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在有兩個用電器的串聯電路裏,一個斷路一個完好,為什麽發生斷路的用電器兩端有電壓,而完好的兩端沒有電壓?

2021-02-08科學

題主說「有兩個用電器的串聯電路裏」,把用電器串聯工作是非常稀罕的。因為串聯後電器的工作電壓必然小於電源電壓,也即額定電壓,所以兩個電器都無法正常工作。

如果這兩個電器一個是開關電器,另一個是用電電器,這倒是非常常見的配置方法。

為了解答題主的問題,我們先從電阻串聯談起。我們看下圖:

圖1:電路圖1

圖1是串聯電路。我們由串聯電路的計算原理得知,電阻R1兩端的電壓U1是:

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

我們由式1可以推得電阻R2兩端的電壓U2為:

U_2=U-U_1 ,式2

我們從式1看到,電阻R1兩端的電壓U1與電阻之比R2/R1有關。當R1=R2時,U1=U2=U/2;當R1遠遠小於R2時,U1近似等於0;當R1遠遠大於R2時,U1近似等於U。

我們再根據式2,可以發現,U1=0時,U2=U;反之,U1=U時,U2=0。

我們來看題主的問題:「 在有兩個用電器的串聯電路裏,一個斷路一個完好,為什麽發生斷路的用電器兩端有電壓,而完好的兩端沒有電壓? 」。

根據式1,我們很容易想到,題主所謂的斷路和完好,其實就相當於R1和R2這兩個電阻之一完全斷開,也即它的阻值為無窮大。我們不妨就令R1的阻值為無窮大,則按式1,我們可以判定,U1=U,也就是題主所謂的發生斷路的電器兩端有電壓,而完好的電器兩端沒有電壓。

我們看下圖:

圖2:電路圖2

圖2中,我們把開關電器K替代電阻R1。

我們知道,開關電器K的觸頭閉合時,觸頭之間只有接觸電阻,其阻值在微歐級。當觸頭開啟時,觸頭之間的開斷電阻很大。我們用轉換深度h來表示開斷電阻與接通電阻之比,對於有觸頭/觸點的開關電器,h值的範圍是: h=10^8\sim 10^{12} 。

我們由式1很容易看出,當開關電器K閉合時,開關電器K兩端的電壓U1幾乎就等於零;而當開關電器K開啟時,它兩端的電壓U1幾乎就等於電源電壓U。

至此,題主的問題全部解答完畢了。