Sådan beregnes et spændingsfald på tværs af modstande

En simpel elektrisk kredsløb indeholder en kilde til spænding (en strømforsyning, såsom et batteri, en generator eller en ledning, der kommer ind i din bygning), en ledning til at bære nuværende i form af elektroner og en kilde til elektrisk modstand. I virkeligheden er sådanne kredsløb sjældent enkle og inkluderer et antal forgrenings- og genforbindelsespunkter.

• Spænding (V) måles i volt (symbolet er også V); strøm (I) måles i ampere eller "ampere" (A); og modstand (R) måles i ohm (Ω).

Langs grenene og undertiden langs hovedkassen på kredsløbet placeres genstande som husholdningsapparater (lamper, køleskabe, fjernsynsapparater), som hver tegner strøm for at holde sig i gang. Men hvad sker der nøjagtigt med spændingen og strømmen inden for et givet elektrisk kredsløbssæt fra et fysikperspektiv, når hver modstand opstår, og spændingen "falder"?

Ohms lov angiver, at strømmen er spænding divideret med modstand. Dette kan gælde for et kredsløb som helhed, et isoleret sæt af grene eller en enkelt modstand, som du vil se. Den mest almindelige form for denne lov er skrevet:

Kredsløb kan arrangeres på to grundlæggende måder.

Seriekredsløb: Her strømmer strømmen helt ad den ene vej gennem en enkelt ledning. Uanset hvilken modstand strøm møder undervejs tilføjes blot for at give kredsløbets samlede modstand som helhed:

R_S = R₁ + R₂ +... + R_N (seriekredsløb)

Parallelt kredsløb: I dette tilfælde forgrenes en primærtråd (vist som rette vinkler) i to eller flere andre ledninger, hver med sin egen modstand. I dette tilfælde er den samlede modstand givet af:

1 / R_P = 1 / R₁ + 1 / R₂ +... + 1 / R_N (parallel kredsløb)

Hvis du udforsker denne ligning, finder du ud af, at ved at tilføje modstande af samme størrelse reducerer du modstanden i kredsløbet som helhed. (At vælge 1 ohm eller 1 Ω gør matematikken lettere.) Ifølge Ohms lov øger dette faktisk strømmen!

Hvis dette virker kontraintuitivt, forestil dig strømmen af ​​biler på en travl motorvej, der betjenes af en enkelt betalingsboks, der sikkerhedskopierer trafikken i en kilometer, og forestil dig derefter det samme scenarie med yderligere fire betalingsbåse identiske med først. Dette vil tydeligt øge strømmen af ​​biler på trods af teknisk tilføjelse af modstand.

Hvis du vil finde spændingsfald på tværs af individuelle modstande i en serie, skal du gøre som følger:

1. Beregn den samlede modstand ved at tilføje de individuelle R-værdier.
2. Beregn strømmen i kredsløbet, som er den samme over hver modstand, da der kun er en ledning i kredsløbet.
   
3. Beregn spændingsfaldet over hver modstand ved hjælp af Ohms lov.

Eksempel: En 24-V strømkilde og tre modstande er tilsluttet i serie med R₁= 4 Ω, R₂= 2 Ω og R₃ = 6 Ω. Hvad er spændingsfaldet over hver modstand?
Beregn først den samlede modstand: 4 + 2 + 6 = 12 Ω

Beregn derefter strømmen: 24 V / 12 Ω = 2 A.

Brug nu strømmen til at beregne spændingsfaldet over hver modstand. Brug af V = IR for hver, værdierne for R₁, R₂ og R₃ er 8 V, 4 V og 12 V.

Eksempel: En 24-V strømkilde og tre modstande er tilsluttet parallelt med R₁= 4 Ω, R₂= 2 Ω og R₃ = 6 Ω, som før. Hvad er spændingsfaldet over hver modstand?

I dette tilfælde er historien enklere: Uanset modstandsværdien er spændingsfaldet over hver modstand det samme, hvilket gør strømmen til den variabel, der adskiller sig på tværs af modstande i dette tilfælde. Dette betyder, at spændingsfaldet over hver kun er den samlede spænding i kredsløbet divideret med antallet af modstande i kredsløbet eller 24 V / 3 = 8 V.

Se ressourcerne for et eksempel på en forekomst, hvor du kan bruge et automatisk værktøj til at beregne spændingsfaldet i en slags kredsløbsarrangement kaldet en spændingsdeler.