Prosty obwód elektryczny zawiera źródło Napięcie (zasilanie, takie jak akumulator, generator lub przewody zasilające wchodzące do budynku), przewód do przeprowadzenia obecny w postaci elektronów i źródła elektrycznego odporność. W rzeczywistości takie obwody rzadko są proste i zawierają wiele rozgałęzień i punktów ponownego łączenia.
- Napięcie (V) jest mierzone w woltach (symbol to również V); prąd (I) jest mierzony w amperach lub „amperach” (A); a rezystancja (R) jest mierzona w omach (Ω).
Wzdłuż gałęzi, a czasem wzdłuż głównego pnia obwodu, umieszczane są takie przedmioty, jak urządzenia gospodarstwa domowego (lampy, lodówki, telewizory), z których każdy pobiera prąd, aby się utrzymać. Ale co dokładnie dzieje się z napięciem i prądem w danym układzie elektrycznym z punktu widzenia fizyki, gdy napotkany zostanie każdy rezystor i napięcie „spadnie”?
Podstawy obwodów elektrycznych
Prawo Ohma stwierdza, że przepływ prądu to napięcie podzielone przez opór. Może to dotyczyć całego obwodu, izolowanego zestawu rozgałęzień lub pojedynczego rezystora, jak zobaczysz. Najpopularniejsza forma tego prawa jest napisana:
V = IR
Obwody można rozmieścić na dwa podstawowe sposoby.
Obwód szeregowy: Tutaj prąd płynie w całości jedną ścieżką, przez pojedynczy przewód. Niezależnie od tego, jakie rezystancje napotyka po drodze, po prostu sumują się, aby uzyskać całkowitą rezystancję obwodu jako całości:
RS = R1 + R2 +... + RN (obwód szeregowy)
Obwód równoległy: W tym przypadku główny przewód rozgałęzia się (pokazany pod kątem prostym) na dwa lub więcej innych przewodów, każdy z własnym rezystorem. W tym przypadku całkowity opór wyraża się wzorem:
1/RP = 1/R1 + 1/R2 +... + 1/RN (obwód równoległy)
Jeśli zbadasz to równanie, odkryjesz, że dodając rezystancje tej samej wielkości, zmniejszasz rezystancję obwodu jako całości. (Wybranie 1 oma lub 1 Ω ułatwia matematykę.) Zgodnie z prawem Ohma, to faktycznie zwiększa prąd!
Jeśli wydaje się to sprzeczne z intuicją, wyobraź sobie ruch samochodów na ruchliwej autostradzie obsługiwanej przez jeden punkt poboru opłat, który tworzy kopię zapasową ruchu przez milę, a następnie wyobraź sobie ten sam scenariusz z czterema kolejnymi bramkami poboru opłat identycznymi z pierwszy. To wyraźnie zwiększy przepływ samochodów, pomimo technicznego zwiększenia oporu.
Spadek napięcia: obwód szeregowy
Jeśli chcesz znaleźć spadki napięć na poszczególnych opornikach w szeregu, postępuj w następujący sposób:
- Oblicz całkowity opór, dodając poszczególne wartości R.
- Oblicz prąd w obwodzie, który jest taki sam na każdym rezystorze, ponieważ w obwodzie jest tylko jeden przewód.
- Oblicz spadek napięcia na każdym rezystorze, korzystając z prawa Ohma.
Przykład: Podłączono źródło zasilania 24 V i trzy rezystory w serii z R1= 4Ω, R2= 2 Ω i R3 = 6 Ω. Jaki jest spadek napięcia na każdym rezystorze?
Najpierw oblicz rezystancję całkowitą: 4 + 2 + 6 = 12 Ω
Następnie oblicz prąd: 24 V/12 Ω = 2 A
Teraz użyj prądu, aby obliczyć spadek napięcia na każdym rezystorze. Używając V = IR dla każdego, wartości R1, R2 i R3 to 8 V, 4 V i 12 V.
Spadek napięcia: obwód równoległy
Przykład: Podłączono źródło zasilania 24 V i trzy rezystory równolegle z R1= 4Ω, R2= 2 Ω i R3 = 6 Ω, jak poprzednio. Jaki jest spadek napięcia na każdym rezystorze?
W tym przypadku historia jest prostsza: niezależnie od wartości rezystancji spadek napięcia na każdym rezystorze jest taki sam, co sprawia, że prąd jest w tym przypadku zmienną, która różni się na różnych rezystorach. Oznacza to, że spadek napięcia na każdym z nich to po prostu całkowite napięcie obwodu podzielone przez liczbę rezystorów w obwodzie, czyli 24 V/3 = 8 V.
Kalkulator spadku napięcia rezystora
Zobacz Zasoby, aby zapoznać się z przykładem instancji, w której można użyć automatycznego narzędzia do obliczenia spadku napięcia w układzie obwodów zwanym dzielnik napięcia.