这道题各支路电流方向怎么右手定则判断电流流向?

看到邀请者是IT工作者,而题目又明确地说是初中题,我就简单地说一下吧。不过,我不是为了解此题,而是指出此题的设计不周到之处。我们来看下图:图1就是原图重新绘制后的新图。我们用叠加原理来求解。因为进行叠加原理时,让电压源短路,让电流源开路。同时,我们还知道电源其实是有内阻的,设电源E1的内阻是r1,电源E2的内阻是r2.。(1)求解只有电源E1存在时的电路参数现在,我们去掉电源E2,见图2,于是电源E2只剩下内阻r2。我们知道,电源的内阻极小,我们从图2中看到,HL2信号灯其实是和电源内阻r2并联的。既然两者并联,它们的电压相等,于是有: I_2r_2=I_3R_{HL2} ,所以 I_3=I_2 \frac {r_2}{R_{HL2}} 。注意,电源的内阻一般在1欧以下,而灯泡的内阻一般都在100欧左右(例如12V1W的灯泡内阻是122欧)。我们把这两个数据代入上式,得到: I_3=I_2 \frac {1}{100}=0.01I_2 。可见,只有不到1%的电流会流向信号灯HL2,而99%的电流流向电源2的内阻,引起电源2剧烈发热。这里给我们一个教训:在任何情况下,不能让电源独立地与负载并联。且当负载与电源并联时,总并联电阻就是电源内阻。由此可知,图2的右侧蓝色区域等效于不存在,因此我们有: I_2 \approx I_1 。电流方向如图2所示。(2)求解只有电源E2存在时的电路参数现在,我们去掉电源E1,只留下它的内阻r1,见图3。从图3看,电路是合理的。具体求解过程略去。(3)电路电流参数的解答:首先看电源E1支路,我们看到有两个电流,一个是电源E1的输出电流I1,另一个是E2提供的逆向电流I6,所以电源E2支路的电流就是这两个电流的代数和。电流I6又叫做电源环流。电源环流在工程中需要尽力避免,否则电源将在很短的时间内烧毁。再看E2支路,我们看到它的电流是I2和I4的和。其中I2是电源环流。最后看HL2支路,它的电流是I3和I5的和。不过,I3=0,因此流过HL2信号灯的电流只有I5。我们来看看结论是什么?结论是:第一,此电路的设计很不合理,属于严重错误电路;第二,若要修改电路,则必须在电源E2的正极增加一只电阻,或者在两只电源的正极各增加一只止逆二极管。=========================由于正在写《你所不知道的电气知识——电气世界漫游》初级版,对中学课本看的比较多,发现错误比比皆是。在这方面,国外的教材做得很好,至少它们不会出现类似本帖主题图纸的错误。感觉是:中学电学教育与实际电路相差甚远,实在有点敷衍了事的感觉。难怪某次一位中学老师带了学生到ABB来参观,我给他们带路。这位物理老师提的问题都十分可笑,以至于最后这位老师都不敢开口了。看来从学校到实际运用,还是有不少路要走的。顺便说说,我的书稿出了大问题。上个月中旬我的电脑硬盘损毁,修复后稿件已经不能恢复。实在遗憾。目前正在重写,因此出版日期会延迟。====================题主更新了图。我把题主的图更新绘制见图4:我们设,电池内阻r1=r2=1欧,电池为12V,灯泡为12V1W。我们用叠加原理来求解。先求灯泡电阻: R=\frac {U^2}{P}=\frac {12^2}{1}=144 \Omega 由于每个电池的正极都连接到灯泡,而灯泡的另一侧接到电池负极。由图5和图6,我们有:灯泡电流I1=I2,为:I_1=I_2=\frac {E}{r+R_{HL}}=\frac {12}{1+144}\approx 0.08276A。为何如此?我们看图6,我们发现,按叠加原理,将E2和HL2支路的E2去掉,只剩下E2的内阻r2,我们看到电池的公共线路正好把这条支路给短接;反过来,我们把E1和HL1支路的E2去掉,我们也会发现类似结果。这样一来,就有了上述计算方法。我们有:I_3=I_1+I_2=2\times 0.08276\approx 0.1655A 。那么灯泡上的电压是多少?当然是流经灯泡的电流与灯泡电阻的乘积了。因此有:U_{HL}=I_1R_{HL1}=I_2R_{HL2}=0.08276 \times 144\approx11.9174V;电池内阻上的电压为:U_{r}=I_1r_{1}=I_2r_{2}=0.08276 \times 1\approx0.08276V总电压为: 0.08276+11.9174 \approx 12V计算完毕。其实,这个计算根本没必要如此麻烦。灯泡电压就是电池电压,而电池负极总线的电流就是两只灯泡电流之和,为0.1655A。===============看到许多知友对电源的环流似乎认识不清,给点小知识吧。好在所花时间不多。我们看下图:上图是工业上构建双电源的方法。图7-1是用双次级绕组变压器构建双电源的方法,我们看到图中构建出两个12V直流电源。图7-2是用两只独立的单次级绕组变压器构建出两个12V直流电源的方法。我们再看图8和图9,图8利用这两个12V直流电源构建出双+12V直流电源,而图9则构建出+12V和-12V电源。我们看下图:图10就是题主的图。注意看图中的E1和E2,如果两者的电压完全一致,则图10右侧上图也问题不大。尽管E1和E2之间可能会因为电压有高低而出现环流,但环流电流不太大,一般对电源不会产生太大的影响。但如果E1和E2是来自两个独立电源,此时就必须在E1和E2的出口处设置止逆二极管,见图10右侧的下图。为什么要消除电源环流?是因为电源的等效电阻很小。我们都知道,在电路分析的叠加原理中,总是用电压源短路电流源开路的方法来简化系统,其实这种方法的根据来源就是这个道理。在实际工作中,有现成的产品,见下图:这就是双电源的止逆二极管产品,它有不同的电压规格和电流规格供选用。防止电源之间的环流是很重要的,尤其是大功率的电源。这里的电源不但包括直流电源,也包括交流电源在内。在工业上,当我们试图把2只以上的电源在带载条件下执行并联操作时,我们把此过程叫做并列操作。例如变电站内的2台电力变压器,或者1台变压器1台发电机,它们要执行并列时,必须要确保变压器的电压、接线、阻抗电压和相位差等等都必须一致。这叫做准同期操作。准同期实现后,才能让两个电源并列。再例如变电站内的24V直流工作电源,一般都采取冗余配置。要实现这一点,就必须配套止逆二极管。我认为:我们不管是学习也好,是设计也好,一定要把它的深层次内涵给厘清,避免出现设计偏差。要做到这一点,需要我们仔细思索问题,理解它的内涵,构建出相对准确的思路。当然,这需要我们有一定的实践经验才行。对于没有经验的人士和普通大众,对待此类问题基本上就没有什么好办法了。但作为学校里出题的师长们,要把题目出得尽量准确一些,尽力避免出现纰漏和瑕疵为好。}

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