并联电流相等吗
我们先来认识电流是怎么形成。如下图,A、B二个金属导体,分别带上正、负电荷,现在A、B之间连接一条导线R,B失去电子,A得到电子,电子就会沿导线R作定向移动形成瞬时电流,最后,由于中和现象,这个电流很微弱,也很短暂。
假如在A、B之间连接一个装置P,它可以不断地把流向导体A的电子取走,补充给导体B,使A、B始终保持一定数量的正负电荷(即保持电压存在),这样A、B之间就可以形成持续电流。这装置P叫做电源。由于把负电荷从A取走,需要克服正负电荷之间的吸引力力而做功,与宏观世界中,抽水机抽水,要克服地球的引力而做功类似,必然消耗一定的能量。这个能量的来源,在化学电池中是依靠化学反应,消耗了化学能;在发电机中,是依靠外部物体对线圈做功,消耗了机械能。在光电池中,主要是吸收了太阳能 。电池搬运电子,使电子具有了电势能。
所以,我们可以得出结论:电荷的定向移动形成电流。(推理过程,运用了类比法)
注意:该处电荷是指自由电荷。对金属导体来说,是自由电子定向移动形成电流;对酸、碱、盐的水溶液来讲,是正负离子定向移动形成电流。定向移动的电荷可能是正电荷也可能是负电荷,也可能是正负电荷同时定向移动。
电流方向的规定:把正电荷移动的方向规定为电流的方向。
按照这个规定,电流的方向与自由电子(负电荷)定向移动的方向相反。在电源外部,电流的方向从电源的正极到负极。
按照这个规定,对于金属导体而言,是错误的规定。这是由于在规定电流方向的时候,人们对物质的结构或者说原子的结构还不是很了解,正电荷是在原子核内,不能移动的。方向是人为规定的,即使是错误的,也不影响电流方向的规定,取正电荷作为参照物,电子的移动方向就是与电流方向相反而已,更何况,在导电溶液中,正负离子都可以移动。
电流强度的描述,在单位时间内,通过导体横截面积的电量。所以,在国际制单位(SI制)中,电流的单位是C/S(1C/S=1A)
知道电流形成原理、电流方向的规定和电流强度描述方法,就容易理解串并联电路的电流规律。
在串联电路中,各电路元件是首尾相连,电流只有一条通道,在所有的电荷向一个方向移动的过程中,在任意时间内,通过导体的横截面积的电量相等,所以,电流处处相等。即使导体的粗细(即电阻)发生改变,在任意时间内,电量的密度(电量与横截面积的比)并没有发生改变。
在初中阶段,是利用实验归纳法(科学归纳法)总结出串联电路中的电流规律的,我们也可以了解一下其实验方法。
根据设计电路图,连接实物图,把一只电流表分别接在A、B、C位置处,闭合开关,读出电流表的示数分别为I1、I2、I3,可以得出结论。串联电路中各处的电流相等。I3=I1=I2。
变式实验:把一只电流表换成三只电流表,只要闭合开关一次就可以得到一组实验数据。(电路图留给你了)
为什么要把电流表分别接入A、B、C三点或者说要在A、B、C三点各接入一只电流表呢? 这个问题值得各位来思考。
在混联电路中,我们可以用等效方法来归纳并联电路的电流规律。如果把电路中并联部分的用电器(电阻)看成是多段的电阻丝,把这些电阻丝扭在一起当作一个电阻使用,这样,并联电路就等效于串联电路了,根据串联电路中各处的电流相等,并联部分的总电流就等于干路上各处的电流。
初中阶段主要研究单一的并联电路,其研究方法与串联电路大同小异,即实验归纳法。
实验归纳法有以下三种方法。请各位自己设计出三种方法的电路图。
方法一。给你一只电流表、开关一个、学生电源、导线若干,阻值不同的电阻若干个。
方法二。给你三只电流表、开关一个、学生电源、导线若干,规格不同的灯泡若干个。要求开关只闭合一次,就能够得到一组实验数据。(电路图留给你了)
方法三。给你一只电流表、开关二个、学生电源、导线若干,规格不同的灯泡若干个。要求不移动电流表就能够归纳出并联电路的电流规律。(电路图留给你了)
实验结论:在并联电路中,干路上的电流等于各支路上(部分电路)的电流之和。数学表达式:I1 I2 I3 ..... In=I。
电流是看不见、摸不着,我们可以通过各种电流的效应来判断它的存在,这就是转换法的科学思想。
什么叫转换法?在物理学中,对于一些看不见、摸不着的物质或物理问题我们往往要抛开事物本身,通过观察和研究它们在自然界中表现出来的外显特性、现象或产生的效应等,来认识事物的方法。例如:利用电流的三大效应可以判断电流是否存在。电流的热效应。如,白炽灯,电饭锅等。 电流的磁效应,如,电铃、电磁铁等。电流的化学效应,如电解水、电镀、化学电池充电等。