Hoe een spanningsval over weerstanden te berekenen

Een eenvoudige electronisch circuit bevat een bron van Spanning (een stroomvoorziening, zoals een batterij, generator of de elektriciteitsdraden die uw gebouw binnenkomen), een draad om mee te nemen actueel in de vorm van elektronen, en een bron van elektrische weerstand. In werkelijkheid zijn dergelijke circuits zelden eenvoudig en bevatten ze een aantal vertakkings- en verbindingspunten.

• Spanning (V) wordt gemeten in volt (het symbool is ook V); stroom (I) wordt gemeten in ampère of "ampère" (A); en weerstand (R) wordt gemeten in ohm (Ω).

Langs de takken, en soms langs de hoofdstam van het circuit, zijn voorwerpen zoals huishoudelijke apparaten (lampen, koelkasten, televisietoestellen) geplaatst, die elk stroom trekken om zichzelf in stand te houden. Maar wat gebeurt er precies met de spanning en stroom binnen een bepaalde elektrische circuitopstelling vanuit een natuurkundig oogpunt wanneer elke weerstand wordt aangetroffen en de spanning "daalt"?

De wet van Ohm stelt dat de stroomsterkte de spanning is gedeeld door de weerstand. Dit kan van toepassing zijn op een circuit als geheel, een geïsoleerde set takken of op een enkele weerstand, zoals je zult zien. De meest voorkomende vorm van deze wet is geschreven:

Circuits kunnen op twee basismanieren worden geregeld.

Serieschakeling: Hier stroomt de stroom volledig langs één pad, door een enkele draad. Welke weerstanden de stroom ook tegenkomt, gewoon optellen om de totale weerstand van het circuit als geheel te geven:

R_S = R₁ + R₂ +... + R_nee (serieschakeling)

Parallelschakeling: In dit geval vertakt een primaire draad (weergegeven als rechte hoeken) in twee of meer andere draden, elk met zijn eigen weerstand. In dit geval wordt de totale weerstand gegeven door:

1/R_P = 1/R₁ + 1/R₂ +... + 1/R_nee (parallelschakeling)

Als je deze vergelijking onderzoekt, zie je dat door de weerstanden van dezelfde grootte toe te voegen, je de weerstand van het circuit als geheel verlaagt. (Het kiezen van 1 ohm, of 1 Ω, maakt de wiskunde gemakkelijker.) Volgens de wet van Ohm verhoogt dit de stroom!

Als dit contra-intuïtief lijkt, stel je dan de stroom auto's voor op een drukke snelweg die wordt bediend door een enkele tolpoort die een mijl een back-up maakt van het verkeer, en stel je dan hetzelfde scenario voor met nog vier tolpoortjes identiek aan de eerste. Dit zal de stroom van auto's duidelijk vergroten, ondanks technisch extra weerstand.

Als u spanningsdalingen over afzonderlijke weerstanden in een serie wilt vinden, gaat u als volgt te werk:

1. Bereken de totale weerstand door de individuele R-waarden bij elkaar op te tellen.
2. Bereken de stroom in het circuit, die hetzelfde is over elke weerstand, omdat er maar één draad in het circuit is.
   
3. Bereken de spanningsval over elke weerstand met behulp van de wet van Ohm.

Voorbeeld: Er zijn een 24-V stroombron en drie weerstanden aangesloten in series met R₁= 4, R₂= 2 Ω en R₃ = 6 Ω. Wat is de spanningsval over elke weerstand?
Bereken eerst de totale weerstand: 4 + 2 + 6 = 12 Ω

Bereken vervolgens de stroom: 24 V/12 Ω = 2 A

Gebruik nu de stroom om de spanningsval over elke weerstand te berekenen. Met V = IR voor elk, de waarden van R₁, R₂ en R₃ zijn 8 V, 4 V en 12 V.

Voorbeeld: Er zijn een 24-V stroombron en drie weerstanden aangesloten parallel met R₁= 4, R₂= 2 Ω en R₃ = 6 Ω, zoals eerder. Wat is de spanningsval over elke weerstand?

In dit geval is het verhaal eenvoudiger: ongeacht de weerstandswaarde is de spanningsval over elke weerstand hetzelfde, waardoor de stroom in dit geval de variabele is die over weerstanden verschilt. Dit betekent dat de spanningsval over elk slechts de totale spanning van het circuit is, gedeeld door het aantal weerstanden in het circuit, of 24 V/3 = 8 V.

Zie de bronnen voor een voorbeeld van een instantie waarin u een automatisch hulpmiddel kunt gebruiken om de spanningsval te berekenen in een soort circuitopstelling genaamd a spanningsdeler.