开关引起的电流变化

简单电路是由电源、开关、用电器和导线组成的.显而易见，开关的作用是控制电路的通断，也就是控制用电器中有无电流通过.

当电路中有多个用电器时，有串联和并联两种最基本的连接方式.当采用串联方式时，整个电路只有一条电流路径，所以开关接在任何位置，都能起到控制作用.如图1所示当开关打开时，电灯不亮，但电路的每一个地方都是存在自由电荷的.只是由于没有电荷流动的路径，所以形不成电流.当开关闭合时，形成了通路，电路中每个位置的自由电荷都同时定向移动从而形成电流.当我们谈到电路中电流方向时，会说：开关闭合时，电流从电源的正极流出，经导线和用电器流回电源的负极.这里说的只是电流方向上的顺序而并不是时间上的先后顺序.也就是说，在串联电路中，开关不论是接在靠近电源正极的地方、还是在几个用电器之间、或是在靠近电源负极的地方，对电流的控制作用是相同的.

在并联电路中，开关在干路上和在支路上时对电流的控制作用是不同的.在干路上时控制整个电路的通断，而在支路上时，仅控制所在的支路上的用电器.但是支路上的开关的状态对干路电流也是有影响的.如图2所示的并联电路，当开关S1闭合、S2断开时，电流表A和电流表A1的示数都为0.4A.当闭合开关S2时，电流表A2的示数为0.1A，那么电流表A和A1的示数变为多少呢？当开关S2闭合时，L1两端的电压仍等于电源电压，L1的电阻也是一定的，根据欧姆定律可知，通过L1的电流就不会改变，仍为0.4A.因为并联电路的干路电流等于各支路的电流之和，所以当L2支路电流是0.1A时，干路电流I=I1+I2=0.4A+0.1A=0.5A.事实告诉我们，并联电路中，并联的用电器越多，干路中的电流就越大.

在某些家用电器中，开关的位置不同，导致电路的结构不同，电路中有不同的元件接入，电流的路径就不一样，所以电流的大小就会不同，用电器就会处于不同的工作状态.现在让我们来了解一下家庭里常用的几种电热器是如何通过开关的变换改变电流从而实现不同功能的.

1.如图3为一个电吹风的原理图.让我们分析一下如何用一个转柄开关来实现对电动机和发热管的控制.当触片与AB接触时，是“停用”状态；当触片与BC接触时，电动机的电路接通，发热管没接入电路，电扇吹出的是冷风；当触片与CD接触时，电动机的电路与发热管并联接入电源，边发热边吹风，是“热风”状态.此种电路设计的好处是，可以防止发热管单独工作，造成因热量散发不出来而烧坏.

2.图４是一个电饭锅的电路原理图.图中R1与R2是限流电阻，阻值约100kΩ.R加是主发热体，阻值是100Ω，R保是保温器，阻值是450Ω.S是温控开关，需手动闭合，温度达到103℃时就会自动断开.那么，在把生米煮成熟饭的过程中，电饭锅的电路中电流是如何变化的呢？电饭锅的发热功率又是如何变化的呢？指示灯的亮、灭表示什么意义呢？

煮饭时闭合开关S，此时，保温器R保与黄灯所在的支路均被短路，主发热体R加与红色指示灯的支路并联接入电源两端，此时发热体中的电流为I===2.2A，发热体的功率为P=UI=220V×2.2A=484W.红色指示灯亮，指示电饭锅此时处于加热状态.当米饭煮熟时，随着水分的减少，温度会上升到103℃，这时温控开关S自动断开，造成保温器R保与发热体R加串联(黄灯与红灯所在的支路电阻非常大，对电路中电流的影响可以忽略).此时电路中的电流I===0.4A，电路的总功率为P=UI=220V×0.4A=88W，处于保温状态.黄指示灯的支路两端电压与保温器两端电压相同，为U保=IR保=0.4A×450Ω=180V，黄指示灯发光.红指示灯的支路两端电压与发热体两端电压相同，为U加=IR加=0.4A×100Ω=40V，由于电压较低且R1阻值较大，所以红灯不发光.

3.如图5所示，为一个具有低、中、高三个档位的电热取暖器的原理图.图中发热体R1的阻值为48.4Ω，发热体R2的阻值为96.8Ω，电路中有一个单刀单掷开关S2和一个单刀双掷开关S1，大家能分析出开关置于某位置时取暖器处于哪种工作状态以及此状态对应的发热功率吗？

让我们一起来分析一下.一个开关有两种状态，两个开关组合使用，共有四种情况.

(1)当S2闭合，S1置于a端时，R1与R2并联，此时电路总电阻最小，电路的总电流最大，处于高温档，此时

I1===4.55A，

I2===2.27A，I总=6.82A，

P总=UI总=220V×6.82A=1500W.

(2)当S2断开，S1置于b端时，R1与R2串联，此时电路总电阻最大，电路的总电流最小，处于低温档，此时

I===1.52A，

P=UI=220V×1.52A=333.3W.

(3)当S2断开，S1置于a端时，R1与R2并联，但电路是断路，此时是空档.

(4) 当S2闭合，S1置于b端时，R2被短路，此时只有R1工作，处于中温档.

I1===4.55A，

P=U I1=220V×4.55A=1000W.

通过以上几个事例，我们知道，合理组合使用开关可以很方便地改变用电器内各元器件的连接关系，使用电器能灵活地在多种状态下工作，方便人们的使用.如果再使用一些自动控制开关，那么用电器的工作状态就能自动转换，实现用电器向智能型的转变.