电路和水路的类比中,电源、开关、电流、灯泡分别对应水路中的哪些部分?
1、 电源可以看成一个水泵
电源可以看成一个水泵,当水泵两端的水管都是封闭的,那么水泵运行时输出水管中的绝对水压将会大于输入水管中的绝对水压,于是在水泵两端就形成了一个压强差.但由于此时水没有流动,水泵虽然施加了压力,但做功为零.电源的开路电动势(电压)可以类比为此时的水压压强差.
2、开关就相当于水龙头的开关。
3、电流相当于水流。
3、电阻(灯泡)可以看成在管道中塞入一块海绵用于阻碍水流,水流和海绵之间存在摩擦,会把机械能转换为热量,海绵越密这种摩擦力就越大
在以上类比中,电路中的电阻(灯泡)可以看成在管道中塞入一块海绵用于阻碍水流,水流和海绵之间存在摩擦,会把机械能转换为热量,海绵越密这种摩擦力就越大.如果海绵两侧压强相等,那么水流为零.两侧的压强差越大,水流越大,方向是从水压由高到低的方向.这样,欧姆定律类比过来就可以理解为水流和海绵两侧的压强差成正比.由于上文中提到水流的一般流速很慢,我们可以认为当压强瞬突然改变时,流速也会立即改变,即水加速或减速的时间很短可以忽略不记.
电阻所消耗的功率等于两端电压乘以电流 W=UIW=UI.类比过来就是:水流对海绵之间摩擦力正比于力乘以流速,即正比于海绵两端压强差乘以水流大小 W=Fv=APv=PIw/ρW=Fv=APv=PIw/ρ,其中 AA 是管道的横截面积,ρρ 是液体密度,IwIw 是水流(单位时间流过截面的质量).
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