串聯(電路連線方式)

串聯（series connection）是連線電路元件的基本方式之一。將電路元件（如電阻、電容、電感,用電器等）逐個順次首尾相連線。將各用電器串聯起來組成的電路叫串聯電路。串聯電路中通過各用電器的電流都相等。

基本介紹

• 中文名：串聯
• 外文名：series connection
• 性質：連線電路元件的基本方式之一
• 特點：串聯電路電流處處相等

主要特點

將二個或二個以上元件排成一串，每個元件的首端和前一個元件的尾端連成一個節點，而且這個節點不再同其他節點連線的連線方式。圖示三個元件串聯。元件3的首端和元件2的尾端連成節點q;元件2的首端和元件1的尾端連成節點p。元件1的首端a和元件3的尾端b則分別和電路的其他節點連線。

三個元件串聯

串聯電路的特點主要有：

① 所有串聯元件中的電流是同一個電流，I_總= L₁= L₂= L₃=……= L_n。

② 元件串聯後的總電壓是所有元件的端電壓之和，U_總=U₁+U₂+U₃+……+U_n。

圖示電路中，u是總電壓，u₁、u₂、u₃分別是元件1、2、3的電 壓，u=u₁+u₂+u₃。

常用元器件串聯特點及計算

電阻串聯

如右圖所示，n個電阻器串聯在一起。現將電源連線於這串聯電路的兩端。按照基爾霍夫電流定律，從電源給出的電流等於通過每一個電阻器的電流。所以：

根據歐姆定律，第 k 個電阻器兩端的電壓等於通過的電流乘以其電阻：

根據基爾霍夫電壓定律，電源兩端的電壓等於所有電阻器兩端的電壓的代數和：

所以，n個電阻器串聯的“等效電阻”R_eq 為

滿足歐姆定律，電流源兩端的電壓等於給出的電流乘以等效電阻：

注意到串聯電路的各個電阻所分擔的電壓成比例：

電導G是電阻R的倒數，故n個電阻器串聯的等效電導為：

其中，G_i是第 i 個電阻器的電導。

對於兩個電阻器串聯的簡單案例，等效電導為

電容串聯

如右圖所示，n個電容器串聯在一起。現將電源連線於這並聯電路的兩端。從電容的定義，可以得到，通過第 k 個電容器的電流等於其電容乘以其兩端的電壓變率：

按照基爾霍夫電流定律，從電源（直流電或交流電）給出的電流 i 等於通過每一個電容器的電流。所以，

根據基爾霍夫電壓定律，電源兩端的電壓等於所有電容器兩端的電壓的代數和：

電源兩端的電壓改變率為

所以，n 個電容器串聯的等效電容C_eq為

每一個電容器都有其製造工廠設定的“電壓額定值”（voltage rating）。假設“工作電壓”（由於通電而出現於電容器兩端的電壓）超過電容器的電壓額定值，則可能會造成這電容器故障。為了避免電容器故障，可以增添電容器，將幾個同樣的電容器串聯在一起，使得電壓額定值的代數和大於工作電壓。但這也會降低電路的等效電容。

電感串聯

如右圖所示，n 個電感器串聯在一起，類似前面所述方法，可以計算出其等效電感為

其中，L_i 是第 i 個電感器的電感。

由於電感器產生的磁場會與其鄰近電感器的纏繞線圈發生耦合，很難避免緊鄰的電感器彼此互相影響。物理量互感M能夠給出對於這影響的衡量。

由電感分別為L₁、L₂，互感為 M 的兩個電感器構成的串聯電路，其等效互感L_eq為：

• 假設兩個電感器分別產生的磁場或磁通量，其方向相同，則稱為“並聯互助”，以方程表示，
  

• 假設兩個電感器分別產生的磁場或磁通量，其方向相反，則稱為“並聯互消”，以方程表示，
  

對於具有三個或三個以上電感器的並聯電路，必需考慮到每個電感器自己本身的自感和電感器與電感器之間的互感，這會使得計算更加複雜。等效電感是所有自感與互感的代數和。

例如，由三個電感器構成的串聯電路，會涉及三個自感和六個互感。三個電感器的自感分別為 、 、 ；互感分別為 、 、 、 、 、 。等效電感為

由於任意兩個電感器彼此之間的互感相等，=，後面兩組互感可以合併：

開關串聯

由兩個以上開關串聯在一起，會形成邏輯與電路。假設連線電源於這電路的兩端，則只有當所有開關都閉合時，電流才會流通。

電源串聯

假設電池組內部的幾個單電池以串聯方式連線成電源，則此電源兩端的電壓是所有單電池兩端的電壓的代數和。例如，一個電動勢為12伏特的汽車電池（automotive battery）是由六個2伏特單電池以串聯方式構成。

並聯和串聯的區別

最直觀的區別是這兩種連線方式的電池所表現的不同特點，四節電池串聯起來有6V，而並聯則仍然只有1.5V。

1.串聯電路：把元件逐個順次連線起來組成的電路。如圖，特點是：流過一個元件的電流同時也流過另一個。例如：節日裡的小彩燈。 在串聯電路中，閉合開關，兩隻燈泡同時發光，斷開開關兩隻燈泡都熄滅，說明串聯電路中的開關可以控制所有的用電器。

2.並聯電路：把元件並列地連線起來組成的電路，如圖，特點是：幹路的電流在分支處分兩部分，分別流過兩個支路中的各個元件。例如：家庭中各種用電器的連線。 在並聯電路中，幹路上的開關閉合，各支路上的開關閉合，燈泡才會發光，幹路上的開關斷開，各支路上的開關都閉合，燈泡不會發光，說明幹路上的開關可以控制整個電路，支路上的開關只能控制本支路。

3.串聯電路和並聯電路的特點： 在串聯電路中，由於電流的路徑只有一條，所以，從電源正極流出的電流將依次逐個流過各個用電器，最後回到電源負極。因此在串聯電路中，如果有一個用電器損壞或某一處斷開，整個電路將變成斷路，電路就會無電流，所有用電器都將停止工作，所以在串聯電路中，各幾個用電器互相牽連，要么全工作，要么全部停止工作。 在並聯電路中，從電源正極流出的電流在分支處要分為兩路，每一路都有電流流過，因此即使某一支路斷開，但另一支路仍會與幹路構成通路。由此可見，在並聯電路中，各個支路之間互不牽連。

串聯分壓，並聯分流。

原理：在串聯電路中，各電阻上的電流相等，各電阻兩端的電壓之和等於電路總電壓。可知每個電阻上的電壓小於電路總電壓，故串聯電阻分壓。

在並聯電路中，各電阻兩端的電壓相等，各電阻上的電流之和等於總電流（幹路電流）。可知每個電阻上的電流小於總電流（幹路電流），故並聯電阻分流。 電阻的串並聯就好像水流，串聯只有一條道路，電阻越大，流的越慢，並聯的支路越多，電流越大。

判斷方法

怎樣判斷電路中用電器之間是串聯還是並聯？

串聯和並聯是電路連線兩種最基本的形式，它們之間有一定的區別。要判斷電路中各元件之間是串聯還是並聯，就必須抓住它們的基本特徵，具體方法是：

（1）用電器連線法：分析電路中用電器的連線方法，逐個順次連線的是串聯；並列在電路兩點之間的是並聯。

（2）電流流向法：當電流從電源正極流出，依次流過每個元件的則是串聯；當在某處分開流過兩個支路，最後又合到一起，則表明該電路為並聯。

（3）去除元件法：任意拿掉一個用電器，看其他用電器是否正常工作，如果所有用電器都被拿掉過，而且其他用電器都可以繼續工作，那么這幾個用電器的連線關係是並聯；否則為串聯。