纯电阻电路就是除电源外,只有电阻元件的电路,或有电感和电容元件,但它们对电路的影响可忽略。电压与电流同频且同相位。电阻将从电源获得的能量全部转变成内能,这种电路就叫做纯电阻电路。 基本上,只要电能除了转化为内能以外没有其他能的转化,此电路为纯电阻电路。

1.纯电阻电路是什么意思

准确来说,欧姆定律全部式子在焦耳定律中的所有变形式(如Q=I²Rt=U²/R*t Q=W=Pt=UIt等)都能在纯电阻电路中使用。


纯电阻电路是指电路中只含有电阻元件的电路。


纯电阻电路中,欧姆定律和焦耳定律均成立。


注: 焦耳定律原式Q=I²R*t可在几乎任何电路中使用。

事例
电动机,电风扇等,除了发热以外,还对外做功,所以这些是非纯电阻电路。白炽灯把90%以上的电能都转化为热能,只有很少转化为光能。所以,在中学电学计算中,白炽灯也近似看做纯电阻。而节能灯则大部分能量转换成了光能所以节能灯属于非纯电阻电路。这也是为什么白炽灯远比节能灯耗电的原因(节能灯几乎将电能全部转化为了光能)。


只要符合欧姆定律的不管它将能量转化成什么能,动能也好,化学能也好,光能也好。只要电流相位和电源一致,符合欧姆定律就可以看做是纯电阻电路。因为在计算和分析上可以这么去做。当然,在有电动机存在的电路,部分电能被转化成动能,经电容补偿后可以使相位平衡,功率因数可以为1,但是在分析的时候却不能把他们看成纯电阻电路,电压电流和电阻的关系不对。凡是存在其他能量转化的,基本上都不是只有电阻性负载存在,计算阻值和电压电流关系的时候就不能看做纯电阻电路。
 

2.纯电阻电路举例

高中会学到电路中的几种基本元件:电阻,电感,电容。


在高中范围内接触的电路定量计算的问题中,典型的非纯电阻电路:发电机,变压器。他们都是利用电磁感应工作的,虽然也有电阻,但同时也有电感,所以不是纯电阻电路,不能用欧姆定律计算。


至于说自由电荷在导体中定向移动的阻力,可以这样理解:
金属导体是由电子和相应正粒子点阵组成的,其中电子大多可以自由移动,故被称作自由电子;而正粒子几乎不动,成晶体点阵排列而组成晶格。自由电子在导体中定向移动的时候与正粒子晶格频繁碰撞,从而减速,其作用相当于受到与运动方向相反的阻力,这也就是电阻率的微观解释。


由上述分析不难看出,当自由电子定向移动的速度增大时,和正粒子晶格碰撞将更加频繁,也就是宏观上表现为阻力更大。


线性元件,是指I~U曲线为直线的元件,即所谓线性。而I~U曲线为直线意味着什么,其实就是电阻R不随电压U变化,即电阻恒值。所以只要电阻变的都是非线性元件。不光是纯金属,半导体,乃至一般的导体,它们的电阻都会随电压U变化,所以都是非线性元件。只不过在一般情况下,导体电阻在我们所考虑的问题中变化不大时,大家习惯上把它当作线性元件来处理,即近似看作电阻为恒值,并且在很多情况下这样的近似是非常好用又非常合理的。

 

纯电阻电路举例

(图片来源于网络)

 

3.纯电阻电路功率公式

电路中电流的瞬时值为:i=u/R=(Um/R)sinωt

 

电流的最大值为:Im = Um/R

 

将等式两边除以√2,则得有效值为:I=U/R

 

纯电阻电路中的瞬时功率p是个不断变化的值,不便计算。通常用有功功率(平均功率)P表示纯电阻负载在单位时间内实际消耗的电能,其表达式为:P=UI=I2R=U2/R

式中,P为有功功率(平均功率)(W);R为负载电阻值(Ω);U为负载电阻两端的有效电压(V);I为流过负载的有效电流(A)。