串联电路原理及实验测量方法

实验3-1：把两个相同功率的白炽灯泡以串联的形式接到电压源上。测量用电器前、中和后的电流（图3-1）。比较彼此的测量结果。

所有电流表指示出相同的电流（I₁=I₂=I₃）。

在串联电路中电流处处相同。

实验3-2：把两个用电器，如两个不同功率的白炽灯泡以串联的形式接到电压源上（图3-2），并比较其电压。

图3-1 测量电流用串联电路

图3-2 测量电压的串联电路

用电器的分电压和等于所施加的电压（总电压）。

在串联电路，在每一个用电器上都有一部分总电压。总电压分配到单个电阻上（电压分配）。

对于串联电路，用电器上的分电压的和等于所施加的电压。

分电压：

U=U₁+U₂

式中 U——总电压；

U₁、U₂——分电压，用电器电压。

在实验3-2中的电压源和用电器是以一个所谓回路的闭路进行接线。通常如图3-3所示，在一个回路中有多个用电器和几个电源。所发生的电压（电源电压）也纳入在内。

图3-3 回路

适用的回路定律（第二基尔霍夫^[1]定律）：

在一个回路中，电源电压和用电器分电压的和为0。

在应用回路定律时，应注意符号（基准箭头计数方向）。

回路定律：

式中 ∑U——全部电压的和；

U₀₁、U₀₂——电源电压；

U₁、U₂——用电器电压。

实验3-3：重复实验3-2，并测量电流。由电流计算两个用电器电阻的分电压和总电压以及串联电路的总电阻。

两个用电器的总电阻R等于单个分电阻R₁、R₂的和。

对于串联电路，其总电阻等于各分电阻的和。

总电阻：

R=R₁+R₂+…

式中 R——总电阻（等效电阻）；(www.xing528.com)

R₁、R₂——单个电阻。

电路的总电阻也称为等效电阻。这样的电阻消耗的电流是单个电阻的和。

计算例题：

把R₁=27Ω、R₂=80Ω如图3-4所示串联到电压为230V的电路中，并进行下列计算：

a）计算等效电阻。

b）计算电流。

c）计算单个电阻上的分电压。

d）计算总电压。

解：

a）R=R₁+R₂=27Ω+80Ω=107Ω

b）

c）U₁=I×R₁=2.15A×27Ω=58V

U₂=I×R₂=2.15A×80Ω=172V

d）U=U₁+U₂=58V+172V=230V

图3-4 串联电路中的电流、 电压与电阻

因为在串联电路中各处的电流相同，所以大电阻上的电压高，小电阻上的电压低。

在串联电路中，在大电阻上的电压降大。

由分电压值及单个电阻值比较得出，分电压的比等于其所对应电阻的比（举例）。

同样，分电压与总电压的比等于相应单个电阻与总电阻的比。

在串联电路中，电压比等于其相应的电阻比。

电压分配：

式中 U——总电压；

U₁、U₂——分电压；

R——总电阻（等效电阻）；

R₁、R₂——单个电阻。

串联电路的应用，有些用电器，例如白炽灯泡，很少串联到电路中。因为这样串联的用电器，其结果会使电路断路。但是，对于目标照明弹照明灯仍采用串联电路。对于这样的照明灯，为了防止因灯丝的熔断而使电路断路，通常在每一个灯泡装上一个热导体，这样可在灯丝熔断时，电流由热导体通过。因其电阻小，因此可以作为故障灯泡的电路使用。

电压源，如原电池，同样可以串联到电路中。对于流过人体的电流，也可串接上电阻（接触电阻和体积电阻）。

许多键控器，如电动机的保护电路，都是串接的。