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直流电路分析仪

不只是 V=IR。这个工具把电池的内部电阻 r 单独拎出来分析,画出V-I 特性曲线、 把功率分成「有用功率」和「内阻热损耗」两部分、计算效率 η。 用它来解释"旧电池为什么带不动大功率电机"比任何文字都直观。

电动势 ε(电池标称电压)9.0 V
内阻 r0.5 Ω
外电阻 R10.0 Ω
电池电量(仅影响"能用多久"估算)2000 mAh
实时电路图
电流 I = ε / (R + r);
端电压 U = ε − I·r
电流 I (A)
端电压 U (V)
内阻损耗 Pr (W)
效率 η (%)
V-I 特性曲线
横轴:电流 I (A)   纵轴:端电压 U (V)
功率分配热图
P = ε·I — W
有用功率 PR 内阻热损耗 Pr
效率 η
电池续航估算

完整结果表

它能解决什么问题

局限性 & 注意事项

常见问题

电动势 ε 和端电压 U 到底什么区别?

电动势 ε 是电池"内部的驱动力",是电源把其他能量(化学能)转化为电能的能力,对应开路时的电压(万用表直接测电池两端的数值)。端电压 U 是外电路实际分到的电压,U = ε − I·r——电流 I 越大,内阻压降 I·r 越大,端电压越低。这就是为什么用电池带动大功率电机时,电机转着转着就变慢了:电流太大,内阻损耗把电压吃掉了。

为什么 R = r 时输出功率最大,但效率只有 50%?

最大输出功率定理:当外电阻 R = r 时,Pout = ε²/(4r) 达到最大。代入 η = R/(R+r) = r/(2r) = 50%。也就是说,最大功率和最大效率是矛盾的——要省电(高效率)就要用大 R,要大功率就要 R ≈ r,但会有一半的能量在内阻上烧掉。工程上通常选 R > r 作为折中:牺牲一点功率,换取更高效率。

旧电池和新电池在内阻上有什么区别?

新干电池的 r 约为 0.1–0.5 Ω,用它点亮小灯泡绰绰有余。但随着化学反应进行,电池内部极化加剧、溶液浓度下降,r 可能升到 2–5 Ω 甚至更高。此时即使电动势(空载电压)看起来还是 9V,一旦接上负载,I·r 压降就会把端电压从 9V 拉到 6–7V,小灯泡明显变暗。这就是为什么用万用表量电池"还有电",但装进遥控器却用不了多久。

功率热图里的"损耗"真的变成热了吗?

是的。内阻 r 不是一根导线,而是电池内部的电解液、极板等材料本身的电阻。电流 I 流过内阻时,P = I²·r 的功率以焦耳热的形式释放出来,电池会发热——这就是为什么大电流放电时电池摸起来会发烫的原因。这个热是没法利用的,是纯粹的能量损耗。功率热图把这份能量显式标注出来,就是想让学生看到:总功输入 ≠ 有用输出,中间隔了一层内阻。

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