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這樣連的話,總電阻豈不是無限小,總電流無限大?

老師說並聯電路中並聯越多的用電器,總電阻越少。那麼並聯無限個用電器,總電阻豈不是無限小,總電流無限大?

Patrick Zhang,電氣工程師

這是我解答的第四個國中題。

我們看下圖:

左邊是電源部分,右邊是負載部分。

注意:電源不但有電動勢 E,同時還有電源內阻 r。

負載也即用電設備均用電阻 R 來代表。為了討論方便,我們不妨假定這些電阻的阻值都相等,也即 R1=R2=R3=……=Rn=R。

國中生應當讀過電阻的並聯。

若有兩隻相同阻值的電阻並聯,則總電阻為:;

若有三隻相同阻值的電阻並聯,則總電阻為:;

若有 n 只相同的電阻並聯,則總電阻為:。

由基爾霍夫電壓定律 KVL 或者全電路定律可知,總電流 I 為:。

現在我們來研究一下並聯電阻 Rz 當電阻數量為無窮大時會怎樣:

我們假設電阻 R 等於 100 歐,於是當兩隻電阻並聯時,總電阻 Rz=100/2=50 歐;當 10 只電阻並聯時,總電阻 Rz=100/10=10 歐;當 1000 只電阻並聯時,總電阻 Rz=100/1000=0.1 歐。

我們看到,電阻的數量越多,總電阻的值就越小。當並聯電阻的數量趨於無窮大時,總電阻的值趨於零。也即:

這種寫法我們將在高中讀極限計算時會學到。

那麼當並聯電阻的數量趨於無窮大時,總電流會等於多少呢?

E/r 是什麼電流?是電源的短路電流!雖然它的值不是無窮大,但也絕非等閑之輩。短路電流會引起導線劇烈發熱,甚至引起電氣火災。

以上計算中,我們假定所有用電負荷的等效電阻都等於 R,但如果這些用電負荷的等效電阻的值不盡相同,那麼又會怎樣呢?

我們還是以兩隻電阻來考慮。設第一隻電阻的阻值是 R,第二隻電阻的阻值是 KR,其中 K 大於等於 1。於是這兩隻電阻並聯后,總電阻為:

我們發現,當 K 趨向於無窮大時,Rz=R。

由此我們得到了結論:

當兩隻電阻並聯后,總電阻阻值一定小於或者等於較小的電阻阻值。

當多隻電阻並聯后,總阻值依然與上述結論相似。並且,當電阻的數量趨於無窮大時,可以證明,總電阻的阻值也趨於零。

於是,我們再一次得到結論:

當負載並聯的數量趨於無窮時,總電阻趨於零,總電流則趨於短路電流 E/r。

所以,請這位同學注意,我們再次重複一遍,這道題的最後結論是:當負載的數量趨於無窮時,總電流趨於電源短路電流,一個並非無窮大但也十分巨大的值。

客官,這篇文章有意思嗎?

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