Zawartość

• Kroki
• Porady

Najprostszym sposobem wyobrażenia sobie obwodu szeregowego jest myślenie o łańcuchu elementów. Elementy te są ułożone kolejno na tej samej linii. Tak więc istnieje tylko jedna ścieżka, którą mogą podążać elektrony i ładunki. Po zapoznaniu się ze szczegółami powiązania szeregowego możesz nauczyć się obliczać całkowity prąd elektryczny.

Kroki

Część 1 z 4: Nauka podstawowej terminologii

1. 

   Zrozum, co jest aktualne. Prąd elektryczny to uporządkowany przepływ elektrycznie naładowanych cząstek (takich jak elektrony) lub, matematycznie, przepływ ładunków w jednostce czasu. Ale czym jest ładunek i elektron? Elektron jest ujemnie naładowaną cząstką. Ładunek jest fizyczną właściwością materii używaną do określenia, czy jest ona naładowana dodatnio czy ujemnie. Podobnie jak magnesy, ładunki równych sygnałów odpychają się, a ładunki przeciwnych sygnałów są przyciągane.
   • Weźmy na przykład wodę. Woda jest tworzona przez cząsteczkę H.₂O (dwa atomy wodoru i jeden atom tlenu połączone razem). Wiemy, że atom tlenu i atomy wodoru łączą się, tworząc cząsteczkę H.₂THE.
   • Strumień wody składa się z milionów i milionów tych cząsteczek. Możemy porównać prąd wody do prądu elektrycznego; cząsteczki wody są równoważne elektronom, a ładunek elektryczny atomom wodoru i tlenu.

2. 

   
   
   Zrozum, czym jest potencjalna różnica. Różnica potencjałów (nazywana również napięciem elektrycznym) to „siła”, która powoduje ruch prądu elektrycznego. Aby zilustrować, czym jest różnica potencjałów, pomyślmy o baterii: wewnątrz niej zachodzi seria reakcji chemicznych, które prowadzą do aglomeracji elektronów na biegunie dodatnim.
   • Jeśli połączymy dodatni biegun baterii z ujemnym biegunem za pomocą drutu, spowodujemy, że elektrony będą się poruszać razem (jest to spowodowane odpychaniem ładunków tego samego sygnału).
   • Ze względu na zasadę zachowania ładunku elektrycznego (mówi, że suma ładunków elektrycznych w układzie izolowanym musi być stała), elektrony będą próbowały zbilansować ładunki w układzie od punktu największego stężenia do punktu najniższego stężenia (czyli od bieguna dodatniego do ujemnego akumulatora).
   • Ten ruch elektronów powoduje różnicę potencjałów (lub po prostu ddp).

3. 

   
   
   Zrozum, czym jest opór. Opór elektryczny jest przeciwieństwem przepływu ładunków elektrycznych.
   • Rezystory są elementami obwodu, które mają znaczną rezystancję. Są rozmieszczone w określonych częściach obwodu, aby regulować przepływ ładunków lub elektronów.
   • Jeśli w obwodzie nie ma rezystorów, nie będzie kontroli ruchu elektronów. W takim przypadku sprzęt może przyjmować nadmierne obciążenia i ostatecznie ulec uszkodzeniu (lub przegrzaniu z powodu przeciążenia).

Część 2 z 4: Obliczanie całkowitego prądu elektrycznego obwodu szeregowego

1. 

   
   
   Oblicz całkowity opór. Weź plastikową słomkę i wypij trochę wody. Teraz zmiażdż niektóre części słomki i ponownie wypij. Czy zauważyłeś jakąś różnicę? Płyn powinien być w mniejszej ilości. Każda wgnieciona część słomki działa jak rezystor; służą do blokowania przepływu wody (która z kolei pełni rolę prądu elektrycznego). Ponieważ wgniecenia są sekwencyjne, mówimy, że są one połączone szeregowo. Na podstawie tego przykładu możemy wywnioskować, że całkowity opór asocjacji szeregów będzie równy:
   • R_(całkowity) = R₁ + R.₂ + R.₃.

2. 

   Oblicz różnicę w całkowitym potencjale. W większości przypadków całkowita wartość ddp zostanie podana w wyciągu; jeśli problem zapewnia indywidualne wartości ddp dla każdego rezystora, możemy użyć następującego równania:
   • U_(całkowity) = U₁ + U₂ + U₃.
   • Dlaczego to równanie? Rozważmy ponownie analogię ze słomą: co się dzieje po ugniataniu? Będziesz musiał naciskać mocniej, aby woda przeszła przez słomkę. Całkowita siła, jaką wykonujesz, zależy od sumy sił wymaganych w każdym zmiętym punkcie słomy.
   • Potrzebna „siła” to potencjalna różnica; powoduje przepływ wody lub prądu elektrycznego. Dlatego możemy wywnioskować, że całkowity ddp zostanie obliczony przez dodanie indywidualnych ddp każdego rezystora.

3. 

   Oblicz całkowity prąd elektryczny systemu. Używając ponownie analogii ze słomką: czy po ugniataniu zmienia się ilość wody? Nie. Chociaż prędkość płynu zmienia się, ilość wypijanej wody nie zmienia się. Jeśli będziesz patrzeć, jak woda wpływa i wypływa z pokruszonych części słomy, zauważysz, że te dwie ilości są takie same; jest to spowodowane stałą prędkością przepływu cieczy. Dlatego możemy stwierdzić, że:
   • ja₁ = Ja₂ = Ja₃ = Ja_(całkowity).

4. 

   Pamiętaj o pierwszym prawie Oh M.. Oprócz pokazanych równań można również użyć równania prawa Oh M.: odnosi się do różnicy potencjałów (ddp), całkowitego prądu i rezystancji obwodu.
   • U_(całkowity) = Ja_(całkowity) x R_(całkowity).

5. 

   Rozwiąż następujący przykład. Trzy rezystory R.₁ = 10Ω, R.₂ = 2Ω i R.₃ = 9Ω, są połączone szeregowo. Różnica potencjałów przyłożona do obwodu wynosi 2,5 V. Oblicz wartość całkowitego prądu elektrycznego. Na początek obliczmy całkowitą rezystancję obwodu:
   • R_(całkowity) = 10Ω + 2Ω + 9Ω.
   • W związku z tym, R_(całkowity)= 21Ω

6. 

   Zastosuj prawo Oh M. aby określić całkowitą wartość prądu elektrycznego:
   • U_(całkowity) = Ja_(całkowity) x R_(całkowity).
   • ja_(całkowity) = U_(całkowity)/ R_(całkowity).
   • ja_(całkowity) = 2,5 V / 21 Ω.
   • ja_(całkowity) = 0,1190A.

Część 3 z 4: Obliczanie całkowitego prądu elektrycznego obwodu równoległego

1. 

   Zrozum, czym jest obwód równoległy. Jak sama nazwa wskazuje, obwód równoległy zawiera elementy ułożone równolegle. W tym celu stosuje się wiele przewodów do tworzenia ścieżek, przez które może przepływać prąd elektryczny.

2. 

   Oblicz różnicę w całkowitym potencjale. Ponieważ wszystkie terminologie zostały już wyjaśnione w poprzedniej sekcji, przechodzimy bezpośrednio do demonstracji równań stosowanych w obwodach równoległych. Aby to zilustrować, wyobraź sobie rurę z dwoma widelcami (o różnych średnicach). Czy aby woda przepłynęła przez te dwie rury, konieczne będzie przyłożenie różnych sił do każdej z nich? Nie. Będziesz potrzebował tylko siły, aby woda płynęła. Dlatego biorąc pod uwagę, że woda pełni rolę prądu elektrycznego, a siła pełni rolę różnicy potencjałów, możemy powiedzieć, że:
   • U_(całkowity) = U₁ = U₂ = U₃.

3. 

   Oblicz całkowity opór elektryczny. Załóżmy, że chcesz regulować przepływ wody przez dwie rury. Jaki byłby najlepszy sposób na zrobienie tego? Użyć tylko jednego zaworu odcinającego na każdym rozwidleniu lub zamontować kilka zaworów po kolei? Druga opcja byłaby najlepszym wyborem. W przypadku oporów analogia działa w ten sam sposób. Rezystory połączone szeregowo regulują prąd elektryczny znacznie wydajniej, niż gdy są połączone równolegle. Równanie użyte do obliczenia całkowitej rezystancji w obwodzie równoległym to:
   • 1 / R_(całkowity) = (1 / R₁) + (1 / R₂) + (1 / R₃).

4. 

   Oblicz całkowity prąd elektryczny. Wracając do naszego przykładu: ścieżka, którą przepływa woda, jest podzielona. To samo dotyczy prądu elektrycznego. Ponieważ istnieje wiele dróg, którymi mogą podróżować obciążenia, mówimy, że prąd jest podzielony. Różne ścieżki niekoniecznie otrzymają taką samą ilość obciążeń. Zależy to od rezystancji i materiałów każdego drutu. Dlatego równanie do obliczenia całkowitego prądu elektrycznego będzie sumą prądów dla każdej ścieżki:
   • ja_(całkowity) = Ja₁ + I₂ + I₃.
   • Nie możemy użyć tego wzoru bez indywidualnych wartości prądu elektrycznego. W tym przypadku możemy również zastosować pierwsze prawo Oh M..

Część 4 z 4: Rozwiązywanie przykładu z obwodami równoległymi i szeregowymi

1. 

   Rozwiąż następujący przykład. Cztery rezystory w obwodzie są podzielone równolegle na dwa przewody. Pierwszy ciąg zawiera R.₁ = 1Ω i R.₂ = 2Ω. Drugi przewód zawiera R.₃ = 0,5 Ω i R.₄ = 1,5 Ω. Rezystory każdego przewodu są połączone szeregowo. Różnica potencjałów przyłożona do pierwszego przewodu wynosi 3V. Oblicz całkowitą wartość prądu elektrycznego.

2. 

   Zacznij od obliczenia całkowitego oporu. Ponieważ rezystory na każdym przewodzie są połączone szeregowo, najpierw obliczamy całkowitą rezystancję każdego przewodu.
   • R₍₁₊₂₎ = R₁ + R.₂.
   • R₍₁₊₂₎ = 1Ω + 2Ω.
   • R₍₁₊₂₎ = 3Ω.
   • R₍₃₊₄₎ = R₃ + R.₄.
   • R₍₃₊₄₎ = 0,5Ω + 1,5Ω.
   • R₍₃₊₄₎ = 2Ω.

3. 

   Zastąp wartości z poprzedniego kroku równania równoległymi asocjacjami. Ponieważ przewody są skojarzone równolegle, zastosujemy teraz wartości z poprzedniej pozycji w równaniu dla połączeń równoległych.
   • (1 / R_(całkowity)) = (1 / R₍₁₊₂₎) + (1 / R₍₃₊₄₎).
   • (1 / R_(całkowity)) = (1/3Ω) + (1/2Ω).
   • (1 / R_(całkowity)) = 5/6.
   • R_(całkowity) = 1,2Ω.

4. 

   Oblicz różnicę w całkowitym potencjale. Ponieważ różnica potencjałów jest taka sama w skojarzeniu równoległym, możemy powiedzieć, że:
   • U_(całkowity) = U₁ = 3V.

5. 

   Zastosuj prawo Oh M.. Teraz skorzystaj z prawa Oh M. do określenia wartości całkowitego prądu elektrycznego.
   • U_(całkowity) = Ja_(całkowity) x R_(całkowity).
   • ja_(całkowity) = U_(całkowity)/ R_(całkowity).
   • ja_(całkowity) = 3 V / 1,2 Ω.
   • ja_(całkowity) = 2,5 A..

Porady

• Wartość całkowitej rezystancji obwodu równoległego jest zawsze mniejsza niż wartość rezystancji wszystko inne rezystory w stowarzyszeniu.
• Ważne terminologie:
  • Obwód elektryczny: zestaw elementów (rezystorów, kondensatorów i cewek) połączonych przewodami, przez które w kolejności przepływa prąd elektryczny.
  • Rezystory: elementy, które mogą zmniejszyć natężenie prądu elektrycznego.
  • Prąd elektryczny: uporządkowany przepływ ładunków elektrycznych. Twoja jednostka SI to amper (THE).
  • Potencjalna różnica (ddp): praca wytworzona na jednostkę ładunku elektrycznego. Twoja jednostka SI to wolt (V).
  • Opór elektryczny: miara oporu wobec przepływu prądu elektrycznego. Twoja jednostka SI to Oh M. (Ω).