定电压相同的蓄电池与它并联后启动发动机,这种应急措施俗称“帮电”。
但应注意,并联电池组虽然可以提供较大电流,但不能提供较高电压(E并=E),所以,使用时,用电器的额定电压必须低于单个电池的电动势。
观察与思考
电动势不同的电池可以并联使用吗?为什么?