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Electrical · real student question

三个阻值分别为 4 Ω、4 Ω、2 Ω 的电阻串联,通过的电流为 12 A。求电源电压。

Question

三个阻值分别为 4 Ω4\,\Omega、4 Ω4\,\Omega、2 Ω2\,\Omega 的电阻串联,通过的电流为 12 A12\text{ A}。求电源电压。

Step-by-step solution

  1. 先判断电路的连接方式,因为它决定了用哪个公式。 串联电路里只有一条通路,所以流过每个元件的电流都相同,而电阻直接相加。并联电路则是电压被分摊,倒数相加。题目对三个电阻只给出一个电流值 12 A12\text{ A},说明要按串联来理解。

  2. 把电阻加起来。 对串联的电阻,

    R总=R1+R2+R3=4+4+2=10 Ω.R_{\text{总}}=R_{1}+R_{2}+R_{3}=4+4+2=10\,\Omega.

    注意总阻值比其中最大的单个阻值还大——串联时必然如此,正好可以快速核对加法有没有算错。

  3. 用欧姆定律。 由 V=IRV=IR,整个回路里的电流都是 12 A12\text{ A},所以

    V=12 A×10 Ω=120 V.V=12\text{ A}\times10\,\Omega=120\text{ V}.

    单位相乘正好得到伏特,因为按定义就有 1 A×1 Ω=1 V1\text{ A}\times1\,\Omega=1\text{ V}。

  4. 把各个分压加起来核对。 每个电阻上的分压为 Vi=IRiV_{i}=IR_{i}:

    V1=12×4=48 V,V2=12×4=48 V,V3=12×2=24 V,V_{1}=12\times4=48\text{ V},\quad V_{2}=12\times4=48\text{ V},\quad V_{3}=12\times2=24\text{ V},

    而 48+48+24=120 V48+48+24=120\text{ V} ✓。基尔霍夫电压定律要求的正是这种一致,所以这是一次真正独立的检验,而不是把原式换个说法。

  5. 跟并联的情形比一比。 假如这三个电阻是并联的,1R=14+14+12=1\frac{1}{R}=\frac14+\frac14+\frac12=1,即 R=1 ΩR=1\,\Omega,电源只需要 V=12×1=12 VV=12\times1=12\text{ V}——相差整整十倍。总功率也值得记一笔:串联时 P=VI=120×12=1440 WP=VI=120\times12=1440\text{ W}。

Answer

R总=4+4+2=10 Ω,V=IR=12×10=120 VR_{\text{总}}=4+4+2=10\,\Omega,\qquad V=IR=12\times10=120\text{ V}

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