Електрическа верига: Определение, типове, компоненти (с / Примери и диаграми)

Електрическото окабеляване във вашия дом, което поддържа лаптопа, зарядното за телефон и по-малките инструменти като хладилници и печки, които бръмчат, се състои от редица взаимосвързани електрически вериги. Те са свързани към какъвто и да е източник на захранване, който доставя електричество в дома ви.

Целта на веригите е да получават електричество и неговия значителен енергиен потенциал точно там, където трябва да отиде, и да съдържат потенциално вредните ефекти на електричеството в процеса.

Какво се случва вътре във всички онези жици, които самите са най-вече извън полезрението ви? Като начало с основите, свободните електрони ще се движат в присъствието на електрическо поле поради физически причини, които ще бъдат описани по-късно. Ако им се даде пътека със затворен цикъл, по която да тече, може да се създаде електрическа верига.

Една проста схема се състои само от източник на напрежение (разлика в електрическия потенциал); среда, през която могат да протичат електрони, обикновено тел; и някакъв източник на електрическо съпротивление във веригата. Повечето реални примери обаче са далеч по-сложни и съществуват множество видове електрически вериги, всички от които са жизненоважни за ефективния поток на електричество.

Основните концептуални елементи в света на електричеството са ток, напрежение и съпротивление. Преди да ги изследвате, е необходимо да погледнете малко по-дълбоко, обратно към идеята за свободните електрони. Електронът по конвенция носи отрицателен заряд с магнитуд 1,60 × 10^-19 кулони или C. Тъй като токът на електроните определя тока, зарядите във верига се оттичат от отрицателния извод и в посока към положителния извод.

„Единичният заряд“ във физиката е стандартизиран като положителен и има същата величина като зарядадвърху електрон. Положителен заряд, поставен близо до положителен терминал, ще изпита "отблъскване" и "иска" да се отдалечи от терминала, още по-силно, тъй като разстоянието се затваря до нула. В това състояние зарядът има по-висок електрически потенциал, отколкото на известно разстояние по-далеч.

По този начин „заряд“ (предполага се „положителен“, освен ако не е посочено друго) преминава от зони с по-високо напрежение към области с по-ниско напрежение. Това е потенциалната разлика или напрежение, посочени във физиката, и нейната величина отчасти определя потока на тока във верига. Електрическият ток идва в променлив ток ("треперене", фазичен поток) и постоянен ток (равномерен поток) форми; последният е съвременният стандарт, използван в електрическите мрежи.

• Текущият поток се измерва с помощта на устройство, нареченоамперметър. Същото устройство обикновено може да се използва катоволтметърза измерване на потенциална разлика.

Предишният раздел може да бъде обобщен до голяма степен чрез прост математически закон, наречен закон на Ом:

къдетоАзе актуална вампера(C / s), V е напрежение или потенциална разлика вволта(джаула на C, или J / C; отбележете енергийния член в знаменателя) иRе съпротивлението вома​ (Ω).

В последователна верига съпротивленията на отделнитерезисторисе събират, за да се изчисли съпротивлението на веригата като цяло. В паралелните вериги, за които ще прочетете скоро, правилото е:

къдетоR₁, R₂и така нататък са индивидуалните стойности нанрезистори в паралелната верига.

Веригата е затворен контур, през който протича електрически заряд в резултат на задвижващо напрежение. Токът е скоростта на потока, измерена като количеството заряд, преминаващо през дадена точка във веригата за единица време.

Понякога е полезно да се мисли за тока в жична верига като за аналог на водата, която тече през тръби. Водата ще тече от региони с висока потенциална енергия към региони с по-ниска потенциална енергия. След това някой източник ще трябва да използва енергия, за да вдигне водата нагоре, така че тя да тече надолу. За да има непрекъснат поток вода, след като водата достигне дъното, тя трябва да се повдигне обратно нагоре.Това действие за повдигане на водата обратно нагоре е по същество това, което батерията или източникът на захранване правят в електрическа верига.​

Целта на веригата е да направи нещо полезно с този поток от заряд. Всички вериги включват някакъв резистивен елемент, който забавя потока на заряда, точно както язовирът забавя потока на водата от резервоар. Ако например електрическа крушка се добави към верига, тя забавя потока на заряда и трансформира свързаната енергия в светлина.

Често е полезно да скицирате схема на схема, ако ви е дадена някаква комбинация отV, IиRи поиска да реши за неизвестното количество. За целта използвайте набор от символи, за да опростите скицата.

•••Дана Чен | Наука

След това тези символи се свързват с прави линии, за да се създаде електрическа схема.

•••Дана Чен | Наука

Aпоследователна веригаима елементи, свързани последователно или един след друг, без разклонението на проводника. Токът, протичащ през всички свързани последователно елементи, е еднакъв, независимо колко резистори се срещат по пътя.

Aпаралелна веригаима елементи, свързани паралелно - тоест една точка в разклоненията на веригата, с проводници, водещи към два различни елемента, и след това разклоненията се присъединяват отново.Напрежението на всеки паралелно свързан елемент е еднакво.​

Anотворена веригае този, при който не може да тече ток, защото веригата е прекъсната в даден момент. Aзатворена веригае този, при който се формира пълният контур и може да тече ток. Ясно е, че последното е по-интересно за изучаване.

Aкъсо съединениее този, при който резистивните елементи се заобикалят и дебитът на тока е много голям. Те обикновено са нежелани и устройства, наречени прекъсвачи, са инсталирани във вериги, за да "прекъснат" (отворят) верига и спиране на тока за защита срещу повреда на веригата и електрическите уреди и за защита срещу пожари.

1. Серийната схема включва 9-V източник на захранване (в този случай батерия) и четири резистора със стойности на съпротивление 1,5, 4,5, 2 и 1 Ω. Какъв е текущият поток?

Първо, изчислете общото съпротивление. Припомняйки правилото, дадено в предишен раздел, това е просто 1,5 + 4,5 + 2 + 1 = 9 Ω. По този начин текущият поток е

2. Сега си представете същото напрежение и четири резистора, но с 1,5-Ω и 4,5-Ω резистори, разположени паралелно, а останалите са разположени по същия начин, както преди. Какъв е текущият поток?

Този път изчислете съпротивлението в паралелната част на веригата. Това се дава от 1 /R​ = 1/1.5 + 1/4.5 = 8/9 = 0.89. ​Не забравяйте да вземете реципрочната стойност на този номер, за да получитеR​!Това се дава от 1 / 0.89 = 1.13 Ω.

Вече можете да третирате тази част от веригата като единичен резистивен елемент с съпротивление 0,89 Ω и целият проблем е решен както при последователна верига: R_общо = 1.125 + 2 + 1 = 4.13 Ω. Това ви позволява да решите още веднъж за текущите:V / R_общо= 9 V / 4,13 Ω =2.18 А​.

3. И накрая, надграждайки настройката в предишния пример, комбинирайте 2-Ω и 1-Ω резистори в паралелна верига, давайки два комплекта паралелни вериги, които са подредени последователно. Какъв е текущият поток сега?

Решете за съпротивлението на новата паралелна верига: 1 /R= 1/1 + 1/2 = 1,5; R = 2/3 = 0,67 Ω. По този начин общото съпротивление е 1,13 + 0,67 = 1,79 Ω. По този начин токът в преработената верига е 9 V / 1,79 Ω =5,03 А​.

Тези примери илюстрират, че разпределянето на съпротивлението по паралелни резистори увеличава количеството на протичащия ток чрез намаляване на общото съпротивление, тъй като напрежението не се променя.