Električna napeljava v vašem domu, ki vzdržuje vaš prenosnik, polnilnik za telefon in manjša orodja, kot so hladilniki in štedilniki, je sestavljena iz številnih medsebojno povezanih električnih vezij. Ti so povezani s katerim koli virom napajanja, ki oskrbuje vaš dom z elektriko.
Namen vezij je pridobiti elektriko in njen precejšen energetski potencial točno tja, kamor mora iti, in obdržati potencialno škodljive učinke električne energije v procesu.
Kaj se dogaja znotraj vseh tistih žic, ki so same po sebi večinoma izven vašega pogleda? Za začetek pri osnovah se bodo prosti elektroni gibali ob prisotnosti električnega polja, in sicer iz fizičnih razlogov, ki bodo opisani kasneje. Če jim je dana pot z zaprto zanko, po kateri lahko teče, lahko ustvarite električni tokokrog.
Preprosto vezje sestavlja samo vir napetosti (razlika električnega potenciala); medij, skozi katerega lahko tečejo elektroni, običajno žica; in nekaj vira električnega upora v vezju. Večina primerov iz resničnega sveta pa je veliko bolj zapletenih in obstaja več vrst električnih vezij, ki so vse ključne za učinkovit pretok električne energije.
Električni naboj in tok
Osnovni konceptualni elementi v svetu električne energije so tok, napetost in upor. Pred raziskovanjem le-teh se je treba ozreti nekoliko globlje, nazaj na idejo prostih elektronov. Elektron po dogovoru nosi negativni naboj z magnitudo 1,60 × 10-19 kuloni ali C. Ker je tok elektronov tisti, ki določa tok, naboji v tokokrogu odtekajo od negativnega terminala in v smeri pozitivnega terminala.
"Enotni naboj" v fiziki je standardiziran kot pozitiven in ima enako velikost kot nabojena elektronu. Pozitivni naboj, nameščen blizu pozitivnega terminala, bo doživel "odbijanje" in se "hotel" odmakniti od terminala, še toliko močneje, ko se razdalja zapre na nič. V tem stanju ima naboj večji električni potencial kot na neki oddaljeni razdalji.
Tako "naboj" ("pozitivno" pomeni, če ni navedeno drugače) teče iz območij z višjo napetostjo na območja z nižjo napetostjo. To je potencialna razlika ali napetost, navedena v fiziki, njena velikost pa deloma določa tok toka v vezju. Električni tok prihaja v izmeničnem toku ("tresenje", fazni tok) in enosmernem toku (enakomeren pretok); slednji je sodoben standard, ki se uporablja v električnih omrežjih.
- Tok se meri z napravo, imenovanoampermeter. Ista naprava se običajno lahko uporablja kotvoltmeterza merjenje potencialne razlike.
Ohmov zakon
Prejšnji odsek lahko v veliki meri povzamemo s preprostim matematičnim zakonom, imenovanim Ohmov zakon:
I = \ frac {V} {R}
kjejazje trenutno vamperov(C / s), V je napetost ali potencialna razlika vvoltov(džuli na C ali J / C; upoštevajte energijski izraz v imenovalcu) inRje odpornost vohm (Ω).
V serijskem vezju upori posameznikovuporiseštejejo za izračun upora vezja kot celote. V vzporednih vezjih, o katerih boste kmalu prebrali, velja pravilo:
\ frac {1} {R_ {tot}} = \ frac {1} {R_1} + \ frac {1} {R_2} +... + \ frac {1} {R_n}
kjeR1, R2in tako naprej so posamezne vrednostinupori v vzporednem vezju.
Definicija vezja
Vezje je zaprta zanka, skozi katero teče električni naboj kot posledica pogonske napetosti. Tok je hitrost pretoka, merjena kot količina naboja, ki gre skozi določeno točko v tokokrogu na enoto časa.
Včasih je koristno misliti, da je tok v žičnem krogu analogen vodi, ki teče skozi cevi. Voda bo tekla iz regij z visoko potencialno energijo v regije z manj potenciala. Nekateri viri bi morali nato z energijo dvigniti vodo navzgor, tako da bo stekla navzdol. Če želite neprekinjeno pretakati vodo, jo je treba, ko doseže dno, dvigniti nazaj do vrha.Ta postopek dvigovanja vode nazaj do vrha je v bistvu tisto, kar baterija ali vir energije počne v električnem krogu.
Cilj vezja je narediti nekaj koristnega s tem tokom naboja. Vsa vezja vsebujejo nekakšen uporovni element, ki upočasni pretok naboja, tako kot jez upočasni pretok vode iz rezervoarja. Če na primer vezju dodamo žarnico, upočasni pretok naboja in s tem povezano energijo pretvori v svetlobo.
Sheme vezij in elementi vezja
Pogosto je koristno skicirati diagram vezja, če imate določeno kombinacijoV, jazinRin prosil za rešitev neznane količine. Če želite to narediti, uporabite nabor simbolov za poenostavitev skice.
•••Dana Chen | Učenje
Ti simboli se nato povežejo z ravnimi črtami, da se ustvari diagram vezja.
•••Dana Chen | Učenje
Vrste vezij
Aserijsko vezjeima elemente, ki so povezani zaporedno ali drug za drugim brez razvejanja žice. Tok, ki teče skozi vse zaporedno povezane elemente, je enak, ne glede na to, koliko uporov je na poti.
Avzporedni krogima elemente vzporedno povezane - to je eno točko v vejah vezja, z žicami, ki vodijo na dva različna elementa, nato pa se veje spet pridružijo.Napetost na vseh vzporedno povezanih elementih je enaka.
Anodprt krogje tista, pri kateri ne more teči tok, ker je zanka na neki točki prekinjena. Azaprti krogje tista, pri kateri se oblikuje celotna zanka in tok lahko teče. Jasno je, da je slednje bolj zanimivo za preučevanje.
Akratek stikje tista, pri kateri se uporovni elementi obidejo in je pretok toka zelo velik. Te so na splošno nezaželene, naprave, imenovane odklopniki, pa so nameščene v tokokrogih za "odklop" (odpiranje) toka in zaustavite pretok toka za zaščito pred poškodbami vezja in električnih naprav ter za zaščito pred požari.
Primeri električnih vezij
1. Serijsko vezje vključuje 9-V vir energije (v tem primeru baterijo) in štiri upore z vrednostmi upora 1,5, 4,5, 2 in 1 Ω. Kakšen je trenutni tok?
Najprej izračunajte skupni upor. Če se spomnimo na pravilo iz prejšnjega oddelka, je to preprosto 1,5 + 4,5 + 2 + 1 = 9 Ω. Tako je trenutni tok
I = \ frac {V} {R_ {tot}} = \ frac {9} {9} = 1 \ text {A}
2. Zdaj si predstavljajte enako napetost in štiri upore, vendar z vzporedno nameščenima uporoma 1,5 Ω in 4,5 Ω, ostali pa so razporejeni enako kot prej. Kakšen je trenutni tok?
Tokrat izračunajte upor v vzporednem delu vezja. To poda 1 /R = 1/1.5 + 1/4.5 = 8/9 = 0.89. Ne pozabite vzeti vzajemne vrednosti te številkeR!To dobimo z 1 / 0,89 = 1,13 Ω.
Zdaj lahko ta del vezja obravnavate kot en uporovni element z uporom 0,89 Ω in celotna težava je rešena kot pri serijskem vezju: Rtot = 1.125 + 2 + 1 = 4.13 Ω. To vam omogoča, da še enkrat rešite za trenutno:V / Rtot= 9 V / 4,13 Ω =2.18 A.
3. Na koncu, nadgradivši nastavitev iz prejšnjega primera, združite upori 2-Ω in 1-Ω v vzporednem vezju, tako da dobite dva sklopa vzporednih vezij, ki sta sama razporejena zaporedno. Kakšen je trenutni tok?
Rešimo za upornost novega vzporednega vezja: 1 /R= 1/1 + 1/2 = 1,5; R = 2/3 = 0,67 Ω. Skupni upor je tako 1,13 + 0,67 = 1,79 Ω. Tok v ponovno prenovljenem vezju je tako 9 V / 1,79 Ω =5,03 A.
Ti primeri ponazarjajo, da porazdelitev upora med vzporednimi upori poveča količino toka, ki teče z znižanjem celotnega upora, saj se napetost ne spreminja.
