あなたのラップトップ、電話充電器、そして冷蔵庫やストーブなどのより少ない道具をハミングさせ続けるあなたの家の電気配線は、相互接続されたいくつかの電気回路で構成されています。 これらはあなたの家に電気を供給するどんな電源にも接続されています。
回路の目的は、電気とそのかなりのエネルギーポテンシャルを正確に必要な場所に取得し、その過程で電気の潜在的に有害な影響を封じ込めることです。
それらすべてのワイヤーの内部で何が起こっているのでしょうか？それ自体はほとんどあなたの視界から外れていますか？ 基本から始めると、後で説明する物理的な理由から、自由電子は電界の存在下で移動します。 それらが流れる閉ループ経路が与えられている場合、電気回路を作成することができます。
単純な回路は、電圧源（電位差）のみで構成されています。 電子が流れることができる媒体、通常はワイヤー。 回路内の電気抵抗の原因。 しかし、実際の例のほとんどははるかに複雑であり、複数のタイプの電気回路が存在します。これらはすべて、効率的な電気の流れに不可欠です。
電荷と電流
電気の世界における基本的な概念要素は、電流、電圧、抵抗です。 これらを探索する前に、自由電子の概念に戻って、もう少し深く見る必要があります。 慣例により、電子は1.60×10の大きさの負電荷を帯びています。-19 クーロン、またはC。 電流を決定するのは電子の流れであるため、回路内の電荷は負の端子から離れて正の端子の方向に流れます。
物理学の「単位電荷」は正として標準化されており、電荷と同じ大きさです。e電子に。 正の端子の近くに配置された正の電荷は、距離がゼロに近づくにつれて、「反発」を経験し、端子から離れる「欲求」をさらに強くします。 この状態では、電荷は遠く離れた場所よりも高い電位を持っています。
したがって、「電荷」（特に明記しない限り「正」を意味する）は、高電圧の領域から低電圧の領域に流れます。 これは物理学で言及されている電位差または電圧であり、その大きさは回路内の電流の流れを部分的に決定します。 電流は交流（「ジッター」、相流）と直流（均一な流れ）の形で流れます。 後者は、電力網で使用されている最新の標準です。
- 電流は、と呼ばれるデバイスを使用して測定されます電流計. 通常、同じデバイスを次のように使用できます。電圧計電位差を測定します。
オームの法則
前のセクションは、オームの法則と呼ばれる単純な数学的法則によって大部分を要約することができます。
I = \ frac {V} {R}
どこ私現在アンペア（C / s）、Vは電圧、または電位差です。ボルト（Cあたりのジュール、またはJ / C; 分母のエネルギー項に注意してください）およびRの抵抗ですオーム (Ω).
直列回路では、個々の抵抗抵抗器回路全体の抵抗を計算するために合計されます。 すぐに読む並列回路では、ルールは次のとおりです。
\ frac {1} {R_ {tot}} = \ frac {1} {R_1} + \ frac {1} {R_2} +... + \ frac {1} {R_n}
どこR1、R2などは、の個々の値です。n並列回路の抵抗器。
回路の定義
回路は、駆動電圧の結果として電荷が流れる閉ループです。 電流は流量であり、単位時間あたりに回路内の特定のポイントを通過する電荷の量として測定されます。
ワイヤー回路の電流を、パイプを流れる水に類似していると考えると役立つ場合があります。 水は、位置エネルギーの高い領域から位置エネルギーの低い領域に流れます。 ある源はそれからそれが下り坂を流れるように水を上げるためにエネルギーを使う必要があるでしょう。 継続的に水を流すためには、水が底に達したら、上に持ち上げる必要があります。水を上に持ち上げるこの動作は、基本的に、電気回路でバッテリーまたは電源が行うことです。
回路の目標は、この電荷の流れで何か役に立つことをすることです。 すべての回路には、ダムが貯水池からの水の流れを遅くするのと同じように、電荷の流れを遅くするある種の抵抗素子が含まれています。 たとえば、電球が回路に追加されると、電荷の流れが遅くなり、関連するエネルギーが光に変換されます。
回路図と回路要素
多くの場合、次の組み合わせが与えられている場合は、回路図をスケッチすると便利です。V、私そしてRそして未知の量を解くように頼まれました。 これを行うには、一連の記号を使用してスケッチを簡略化します。
•••ダナ・チェン| 科学
次に、これらの記号を直線で接続して回路図を作成します。
•••ダナ・チェン| 科学
回路の種類
A直列回路要素が直列に接続されているか、ワイヤが分岐せずに次々に接続されています。 直列に接続されたすべての要素を流れる電流は、途中でいくつの抵抗に遭遇しても同じです。
A並列回路並列に接続された要素があります。つまり、回路の分岐の1つのポイントで、ワイヤが2つの異なる要素に接続され、分岐が再び結合します。並列に接続された各要素の両端の電圧は同じです。
アン開回路ある時点でループが壊れているために電流が流れないものです。 A閉回路完全なループが形成され、電流が流れることができるものです。 明らかに、後者は研究するのにより興味深い傾向があります。
A短絡抵抗要素がバイパスされ、電流が非常に多いものです。 これらは一般的に望ましくなく、回路ブレーカーと呼ばれるデバイスが回路に取り付けられて、回路を「遮断」（開放）します。 回路および電気器具への損傷から保護し、保護するために電流の流れを停止および停止します 火事。
電気回路の例
1. 直列回路には、9 V電源（この場合はバッテリー）と、抵抗値が1.5、4.5、2、1Ωの4つの抵抗が含まれています。 電流は何ですか？
まず、総抵抗を計算します。 前のセクションで与えられた規則を思い出すと、これは単純に1.5 + 4.5 + 2 + 1 =9Ωです。 したがって、電流は次のようになります。
I = \ frac {V} {R_ {tot}} = \ frac {9} {9} = 1 \ text {A}
2. ここで、同じ電圧と4つの抵抗を想像しますが、1.5Ωと4.5Ωの抵抗を並列に配置し、他の抵抗を以前と同じように配置します。 電流は何ですか？
今回は、回路の並列部分の抵抗を計算します。 これは1 /によって与えられますR = 1/1.5 + 1/4.5 = 8/9 = 0.89. この数の逆数を取得することを忘れないでくださいR!これは1 / 0.89 =1.13Ωで与えられます。
これで、回路のこの部分を抵抗0.89Ωの単一の抵抗素子として扱うことができ、問題全体が直列回路の場合と同様に解決されます。Rトット = 1.125 + 2 + 1 = 4.13 Ω. これにより、電流をもう一度解くことができます。V / Rトット= 9 V /4.13Ω=2.18 A.
3. 最後に、前の例の設定に基づいて、並列回路で2Ωと1Ωの抵抗を組み合わせて、それ自体が直列に配置された2セットの並列回路を生成します。 現在の流れは何ですか？
新しい並列回路の抵抗を解きます：1 /R= 1/1 + 1/2 = 1.5; R = 2/3 =0.67Ω。 したがって、総抵抗は1.13 + 0.67 =1.79Ωです。 したがって、再度改良された回路の電流は9 V /1.79Ω=5.03 A.
これらの例は、並列抵抗の両端に抵抗を分配すると、電圧が変化しないため、総抵抗を下げることによって流れる電流の量が増えることを示しています。
