问题2:变压器原线圈的线圈数比副线圈少,那么它就是升压电路。根据P=IU,I=U/R ,则电流应该降低。又因为副线圈的电阻不变,那么电压升高那么它的电流应该升高才对。因此这不符合欧姆定律;
问题3:发电机发出来的电和家用电是不是不一样?
问题4:打火机的电弧电压很大,电流很小。这样的小电流应当是它的总电流,电弧中的电流应当很大才对。
我们现在开始。
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问题1的解答:
我们来看下图:

现在,我们令两只电池的中间连接处电压为0V,那么图中A点、B点和C点的电压是多少?
答案是:A点电压Ua=220V,B点电压Ub=0V,C点电压Uc=-220V。
现在,我们把参考地挪到电路的左下方,那么A点、B点和C点的电压又是多少?
答案是:A点电压Ua=440V,B点电压Ub=220V,C点电压Uc=0V。
如果我们把参考地挪到电路的左上方,那么A点的电压就是0V,B点的电压为-220V,而C点的电压为-440V。
这个概念很重要。
由这个概念出发,我们可以有几个重要推论:
推论1:某点电压为零,与此点是否有电流流过无关。
推论2:节点电压是系统参数,不能仅仅依靠欧姆定律来求解。
我们来看看第一种情况下的电压波形图:

现在,我们把电池换成交流电源,看看情况如何:
我们看下图:

从直观看,交流电压的大小和方向时刻在变,而直流电压的大小和方向不变。
1)交流电压的220V指的是有效值。
所谓有效值,与电阻的发热有关。
我们把交流回路中的电源改为直流电,它向封闭在密闭空间中的电阻供电。过了一段时间t后,测量此密闭空间中的温度,并由此推得电源所消耗的功率。
接着,我们把电源换成交流电,也让它向此密闭空间中的电阻供电。过了相同的时间t后,若空间中的温度与之前的温度相同,也即此交流电源所消耗的功率与直流电源消耗的功率相同,则把直流电流的值叫做交流电流的有效值。
由于电阻不变,也由此推得了交流电压的有效值。
居家配电中的220V电压指的是有效值,此电压的最大值是1.414X220=311V。
现在,我们看到题主的第一个错误了,220V交流电压与正负220V直流电压完全是两回事。这一点可从两者的波形图对比看得清清楚楚。
如果我们把直流电池的电压也换成311V,那么两者能否等效呢?还是不行。
我们很容易看出,交流电电压的1/4周波面积(深天蓝色区域)小于同等时间宽度下的311V面积(绿色区域),所以220V交流电的发热量小于正负311V直流电压的发热量,也即两者不等效。
请初中学生注意:题主所犯的错误很典型,很可能是相当多初中生们的共同认识错误。
2)交流电源的某条线接地问题
我们来看下图的右图:

一个重要事实:由前面的推论1,我们已经知道,尽管两只电池的中点接地,但毫不影响导线中的电流。
我们再看左图,我们发现交流电源的下端也接大地,所以此点的电位为零。
如果交流电源的任何一端均未接地,那么交流电源的输出是对称的,也无所谓什么火线或者零线。但我们把交流电源的某点接地了,不但它的电位为零,并且这条线还具有了保护人身安全的性质。不过,这条线还不是真正意义上的零线。
我们来看下图:

图中的左上方看到三相电力变压器,以及它的三相绕组出线侧,分别标记为L1、L2和L3。我们看到,三相绕组的中性点也被引出,这条线叫做中心线N。
我们在左下侧看到,中性线N被接地,于是这条线的符号也由N变成了PEN,它就是大名鼎鼎的零线。
相线也即火线。火线有3条。见图中的右侧。
看完这张图后,我们能得到如下几个结论:
1)火线和零线不是对称的。零线必须接地,但火线绝对不能接地。
2)尽管零线有接地,但接地完全不影响零线中的电流流动。理由见前面的推论1。
3)火线之间的电压在用电负荷处是380V,叫做线电压;用电负荷处任何一条火线对零线的电压是220V,叫做相电压。
现在,我们再来看看题主的疑问:
零线接地与人的电势差为0也就是0v。个人认为是没有火线,零线之分的,都是-110V到+110v;
题主的错误在于:他把火线和零线认为具有对称性了,显然这是错误的。其次,火线和零线的电压与正负110V电压毫无关系,这一点在前面已经说明。
问题2的解答:
题主对问题2的看法当然是错误的,错误在于:他对欧姆定律的理解有误。
我们看下图:

欧姆定律是:流过电阻的电流,是电阻两端的电压与电阻值之比。也即:
我们已经知道,电阻R3两端的电压是440V,若电阻R3的阻值是440欧,则有:
注意,这里的电压一定指的是电阻两端的电压,并且欧姆定律只能用于电阻类参数的计算,这一点不能弄错,更不能任意发挥。
如果一定要将欧姆定律发挥到任意元件的计算,则必须要利用一种特殊工具——相量计算法。(注意,这里的相量不是向量,它是电路分析的专门方法。并且,相量计算的基本数学工具是复数,它需要学习复变函数才行。这是大一《工程数学》的内容)。此时,电阻已经成为阻抗,而欧姆定律也叫做复阻抗下的欧姆定律。
由此可见,题主把计算电阻的方法发挥到变压器的参数计算是何等错误。
那么变压器有没有适合于初中生的简便计算法呢?有的。
设变压器一次回路的功率为P1,电压为U1,电流为I1;变压器二次回路的功率为P2,电压为U2,电流为I2。则有:
并且有:
K叫做变比。
另外,还有一个重要参数,叫做每伏圈数。
例如某变压器的一次侧是380V,二次侧是220V,每伏圈数是3圈/伏,则变压器一次侧的圈数是:
变压器二次侧的圈数是:
于是有:
我们来看题主的问题:
变压器原线圈的线圈数比副线圈少,那么它就是升压电路。根据P=IU,I=U/R ,则电流应该降低。又因为副线圈的电阻不变,那么电压升高那么它的电流应该升高才对。因此这不符合欧姆定律。
错误在哪?题主把变压器当成电阻了!P=IU和I=U/R 适用于可变电阻器,而不能用于变压器!!!
那么实际的变压器是如何计算的?它要考虑到变压器内部的磁路,要考虑到线圈的电阻,要考虑到线圈的互感和自感,要考虑到阻抗电压和励磁涌流。在大二上专业课《电机与拖动》和《电工学》时,会详细讲解变压器的工作原理。
问题3的解答:
问题3的解答很简单:对于低压配电系统来说,基本计算方法和上述计算是一样的,没有特殊性。
不过,这里最重要的是短路计算。这又会延伸出一大堆理论,以及国家标准和国际标准。我们忽略吧。
问题4的解答:
当按下打火机按钮后,打火机中出现了电弧。打火机电路如下:

电路的原理我就不解释了,初中生看不懂。不过,我们还是可以看看电弧的伏安特性的,如下:

打火机电路中的电弧其实是脉动直流电弧,也即一次次地点燃和熄灭,这样避免打火机触头烧蚀。但每次起弧时,伏安特性都与上图一致。
伏安特性曲线的细节解释我们就省了吧。
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这个帖子到这里内容全部结束。
最后给个总结:
1)不能用欧姆定律来简单地解释变压器,其原因在于变压器中不但有电现象,还有磁现象。磁路也有磁路自己的基尔霍夫定律,以及磁路的欧姆定律,但用初中的知识是无法解释的;
2)不能用正负直流电压来理解交流电压;
3)要准确理解交流电有效值的定义,以及它的最大值、周期以及频率参数;
4)要准确理解交流电火线和零线的定义;
5)要准确理解电源接地的意义,理解电源的某点接地后并不影响导线电流的流通;
6)注意区分节点电压与电阻两端电压的区别,并由此联系到欧姆定律计算电压的适用范围。