Yksinkertainen virtapiiri sisältää lähteen Jännite (virtalähde, kuten akku, generaattori tai rakennukseen tulevat johdot), johto, jota kannattaa kuljettaa nykyinen elektronien muodossa ja sähkölähteenä vastus. Todellisuudessa tällaiset piirit ovat harvoin yksinkertaisia ja sisältävät useita haarautumis- ja liittymispisteitä.
- Jännite (V) mitataan voltteina (symboli on myös V); virta (I) mitataan ampeereina tai "ampeereina" (A); ja vastus (R) mitataan ohmeina (Ω).
Haarojen varrella ja joskus piirin päärunkoa pitkin sijoitetaan esimerkiksi kodinkoneita (lamput, jääkaapit, televisiot), joista jokainen vetää virtaa pitääkseen itsensä käynnissä. Mutta mitä tapahtuu jännitteelle ja virralle tietyssä sähköpiirin kokoonpanossa fysiikan näkökulmasta, kun kukin vastus kohtaa ja jännite "putoaa"?
Sähköpiirin perusteet
Ohmin laki todetaan, että virtaus on jännite jaettuna vastuksella. Tämä voi koskea piiriä kokonaisuutena, eristettyä haarakokonaisuutta tai yhtä vastusta, kuten näette. Tämän lain yleisin muoto on kirjoitettu:
V = IR
Piirit voidaan järjestää kahdella perustavalla tavalla.
Sarjapiiri: Tässä virta kulkee kokonaan yhtä tietä, yhden johdon läpi. Riippumatta resistansseista, joita nykyiset matkan varrella kohtaavat, saadaan vain laskettua piirin kokonaisresistanssi:
RS = R1 + R2 +... + RN (sarjapiiri)
Rinnakkaispiiri: Tässä tapauksessa ensiöjohto haarautuu (kuvattuna suorana kulmana) kahteen tai useampaan muuhun johtimeen, joista jokaisella on oma vastuksensa. Tässä tapauksessa kokonaisresistanssi saadaan:
1 / RP = 1 / R1 + 1 / R2 +... + 1 / RN (rinnakkaispiiri)
Jos tutkit tätä yhtälöä, huomaat, että lisäämällä saman suuruiset vastukset pienennät piirin kokonaisvastusta. (1 ohmin tai 1 Ω: n valinta helpottaa matematiikkaa.) Ohmin lain mukaan tämä todella lisää virtaa!
Jos tämä vaikuttaa epäluuloiselta, kuvittele autojen virtaus vilkkaalla valtatiellä, jota palvelee yksi tietulli varmuuskopioi liikenteen kilometrin ajan ja kuvittele sitten sama skenaario, jossa on vielä neljä samanlaista tietullia kuin ensimmäinen. Tämä lisää selvästi autojen virtausta huolimatta teknisesti lisäävästä vastuksesta.
Jännitepudotus: Sarjapiiri
Jos haluat löytää jännitehäviöitä yksittäisten vastusten sarjassa, toimi seuraavasti:
- Laske kokonaisresistanssi lisäämällä yksittäiset R-arvot.
- Laske virtapiiri, joka on sama jokaisessa vastuksessa, koska piirissä on vain yksi johdin.
- Laske kunkin vastuksen jännitehäviö Ohmin lain mukaan.
Esimerkki: 24 V: n virtalähde ja kolme vastusta on kytketty sarjassa R: n kanssa1= 4 Ω, R2= 2 Ω ja R3 = 6 Ω. Mikä on jokaisen vastuksen jännitehäviö?
Laske ensin kokonaisresistanssi: 4 + 2 + 6 = 12 Ω
Laske seuraavaksi virta: 24 V / 12 Ω = 2 A
Laske nyt virran avulla kunkin vastuksen jännitehäviö. Käyttämällä V = IR kullekin, R: n arvot1, R2 ja R3 ovat 8 V, 4 V ja 12 V.
Jännitteen pudotus: Rinnakkaispiiri
Esimerkki: 24 V: n virtalähde ja kolme vastusta on kytketty rinnakkain R: n kanssa1= 4 Ω, R2= 2 Ω ja R3 = 6 Ω, kuten aiemmin. Mikä on jokaisen vastuksen jännitehäviö?
Tässä tapauksessa tarina on yksinkertaisempi: Vastusarvosta riippumatta jännitteen pudotus jokaisessa vastuksessa on sama, mikä tekee virrasta muuttujan, joka eroaa vastusten välillä tässä tapauksessa. Tämä tarkoittaa, että jännitehäviö jokaisen yli on vain piirin kokonaisjännite jaettuna piirin vastusten määrällä tai 24 V / 3 = 8 V.
Vastuksen jännitehäviölaskuri
Katso Resurssit-esimerkki esimerkistä, jossa voit laskea jännitehäviön automaattisella työkalulla eräässä piirijärjestelyssä, jota kutsutaan jännitteenjakaja.