初等科学普及：串联和并联电阻为什么引起电流、电压的变化？

路人甲乙丙

初等科学普及：串联和并联电阻为什么引起电流、电压的变化？
 

　
　　原文：“请问杨神经同志:

　　1.为什么在串联电路中电流相等,电压按电阻大小分压呢?

　　2.为什么在并联电路中电压相等,电流按电导(电阻的倒数)大小分流呢?

　　3.请解释一下什么是电流,什么是电压,什么是电阻.

　　请一个分子一个分子的振动出来,不要回避”!!!
 

　　只要是天上飞的，地上跑的，只要你能想到的，没有杨神经不能解释的，你尽管请教，我绝对保证做出回答，谁让咱是旷世奇人了呢？

　　在没有开始讲解之前，我先说个条件：数学家不要进来，只要哲学家进来就可以了。

　　为什么？因为我在这里讲解的数字和数值，是用来思维定性判断的，不是用来计算的！通过我说的数字，有个定性的理性判断就可以了，不需要定量计算，所以，那多情的数学家，你还是滚蛋为好！

　　比如说，我说一碗普通的小米，有100个，一碗普通的黄豆，有50个，你只要理解为小米的数量比黄豆的数量多就可以了。我没有时间去数一数一碗小米是不是100个，一碗黄豆是不是50个，我还要珍惜我的青春呢！不多了哟！

　　在定量分析和讲解之前，先来翻译和纠正一下个别概念。

　　电，振动论中叫能量。阻，就是阻挡或者阻力，在振动论中理解成能量下降阻力或者能量衰减效率等概念。电阻，就是在固体中，主要是部分金属材料中，能量传递阻力和能量阻挡装置，也可以理解成能量通过这种装置衰减状况的装置。作为电阻元件，它是可以传递能量的，只不过传递效率不同。原因是它自身消耗了一些能量造成的。

　　电流，不是水流。

　　水流，借助上帝，还可以循环的，电流，即使把爱因斯坦找回来激活，他也没有办法让电流循环的，只能来个局部循环。

　　比方说，黄河和长江里的水流，从西藏巴颜卡拉山一路上流动着去到大海里，上帝制造一些锦绣彩云，或者通过毛细现象倒行逆施地把大海里的水搬运到西藏，完成好玩的水气循环。

　　电流就不行了哟！发电厂发的电，电池里的电，在导线里虽然叫电流，可是它们永远不会回到发电厂和电池里的。

　　水流中的水分子，在一个一个地滚动，一去不复返！

　　电流中的导体颗粒，只能在原地振动碰撞，把能量传递走，它们还监守岗位。

　　河道越是宽深，水流量越是大，同样的流速下；同样的流量下，河道宽窄，引起水流的快慢，当然，流动阻力也随着流速在变化了。

　　认真听！别打盹！小心戒尺把你的小手打肿？吼吼！

　　电压你可以理解成你家自来水的水压，相当于河道里的地势落差。在振动论中，你可以理解成某个基本颗粒的劲头大小。

　　好，现在开始围绕题目讲解。

　　隋炀帝在运河里装满黍子当水流，杨神经在导线中装满小米当电流，不是一个杨字，做事情也不一样，你管不着！

　　假定有一个管道，里面装满了小米。这些小米有十排，每排10个小米。假定有两个大圆球，里面装满了黄豆，圆球的直径比管道的直径大很多倍，但是，三个黄豆组成的截面积相当于10个小米的截面积了。注意，这个大圆球里的黄豆上千个。

　　这里假定，黄豆的质量比小米大，黄豆的间隙也比小米大，黄豆要运动起来也比小米需要的能量大，即能量消耗大。

　　好了，导线里的基本颗粒好比是小米，电阻里的基本颗粒好比黄豆。

　　请注意，黄豆与小米在自由振动的时候，这里暂时不讨论，本话题主要是讨论在有外力作用的强制振动碰撞下的情况。

　　电阻串联是什么意思呢？就是把这个管道分成两段，每段每排只有5个小米，还是10排。管道上接有两个圆球，管道中是小米，圆球中是黄豆。

　　我们分析一下，假定从管道的一端的小米上，平均作用10公斤的力，撞击第一排上的每个小米，小米要运动，就要消耗能量，比如说每个小米消耗了0.005公斤能量，从第一个小米到第五个小米，总共消耗了0.02公斤能量，最后达到第一个圆球里的三个黄豆上任意一个上的能量，还有10-0.02=9.98公斤。实际上，在小米们撞击的时候，除了向前面碰撞传递能量外，还要对周围其他方向传递能量，比如说管道的四周，这些能量作用的空气中，产生了磁能。比如说，这五个小米在横竖碰撞中，向前面的总能量是9.0公斤，那么，那0.98公斤的能量就变成了磁能和热能了，比如说，磁能是0.95公斤，热能是0.03公斤。

　　最后一个小米以9.0公斤的能量，要撞击圆球进口端的黄豆了。

　　假定黄豆要运动，每个黄豆需要消耗能量是0.001公斤，假定这个圆球里在进口端到出口端垂直距离上有10个黄豆，进出口端截面上有三排黄豆。但是，圆球里有几百排黄豆呢，你撞击了三个黄豆，这三个黄豆还要向各个方向上振动碰撞其他黄豆，虽然说往前面撞击的力量大一些，传递的能量多一些。但是，这么多黄豆在与圆球接触面上，传递到外面的还是要比小米要多得多，因为它们的数量多，可能每个黄豆振动强度比小米们要减弱许多，由于与外界接触的面积大，能量损耗还是要大的多。

　　请注意，不管圆球里有多少个黄豆，整个圆球里把剩余的能量还是要传递给出口端的三个黄豆上的，只不过消耗了一些能量，垂直向前的还是大部分的。

　　如果按照垂直距离上，理论上，第一个黄豆得到的作用能量是9.0公斤，到传递到第10个黄豆上的能量应该是9.0-10*0.001=8.99公斤。但是，前面说过，第一个黄豆质量比小米大，运动起来需要的能量也大，并且它由于圆球体积增大，向许多方向传递了许多能量，在圆球的各个地方都向外界传递了能量，这么多黄豆消耗能量也比较多，事实上，等能量传递到圆球出口端上的三个黄豆上的时候，能量只有8.0公斤了。

　　与前面道理相同，圆球出口端上的三个黄豆，以8.0公斤的能量左右第二段管道里的小米了。第一个小米是8.0公斤，而第五个小米是7.05公斤了。基本上与第一段管道里的小米损耗接近，但是小于第一段，原因是原始能量小，消耗也减少了。但是，基本上还是那个级别。

　　同样道理，从第二段管道到第二个圆球出口端的能量衰减情况基本上接近，考虑到也要消耗接近第一个圆球里的能量级别，假定是1.85公斤的消耗。那么10公斤的作用能量，到第二个圆球出口，变成了5.2公斤的能量了。

　　这是两个电阻串联起来，作用力从10公斤通过了电线和电阻的能量消耗，变成了5.2公斤的能量了。

　　如果要把两个电阻并联起来呢，情况是：

　　请注意，电路中不管是电阻并联和串联，用的导线是一样粗的，都是10排小米。

　　在并联时候，圆球进口碰撞能量强度还是9.0公斤，或者接近9.0公斤。但是，现在的小米是从10排变成了20排了，推动小米的10公斤原始能量强度没有改变。承担传递能量的小米多了一倍。在各个小米上的能量分量减少了。一条黄河水，变成了两条黄河水了，地势落差还是一样的，显然单个流量就变小了。

　　虽然小米管道增加了一倍，作用力的强度没有变，作用的能量要分散很多了。

　　因此，同时到达两个圆球进口的能量就与以前串联时候的能力相比，少了很多了。进口能量少，黄豆消耗的能量也减少了，它们向外界散发的能量也少多了。两个圆球消耗的总能量也比以前串联的时候少多了。

　　所以，并联电阻，两端电压相等，两端电流不同。

　　串联电阻呢，由于两个电阻要消耗能量，在电路中沿途消耗，对原始作用能量强度减弱许多，两个电阻前的电压不同。但是，都是要经过同样截面的小米，小米的传递能量基本一样，所以两个电阻的电流相同。从理论上来说，串联时候，电流也不完全相同，有稍微的变化，在短距离的导线上，一般是测量不出来的。

　　所以，电工学上说，电阻串联电路中，电流相同，电压不同；电阻并联电路中，电压相同，电流不同。

　　如果要考虑整个能量的变化了，把电流引起的磁能变化和电路热能变化，总能量仍然符合能量守恒定律的。电线和电阻，都在发热和产生磁场的。

　　这里比喻的小米是很圆的颗粒，而黄豆不太圆。

　　导体的导电性能，主要取决于导体材料的基本颗粒形状和基本颗粒的排列情况，以及传递能量效率等，质量影响比较小。

　　人喜欢走近路，水喜欢流捷径。

　　能量传递也是这样，两条管道，哪条管道阻力小，能量容易从哪条管道传递。

　　如果两个圆球不一样大，都是一样的黄豆，小的阻力要小一些，能量传递要多一些。

　　明白了吗？同学们！

[此贴子已经被作者于2006-11-14 8:47:59编辑过]

通天雷神

1.为什么在串联电路中电流相等,电压按电阻大小分压呢?

2.为什么在并联电路中电压相等,电流按电导(电阻的倒数)大小分流呢?

——此为欧姆定律线性方程的理想状态，实际不存在。