Електрична ожичења у вашем дому која држе лаптоп, пуњач телефона и мање алате попут фрижидера и шпорета брује, састоје се од великог броја међусобно повезаних електричних кола. Они су повезани на било који извор напајања који ваш дом напаја електричном енергијом.
Сврха кругова је да електричну енергију и њен знатан енергетски потенцијал добију тачно тамо где треба, и да садрже потенцијално штетне ефекте електричне енергије у процесу.
Шта се дешава унутар свих тих жица, које су и саме углавном изван вашег видокруга? За почетак са основама, слободни електрони ће се кретати у присуству електричног поља, из физичких разлога који ће бити описани касније. Ако им је дата путања затворене петље којом ће тећи, може се створити електрични круг.
Једноставно коло се састоји само од извора напона (разлика електричног потенцијала); медијум кроз који могу да прострује електрони, обично жица; и неки извор електричног отпора у колу. Већина примера из стварног света су далеко сложенији и постоји више врста електричних кругова, који су сви витални за ефикасан проток електричне енергије.
Електрични набој и струја
Основни концептуални елементи у свету електричне енергије су струја, напон и отпор. Пре него што их истражите, потребно је погледати мало дубље, вратити се идеји слободних електрона. Електрон по договору носи негативни набој величине 1,60 × 10-19 кулони, или Ц. Будући да је проток електрона тај који одређује струју, наелектрисања у кругу одлазе од негативног терминала и у смеру позитивног терминала.
„Јединица наелектрисања“ у физици је стандардизована као позитивна и има исту величину као и наелектрисањеена електрону. Позитиван набој постављен у близини позитивног терминала искусиће "одбојност" и "желети" да се одмакне од терминала, утолико јаче што се растојање затвара на нулу. У овом стању, наелектрисање има већи електрични потенцијал него на удаљенијој удаљености.
Тако „наелектрисање“ (подразумева се „позитивно“, уколико није другачије назначено) тече из подручја вишег напона у подручја нижег напона. Ово је разлика потенцијала или напон који се помиње у физици, а његова величина делом одређује проток струје у колу. Електрична струја долази у облику наизменичне струје („нервозан“, фазни ток) и једносмерне струје (уједначени ток); ово друго је савремени стандард који се користи у електричним мрежама.
- Проток струје мери се помоћу уређаја који се назива анамперметар. Исти уређај се обично може користити каоволтметарза мерење потенцијалне разлике.
Охмов закон
Претходни одељак може се у великој мери сажети једноставним математичким законом названим Охмов закон:
И = \ фрац {В} {Р}
гдеЈаје тренутно уампера(Ц / с), В је напон или потенцијална разлика уволти(џула по Ц, или Ј / Ц; забележите енергетски појам у имениоцу) иР.је отпор уохмс (Ω).
У серијском колу, отпори појединцаотпорницисе сабирају како би се израчунао отпор кола у целини. У паралелним круговима, о којима ћете ускоро читати, важи правило:
\ фрац {1} {Р_ {тот}} = \ фрац {1} {Р_1} + \ фрац {1} {Р_2} +... + \ фрац {1} {Р_н}
гдеР.1, Р.2и тако даље су појединачне вредностинотпорници у паралелном колу.
Дефиниција кола
Коло је затворена петља кроз коју протиче електрични набој као резултат погонског напона. Струја је брзина протока, мерена као количина наелектрисања која пролази кроз одређену тачку у колу у јединици времена.
Понекад је корисно размишљати о струји у жичаном колу која је аналогна води која тече кроз цеви. Вода ће тећи из региона са високим потенцијалом енергије у регије са мањим потенцијалом. Неки извор би тада требао да користи енергију да подигне воду тако да ће тећи низбрдо. Да би имао непрекидни проток воде, када вода доспе на дно, мора се подићи назад до врха.Ова акција подизања воде до врха је у основи оно што батерија или извор напајања раде у електричном колу.
Циљ кола је да учини нешто корисно са овим протоком наелектрисања. Сви кругови садрже неку врсту отпорног елемента који успорава проток наелектрисања, као што и брана успорава проток воде из резервоара. Ако се на пример кругу дода сијалица, она успорава проток наелектрисања и претвара повезану енергију у светлост.
Кружни дијаграми и елементи круга
Често је корисно скицирати дијаграм кола ако вам је дата нека комбинацијаВ, ИиР.и затражио да се реши за непознату количину. Да бисте то урадили, користите скуп симбола да бисте поједноставили скицу.
•••Дана Цхен | Научити
Ови симболи су затим повезани правим линијама да би се створио дијаграм кола.
•••Дана Цхен | Научити
Врсте кругова
А.серијско колоима елементе повезане у серију или један за другим, а да се жица не грана. Струја која тече кроз све серијски повезане елементе је иста, без обзира на то колико отпорника наилазимо на путу.
А.паралелно колоима паралелно повезане елементе - то јест, једну тачку у гранама кола, са жицама које иду на два различита елемента, а затим се гране поново спајају.Напон на сваком паралелно повезаном елементу је једнак.
Анотворено колоје онај у коме не може да тече струја јер је петља у неком тренутку прекинута. А.затворен кругје онај у коме се формира комплетна петља и струја може тећи. Очигледно је да је потоње занимљивије за проучавање.
А.кратак спојје онај код којег се отпорни елементи заобилазе, а проток струје је веома висок. Они су углавном непожељни, а уређаји звани прекидачи уграђени су у кругове како би „прекинули“ (отворили) струје струје и зауставити проток струје ради заштите од оштећења кола и електричних уређаја и ради заштите од ватре.
Примери електричних кола
1. Серијско коло укључује извор напајања од 9 В (у овом случају батерија) и четири отпорника са вредностима отпора 1,5, 4,5, 2 и 1 Ω. Који је тренутни проток?
Прво израчунајте укупни отпор. Подсећајући на правило дато у претходном одељку, ово је једноставно 1,5 + 4,5 + 2 + 1 = 9 Ω. Тако је проток струје
И = \ фрац {В} {Р_ {тот}} = \ фрац {9} {9} = 1 \ тект {А}
2. Сада замислите исти напон и четири отпорника, али са паралелно постављеним отпорницима од 1,5 Ω и 4,5 Ω, а остали су распоређени исто као и раније. Који је тренутни проток?
Овај пут израчунајте отпор у паралелном делу кола. Ово даје 1 /Р. = 1/1.5 + 1/4.5 = 8/9 = 0.89. Не заборавите узети реципрочну вредност овог броја да бисте је добилиР.!То се добија са 1 / 0,89 = 1,13 Ω.
Овај део кола сада можете третирати као један отпорни елемент отпора од 0,89 Ω и цео проблем је решен као код серијског кола: Ртот = 1.125 + 2 + 1 = 4.13 Ω. Ово вам омогућава да још једном решите за тренутно:В / Ртот= 9 В / 4,13 Ω =2.18 А..
3. Коначно, надовезујући се на поставке из претходног примера, комбинујте отпорнике од 2 Ω и 1 Ω у паралелном колу, дајући два сета паралелних кола која су и сама поређана у серију. Који је тренутни проток сада?
Решити отпор новог паралелног кола: 1 /Р.= 1/1 + 1/2 = 1,5; Р = 2/3 = 0,67 Ω. Укупни отпор је тако 1,13 + 0,67 = 1,79 Ω. Тако је струја у поново преобликованом колу 9 В / 1,79 Ω =5.03 А..
Ови примери илуструју да расподела отпора преко паралелних отпорника повећава количину струје која пада смањењем укупног отпора, јер се напон не мења.