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輸入計算

數學公式

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結果

支路電流 I1
1
安培 (A)
電流 I1(E1-R1 支路) 1 A
電流 I2(E2-R2 支路) 1 A
電流 I3(R3 支路) 2 A
行列式 D 56

電流為負值代表實際電流方向與假設的參考方向相反。

這個計算器的用途

本工具運用克希荷夫電路定律,求解經典的「兩電源、三電阻」直流電路。兩個電壓源 \(E_1\)、\(E_2\)(分別與 \(R_1\)、\(R_2\) 串聯)連接到一條包含 \(R_3\) 的共用中間支路。計算器會回傳三條支路的電流 \(I_1\)、\(I_2\) 與 \(I_3\),其中 \(I_3 = I_1 + I_2\)。這是放諸四海皆準的物理定律,任何地方都適用。

含兩個電壓源和三個電阻的雙迴路直流電路
標準雙迴路電網:電源 \(E_1\) 和 \(E_2\),電阻 \(R_1\)、\(R_2\)、\(R_3\) 上分別流過支路電流 \(I_1\)、\(I_2\)、\(I_3\)。

使用方式

輸入兩個電源電壓與三個電阻值,並為每一項選擇對應的單位(伏特/毫伏、歐姆/千歐姆等)。系統會先把所有數值換算成 SI 標準單位(伏特與歐姆)再進行求解。按下計算,即可讀取以安培為單位的 \(I_1\)、\(I_2\) 與 \(I_3\)。若電流為負值,僅代表實際電流方向與假設的參考方向相反。

公式解析

在節點上套用克希荷夫電流定律(KCL),可得 \(I_1 + I_2 = I_3\)。對兩個迴路套用克希荷夫電壓定律(KVL),可得 \(E_1 = I_1 \times R_1 + I_3 \times R_3\) 與 \(E_2 = I_2 \times R_2 + I_3 \times R_3\)。把 \(I_3\) 代入後,再以克拉瑪公式(Cramer's rule)求解這個 2×2 聯立方程式,即可得到封閉形式的解。$$I_1 = \frac{E_1\,(R_2+R_3) - E_2\,R_3}{D}, \quad I_2 = \frac{E_2\,(R_1+R_3) - E_1\,R_3}{D}, \quad I_3 = I_1 + I_2$$ 其中行列式 \(D = R_1 \times R_2 + R_1 \times R_3 + R_2 \times R_3\),只要電阻皆為正值,\(D\) 必定為正。

一條電流流入、兩條電流流出的克希荷夫電流定律節點
中心節點處的克希荷夫電流定律:\(I_1\) 等於 \(I_2\) 加 \(I_3\)。

實例演算

設 \(E_1 = 12\ \text{V}\)、\(E_2 = 8\ \text{V}\)、\(R_1 = 8\)、\(R_2 = 4\)、\(R_3 = 2\):$$D = 32 + 16 + 8 = 56$$ $$I_1 = \frac{12 \times 6 - 8 \times 2}{56} = \frac{56}{56} = 1.0\ \text{A}$$ $$I_2 = \frac{8 \times 10 - 12 \times 2}{56} = \frac{56}{56} = 1.0\ \text{A}$$ $$I_3 = 2.0\ \text{A}$$ 以 KVL 驗算迴路 1:\(1 \times 8 + 2 \times 2 = 12\ \text{V} = E_1\),驗證無誤。

常見問題

為什麼電流會是負值? 計算結果會保留相對於假設方向的正負號;負號代表電流實際上是往相反方向流動。

如果某個電阻是零會怎樣? 只要行列式仍維持正值,單一電阻為零是沒問題的。但若行列式變成零(相當於兩個電源同時被理想短路),結果便無從定義,此時工具會回報錯誤。

可以混用不同單位嗎? 可以。每一個輸入欄位都有獨立的單位選擇器,所有數值在求解前都會統一換算成 SI 標準的伏特與歐姆。

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