Iedomājieties, kā ūdens caur cauruļu sistēmu plūst lejup. Jūsu intuīcijai vajadzētu pateikt, kādi faktori liktu ūdenim plūst ātrāk un kas lēnāk. Jo augstāks kalns, jo ātrāka būs straume, un jo vairāk šķēršļu caurulē, jo lēnāk tā plūst.
Tas viss ir saistīts ar apotenciālā enerģijas atšķirība starp kalna virsotni un dibenu, jo ūdens kalna galā ir gravitācijas potenciālā enerģija, un līdz brīdim, kad tas sasniedz dibenu, tam nav neviena.
Šī ir lieliska līdzība ar elektriskospriegums. Tādā pašā veidā, ja starp diviem elektriskās ķēdes punktiem ir elektriskā potenciāla starpība, elektriskā strāva plūst no vienas ķēdes daļas uz otru.
Tāpat kā ūdens piemērā, potenciālā enerģijas starpība starp abiem punktiem (ko rada elektriskā lādiņa sadalījums) ir tas, kas rada pašreizējo plūsmu. Protams, fiziķiem ir precīzākas definīcijas nekā šis, un, apgūstot vienādojumus, piemēram, Ohma likumu, jūs labāk izprotat spriegumu.
Sprieguma definīcija
Spriegums ir nosaukums elektriskā potenciāla enerģijas starpībai starp diviem punktiem, un tas tiek definēts kā elektriskā potenciāla enerģija uz lādiņa vienību. Lai gan
elektriskais potenciālsir precīzāks termins, fakts, ka elektriskā potenciāla SI vienība ir spriegums (V), nozīmē, ka to parasti sauc par spriegumu, it īpaši, ja cilvēki runā par potenciālo atšķirību starp akumulatora spailēm vai citām a ķēde.Definīciju matemātiski var uzrakstīt šādi:
V = \ frac {E_ {el}} {q}
KurVir potenciālā atšķirība,Eel ir elektriskā potenciāla enerģija (džoulos) unqir lādiņš (kulonās). No tā jums vajadzētu būt iespējai redzēt, ka 1 V = 1 J / C, kas nozīmē, ka viens volts ir definēts kā viens džouls uz kulona (t.i., par uzlādes vienību). Dažreiz jūs redzēsietEizmanto kā sprieguma simbolu, jo cits termins tam pašam daudzumam ir “elektromotors” (EML), taču daudzos avotos tiek izmantotsVlai tas atbilstu termina ikdienas lietojumam.
Volt nosaukums ir nosaukts no itāļu fiziķa Alesandro Volta, kurš ir vislabāk pazīstams ar pirmās elektriskās baterijas (saukta par “volta kaudzi”) izgudrošanu.
Sprieguma vienādojums
Tomēr iepriekšējais vienādojums nav visbiežāk izmantotais sprieguma vienādojums, jo lielākā daļa kad jūs sastopaties ar terminu, tas būs saistīts ar elektrisko ķēdi un visnoderīgāko vienādojumu tas irOhma likums. Tas ir saistīts ar spriegumu ar strāvas plūsmu ķēdē un pretestību strāvas plūsmai no ķēdes vadiem un komponentiem, un tam ir šāda forma:
V = IR
KurVir potenciālā starpība voltos (V);Esir strāvas plūsma ar ampēra vienību vai īsāku ampēru (A); unRir pretestība omos (Ω). Īsumā šis vienādojums norāda, ka tai pašai pretestībai augstāks spriegums rada lielākas strāvas (līdzīgi kā kalnā ievadā) un tam pašam spriegumam strāvas plūsma tiek samazināta lielākām pretestībām (līdzīgi kā šķēršļiem cauruļvados piemērs). Ja sprieguma starpības nav, strāva neplūst.
Dažādiem ķēdes komponentiem būs atšķirīgisprieguma kritumiun jūs varat izmantot Omas likumu, lai noskaidrotu, kādi tie būs. Tomēr saskaņā ar Kirhofa sprieguma likumusprieguma kritumu summai ap jebkuru ķēdes pilno cilpu jābūt vienādai ar nulli.
Kā izmērīt spriegumu ķēdē
Spriegumu pāri elektriskās ķēdes elementam var izmērīt ar voltmetru vai multimetru, kur pēdējais satur voltmetru, bet arī citus instrumentus, piemēram, ampermetru (strāvas mērīšanai). Lai noteiktu sprieguma kritumu starp diviem punktiem, jūs paralēli savienojat voltmetru pāri mērāmajam elementam - nekad nepieslēdziet to virknē!
Analogie voltmetri darbojas, izmantojot galvanometru (ierīci mazu elektrisko strāvu mērīšanai) virknē ar rezistoru ar lielu omu, galvanometrā magnētiskajā laukā ir stieples spole. Kad caur vadu plūst strāva, tas rada magnētisko lauku, kas mijiedarbojas ar esošo magnētiskais lauks, lai spole pagrieztos, kas pēc tam pārvieto ierīces rādītāju, lai norādītu spriegums.
Tā kā spoles rotācija ir proporcionāla strāvai, un strāva ir savukārt proporcionāls spriegumam (pēc Ohmas likuma), jo vairāk spole griežas, jo lielāks ir spriegums divi punkti. Tas ir sarežģītāk, ja mēra maiņstrāvu, nevis līdzstrāvu, taču arī tas ir iespējams ar dažādu dizainu.
Jums paralēli jāpieslēdz voltmetrs, jo diviem paralēli esošiem ķēdes elementiem ir vienāds spriegums. Voltmetram jābūt ar augstu pretestību, jo tas neļauj tam piesaistīt pārāk lielu strāvu no galvenās ķēdes un tādējādi traucēt rezultātu. Turklāt voltmetri nav konstruēti, lai piesaistītu lielas strāvas, tādēļ, ja savienojat vienu sērijveidā, tas var viegli salauzt vai nopūst drošinātāju.
Sprieguma piemēri
Mācīšanās strādāt ar elektrisko potenciālu ietver iemācīšanos izmantot Oma likumu un mācīšanos pielietot Kirhofa sprieguma likumu, lai noteiktu sprieguma kritumus starp dažādiem ķēdes elementiem. Visvienkāršākais, kas jādara, ir omas likuma piemērošana visai ķēdei.
Ja ķēdi darbina 12 V akumulators un tās pretestība kopumā ir 70 omi, kāda ir strāva, kas plūst caur ķēdi?
Šeit jums vienkārši jāpārkārto Ohma likums, lai izveidotu elektriskās strāvas izteiksmi. Likums nosaka:
V = IR
Viss, kas jums jādara, ir sadalīt abas puses arRun mainīt, lai iegūtu:
I = \ frac {V} {R}
Vērtību ievietošana dod:
\ begin {aligned} I & = \ frac {1 \ text {V}} {70 \ text {Ω}} \\ & = 0,1714 \ text {A} \ end {aligned}
Tātad strāva ir 0,1714 A jeb 171,4 miliamps (mA).
Bet tagad iedomājieties, ka šī 70 Ω pretestība ir sadalīta trīs dažādos rezistoros virknē ar vērtībām 20 Ω, 10 Ω un 40 Ω. Kāds ir sprieguma kritums katrā komponentā?
Atkal jūs varat izmantot Oma likumu, lai pēc kārtas aplūkotu katru komponentu, atzīmējot kopējo elektrisko strāvu ap 0,1714 A ķēdi. Pēc kārtas izmantojot V = IR katram no trim rezistoriem:
Pirmajiem:
\ begin {aligned} V_1 & = 0.1714 \ text {A} × 20 \ text {Ω} \\ & = 3.428 \ text {V} \ end {aligned}
Otrais:
\ begin {izlīdzināts} V_2 & = 0.1714 \ text {A} × 10 \ text {Ω} \\ & = 1.714 \ text {V} \ end {aligned}
Un trešais:
\ begin {izlīdzināts} V_3 & = 0.1714 \ text {A} × 40 \ text {Ω} \\ & = 6.856 \ text {V} \ end {aligned}
Saskaņā ar Kirhofa sprieguma likumu šiem trim sprieguma kritumiem vajadzētu būt līdz 12 V:
\ begin {izlīdzināts} V_1 + V_2 + V_3 & = 3.428 \ text {V} + 1.714 \ text {V} + 6.856 \ text {V} \\ & = 11.998 \ text {V} \ end {aligned}
Tas ir vienāds ar 12 V līdz divām zīmēm aiz komata, ar nelielu neatbilstību noapaļošanas kļūdu dēļ.
Sprieguma kritumi pāri paralēliem komponentiem
Diskusijā par to, kā izmērīt spriegumu iepriekš, tika atzīmēts, ka sprieguma kritumi paralēlās komponentēs ķēdē ir vienādi. To izskaidroKirhofa sprieguma likums, kas nosaka, ka visu spriegumu (pozitīvā sprieguma no strāvas avota un sprieguma kritumu no komponentiem) summai slēgtā lokā jābūt vienādai ar nulli.
Paralēlai ķēdei ar vairākiem atzarojumiem varat izveidot šādu cilpu, iekļaujot jebkuru no paralēlajām atzarām un akumulatoru. Neatkarīgi no katra atzara komponentiem, sprieguma kritums pāri jebkurai atzaraijābūttāpēc jābūt vienādam ar akumulatora nodrošināto spriegumu (vienkāršības labad ignorējot citu sērijveida komponentu iespējas). Tas attiecas uz visām filiālēm, un tāpēc paralēliem komponentiem vienmēr būs vienādi sprieguma kritumi.
Spriegums un jauda spuldzēs
Ohma likumu var attiecināt arī uz varu (P), kas ir enerģijas piegādes ātrums džoulos sekundē (vati,W), un izrādās, ka P = IV.
Ķēdes komponentam, piemēram, spuldzei, tas parāda, ka jauda, ko tā izkliedē (t.i., pārvēršas gaismā), ir atkarīga no sprieguma tajā, ar lielāku spriegumu, kas noved pie lielākas jaudas. Saskaņā ar diskusiju par paralēlām sastāvdaļām iepriekšējā sadaļā vairākas paralēli izvietotas spuldzes spīd spožāk nekā tās pašas spuldzes, kas sakārtotas sērijveidā, jo pilns akumulatora spriegums samazinās pāri katrai spuldzei, kad tas ir savienots paralēli, bet tikai trešdaļa no tā, kad tie ir pievienoti sērija.