串聯電路

串聯電路

幾個電路元件沿著單一路徑互相連接,每個節點最多只連接兩個元件,此種連接方式稱為串聯。以串聯方式連接的電路稱為串聯電路。

串聯電路中流過每個電阻的電流相等。因為直流電路中同一支路的各個截面有相同的電流強度。

定義


兩個小燈泡首尾相連,然後接進電路中,我們說這兩個燈泡是串聯(series connection)。
一種電路,電流依次通過每一個組成元件的電路。串聯電路的基本特徵是只有一條支路。

特點


開關在任何位置控制整個電路,即其作用與所在的位置無關。電流只有一條通路,經過一盞燈的電流一定經過另一盞燈。如果熄滅一盞燈,另一盞燈一定熄滅。
優點:在一個電路中,若想控制所有電路,即可使用串聯的電路;
缺點:只要有某一處斷開,整個電路就成為斷路,即所相串聯的電子元件不能正常工作;
區分:串聯電路沒有分叉(支路)。

電路規律


(1)流過每個電阻的電流相等,因為直流電路中同一支路的各個截面有相同的電流強度。
(2)總電壓(串聯電路=兩端的電壓)等於分電壓(每個電阻兩端的電壓)之和,即U=U1+U2+……Un。這可由電壓的定義直接得出。
(3)總電阻等於分電阻之和。把歐姆定律分別用於每個電阻可得U1=IR1,U2=IR2,……,Un=IRn代入U=U1+U2+……+Un並注意到每個電阻上的電流相等,得U=I(R1+R2+Rn)。此式說明,若用一個阻值為R=R1+R2+…+Rn的電阻元件代替原來n個電阻的串聯電路,這個元件的電流將與原串聯電路的電流相同。因此電阻R叫原串聯電阻的等效電阻(或總電阻)。故總電阻等於分電阻之和。
(4)各電阻分得的電壓與其阻值成正比,因為Ui=IRi。
(5)各電阻分得的功率與其阻值成正比,因Pi=IRi。
(6)並聯電路電流有分叉。

應用


思考由兩個同樣電阻的電燈泡與一個9 V電池的連接方式,將導線從電池正極連接到電燈泡A的銅片,再從電燈泡A的燈頭尖端連接到電燈泡B的銅片,再從電燈泡B的燈頭尖端連接到電池負極,構成一個連續的閉合循環,則這些電燈泡與電池是以串聯方式成串聯電路。通過每一個電燈泡的電流都相等。每一個電燈泡的銅片與燈頭尖端的電壓為4.5 V。假設其中有一個電燈泡燒壞了,則會形成斷路,另外一個電燈泡也無法通電發亮。
換另一種連接方式,將一條導線從電池正極連接到電燈泡A的銅片,再連接到電燈泡B的銅片,又將另一條導線從電池負極連接到電燈泡A的燈頭尖端,再連接到電燈泡B的燈頭尖端,則這些電燈泡與電池是以並聯方式連接成並聯電路。每一個電燈泡的銅片與燈頭尖端的電壓為9 V。通過每一個電燈泡的電流都相等,其代數和為電池給出的電流。假設其中有任意一個電燈泡燒壞了,另外一個電燈泡仍舊會通電發亮,而且通過的電流會加倍。

實際應用


電池
假設電池組內部的幾個單電池以串聯方式連接成電源,則此電源兩端的電壓是所有單電池兩端的電壓的代數和。例如,一個電動勢為12伏特的汽車電池(automotive battery)是由六個2伏特單電池以串聯方式構成。