并联电路:定义和示例
当电阻以一种方式连接,使得每个电阻的一端连接到一个公共点,而每个电阻的另一端连接到另一个公共点,电流流动的路径数等于电阻数时,这被称为并联电路。
解释
考虑三个电阻R1、R2和R3连接到电压源V上,如图所示。总电流(I)分为三部分——I1流过R1,I2流过R2,I3流过R3。可以看出,每个电阻上的电压相同。
根据欧姆定律,每个电阻的电流由下式给出:
$$\mathrm{\mathit{I}_{1}=\frac{\mathit{V}}{\mathit{R}_{1}};\:\:\:\mathit{I}_{2}=\frac{\mathit{V}}{\mathit{R}_{2}}\:\:\:and\:\:\:I_{3}=\frac{\mathit{V}}{\mathit{R}_{3}};}$$
参考电路图,总电流为:
$$\mathrm{\mathit{I}=\mathit{I}_{1}\:+\:\mathit{I}_{2}\:+\:\mathit{I}_{3}}$$
$$\mathrm{\Rightarrow\:\mathit{I}=\frac{\mathit{V}}{\mathit{R}_{1}}+\frac{\mathit{V}}{\mathit{R}_{2}}+\frac{\mathit{V}}{\mathit{R}_{3}}=\mathit{V}(\frac{1}{\mathit{R}_{1}}+\frac{1}{\mathit{R}_{2}}+\frac{1}{\mathit{R}_{3}})}$$
$$\mathrm{\Rightarrow\:\frac{\mathit{I}}{\mathit{V}}=(\frac{1}{\mathit{R}_{1}}+\frac{1}{\mathit{R}_{2}}+\frac{1}{\mathit{R}_{3}})}$$
$$\mathrm{∵\:\frac{\mathit{I}}{\mathit{V}}=\frac{1}{\mathit{R}_{p}}}$$
$$\mathrm{∵\:\frac{1}{\mathit{R}_{p}}=(\frac{1}{\mathit{R}_{1}}+\frac{1}{\mathit{R}_{2}}+\frac{1}{\mathit{R}_{3}})}$$
因此,当多个电阻并联连接时,总电阻的倒数等于各个电阻倒数的和。
此外,
$$\mathrm{∵\:\frac{1}{\mathit{R}}=\mathit{G}(电导)}$$
$$\mathrm{∵\:\mathit{G}_{p}=\mathit{G}_{1}+\mathit{G}_{2}+\mathit{G}_{3}}$$
因此,并联连接的电阻的总电导GP等于其各个电导的和。
电路中总功耗等于各个电阻功耗的总和。因此,
$$\mathrm{\frac{1}{\mathit{R}_{p}}=(\frac{1}{\mathit{R}_{1}}+\frac{1}{\mathit{R}_{2}}+\frac{1}{\mathit{R}_{3}})}$$
$$\mathrm{\Rightarrow\frac{\mathit{V}^{2}}{\mathit{R}_{p}}=\frac{\mathit{V}^{2}}{\mathit{R}_{1}}+\frac{\mathit{V}^{2}}{\mathit{R}_{2}}+\frac{\mathit{V}^{2}}{\mathit{R}_{3}}}$$
$$\mathrm{\Rightarrow\:\mathit{P}_{p}=\mathit{P}_{1}+\mathit{P}_{2}+\mathit{P}_{3}}$$
并联电路的重要特征
每条支路上的电压相同。
随着并联支路数量的增加,电路的总电阻减小。
电路的总电阻小于最小的电阻值。
总电导等于各个电导的和。
电路的总功耗等于各个电阻功耗的和。
数值示例
如图所示电路中,A点和B点之间的电位差是多少?求出三条支路的电流。
解答
三个并联电阻的等效电阻(RP)为
$$\mathrm{\frac{1}{\mathit{R}_{p}}=\frac{1}{2}+\frac{1}{4}+\frac{1}{5}=\frac{19}{20}}$$
$$\mathrm{\Rightarrow\:{\mathit{R}_{p}}=1.053 \:Ω}$$
因此,A点和B点之间的电压V为
$$\mathrm{\mathit{V}=I\mathit{R}_{p}=24×1.053=25.27\:伏特}$$
现在,支路电流为
$$\mathrm{电流\:\mathit{I}_{1}=\frac{\mathit{V}}{\mathit{R}_{1}}=\frac{25.27}{2}=12.64\:安培}$$
$$\mathrm{电流\:\mathit{I}_{2}=\frac{\mathit{V}}{\mathit{R}_{2}}=\frac{25.27}{4}=6.32\:安培}$$
$$\mathrm{电流\:\mathit{I}_{3}=\frac{\mathit{V}}{\mathit{R}_{3}}=\frac{25.27}{5}=5.05\:安培}$$