Jak obliczyć spadek napięcia na rezystorach?

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”?

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:

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:

R_S = R₁ + R₂ +... + R_N (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/R_P = 1/R₁ + 1/R₂ +... + 1/R_N (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.

Jeśli chcesz znaleźć spadki napięć na poszczególnych opornikach w szeregu, postępuj w następujący sposób:

1. Oblicz całkowity opór, dodając poszczególne wartości R.
2. Oblicz prąd w obwodzie, który jest taki sam na każdym rezystorze, ponieważ w obwodzie jest tylko jeden przewód.
   
3. 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.

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.

Zobacz Zasoby, aby zapoznać się z przykładem instancji, w której można użyć automatycznego narzędzia do obliczenia spadku napięcia w układzie obwodów zwanym dzielnik napięcia.