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在有两个用电器的串联电路里,一个断路一个完好,为什么发生断路的用电器两端有电压,而完好的两端没有电压?

2021-02-08科学

题主说「有两个用电器的串联电路里」,把用电器串联工作是非常稀罕的。因为串联后电器的工作电压必然小于电源电压,也即额定电压,所以两个电器都无法正常工作。

如果这两个电器一个是开关电器,另一个是用电电器,这倒是非常常见的配置方法。

为了解答题主的问题,我们先从电阻串联谈起。我们看下图:

图1:电路图1

图1是串联电路。我们由串联电路的计算原理得知,电阻R1两端的电压U1是:

U_1=\frac{UR_1}{R_1+R_{2}}=\frac{U}{1+\frac{R_2}{R_1}} ,式1

我们由式1可以推得电阻R2两端的电压U2为:

U_2=U-U_1 ,式2

我们从式1看到,电阻R1两端的电压U1与电阻之比R2/R1有关。当R1=R2时,U1=U2=U/2;当R1远远小于R2时,U1近似等于0;当R1远远大于R2时,U1近似等于U。

我们再根据式2,可以发现,U1=0时,U2=U;反之,U1=U时,U2=0。

我们来看题主的问题:「 在有两个用电器的串联电路里,一个断路一个完好,为什么发生断路的用电器两端有电压,而完好的两端没有电压? 」。

根据式1,我们很容易想到,题主所谓的断路和完好,其实就相当于R1和R2这两个电阻之一完全断开,也即它的阻值为无穷大。我们不妨就令R1的阻值为无穷大,则按式1,我们可以判定,U1=U,也就是题主所谓的发生断路的电器两端有电压,而完好的电器两端没有电压。

我们看下图:

图2:电路图2

图2中,我们把开关电器K替代电阻R1。

我们知道,开关电器K的触头闭合时,触头之间只有接触电阻,其阻值在微欧级。当触头打开时,触头之间的开断电阻很大。我们用转换深度h来表示开断电阻与接通电阻之比,对于有触头/触点的开关电器,h值的范围是: h=10^8\sim 10^{12} 。

我们由式1很容易看出,当开关电器K闭合时,开关电器K两端的电压U1几乎就等于零;而当开关电器K打开时,它两端的电压U1几乎就等于电源电压U。

至此,题主的问题全部解答完毕了。