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串聯與並聯:先認節點,再計電流電壓

不要只看電阻在圖上排成一行還是兩行。串聯與並聯由連接方式決定:是否同一條電流路徑,或是否共享兩個端點。

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一圖掌握

串聯與並聯:先記住這四步

先用流程圖整理思路,再閱讀下方的例子、易錯位和自測。圖解是方法提示,不代替完整推導。

串聯與並聯四步解題流程;完整文字步驟見圖下方。
把讀題、選方法、計算和覆核連成一個可重複使用的流程。 開啟清晰圖片
文字版流程・方便隨時重溫
  1. 先沿導線辨認節點,確定元件真正屬串聯還是並聯。
  2. 串聯元件電流相同;並聯支路兩端電壓相同。
  3. 對正確的元件或支路使用 V = IR,並求合適的等效電阻。
  4. 核對節點電流及回路電壓;不要把總量直接當成每個元件的量。

先交代電路模型,再選規則

以下例題使用理想直流電源、電阻可忽略的導線,以及阻值保持不變的電阻;忽略電源內阻與溫度變化。在這些假設下,電阻兩端電壓 V、流經電流 I 及電阻 R 滿足 V = IR。V 的單位是伏特 V,I 是安培 A,R 是歐姆 Ω。

串聯元件之間沒有供電流分流的岔路,所以流經它們的電流相同;各元件的電壓降相加等於總電壓。並聯支路接在同一對節點上,所以各支路兩端電壓相同;節點的總流入電流等於總流出電流。

例題一:兩個電阻串聯

把 2.0 Ω 及 4.0 Ω 電阻串聯,接在 12 V 理想電源兩端。求總電流及兩個電阻的電壓。

  1. 總電阻 R = 2.0 + 4.0 = 6.0 Ω。
  2. 總電流 I = V/R = 12/6.0 = 2.0 A;兩個電阻都流過這個電流。
  3. 2.0 Ω 電阻的電壓為 2.0 × 2.0 = 4.0 V。
  4. 4.0 Ω 電阻的電壓為 2.0 × 4.0 = 8.0 V。
  5. 核對:4.0 + 8.0 = 12 V,正好等於電源電壓。

串聯中「電流相同」不代表「電壓相同」。在相同電流下,阻值較大的元件有較大的電壓降。也不要想像電流經過第一個電阻後被消耗:在穩定狀態中,電荷不會不斷積存在兩個電阻之間。

例題二:兩個相同電阻並聯

另把兩個 6.0 Ω 電阻並聯,接在 12 V 理想電源兩端。每條支路直接跨接電源,因此各有 12 V,支路電流各為 12/6.0 = 2.0 A。總電流為 2.0 + 2.0 = 4.0 A。

等效電阻可由總量求得 R = 12/4.0 = 3.0 Ω,亦可用 1/R = 1/6.0 + 1/6.0。它比任何一條支路的阻值小,因為新增了一條供電荷流動的路徑。這個「總電流增加」結論以電源電壓固定及模型假設不變為前提。

常見錯誤:分流不一定平均

並聯支路只有阻值相同時,電流才相同。若同一對節點間一條支路是 3 Ω、另一條是 6 Ω,兩者電壓相同,但 3 Ω 支路的電流是另一條的兩倍。串聯與並聯各有不同的「相同量」,不應交換套用。

另一個錯誤是把電源電壓直接套在每個串聯電阻上。先求總電阻和總電流,再算個別電壓,就能避免這個問題。遇到複合電路,先找可確定的串聯或並聯小組,化簡後再逐步還原各支路;不能只按圖形外觀合併。

自測:用電壓總和驗算

4.0 Ω 與 8.0 Ω 電阻串聯,接上 6.0 V 理想電源。求電流與 8.0 Ω 電阻兩端電壓。

展開答案與步驟

總電阻為 12 Ω,電流 I = 6.0/12 = 0.50 A。8.0 Ω 電阻的電壓為 0.50 × 8.0 = 4.0 V;4.0 Ω 電阻則為 2.0 V。兩個電壓相加為 6.0 V,符合電源電壓。

下一步練習

找幾張接線外形不同的電路圖,只標節點及判斷串並聯,暫時不計數。之後每題都加一項核對:串聯查電壓總和,並聯查電流總和。本篇為紙上理想電路分析,不是接駁市電或自行改裝電器的操作指南。