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Electrical · real student question

三個電阻 4 歐姆、4 歐姆與 2 歐姆串聯,通過的電流為 12 安培。求電源電壓。

Question

三個電阻 4 Ω4\,\Omega、4 Ω4\,\Omega 與 2 Ω2\,\Omega 串聯,通過的電流為 12 A12\text{ A}。求電源電壓。

Step-by-step solution

  1. 先辨認電路型式,因為它決定要用哪一條公式。 在串聯電路裡只有一條路徑,所以每個元件流過的電流都相同,而電阻值直接相加。並聯電路則是共用電壓,改成倒數相加。題目對三個電阻只給了同一個電流值 12 A12\text{ A},可見要按串聯來讀。

  2. 把電阻加起來。 對串聯的電阻,

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

    注意總電阻大於其中最大的那一個 —— 串聯時永遠如此,可以拿來快速檢查加法有沒有出錯。

  3. 套用歐姆定律。 由 V=IRV=IR,而且整個迴路上都是同一個 12 A12\text{ A},

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

    單位相乘剛好得到伏特,因為依定義就有 1 A×1 Ω=1 V1\text{ A}\times1\,\Omega=1\text{ V}。

  4. 把各個電阻上的壓降加起來驗算。 每個電阻上的壓降是 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} ✓。克希荷夫電壓定律要求的正是這種吻合,所以這是一次真正獨立的檢驗,而不是把答案換句話說一次。

  5. 和並聯的情形比一比。 假如這三個是並聯,1R=14+14+12=1\frac{1}{R}=\frac14+\frac14+\frac12=1,所以 R=1 ΩR=1\,\Omega,電源只需要 V=12×1=12 VV=12\times1=12\text{ V} —— 相差十倍。總功率也值得順帶記下:串聯時 P=VI=120×12=1440 WP=VI=120\times12=1440\text{ W}。

Answer

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

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