Ако сте нови у физици електрицитета, појмови попутНапонипојачаламогу изгледати заменљиво на основу начина на који се користе. Али у стварности, то су веома различите величине, иако су уско повезане начином на који раде заједно у електричном колу, као што је описано Омовим законом.
Заиста, „појачала“ су мера електричне струје (која се мери уампера), а напон је појам који значи електрични потенцијал (мерено уволти), али ако нисте сазнали детаље, разумљиво је да бисте могли да их двоје помешате.
Да бисте разумели разлику - и никада их више не помешате - потребан вам је само основни пример о томе шта они значе и како се односе на електрични круг.
Шта је напон?
Напон је још један израз за разлику у електричном потенцијалу између две тачке и може се једноставно дефинисати као електрична потенцијална енергија по јединици наелектрисања.
Баш као што је гравитациони потенцијал потенцијална енергија коју објекат има на основу свог положаја унутар гравитационо поље, електрични потенцијал је потенцијална енергија коју наелектрисани објекат има на основу свог положаја у електрично поље. Напон то посебно описује по јединици електричног набоја, па се може записати:
В = \ фрац {Е_ {ел}} {к}
ГдеВ.је напон,Е.ел је електрична потенцијална енергија икје електрични набој. Пошто је јединица за електричну потенцијалну енергију џул (Ј), а јединица за електрично пуњење је кулон (Ц), јединица напона је волт (В), где је 1 В = 1 Ј / Ц, или речима, један волт је једнак једном џулу по цоуломб.
Ово вам говори да ако дозволите да наелектрисање од 1 кулона пролази кроз потенцијалну разлику (тј. Напон) од 1 В, он ће добити 1 Ј енергије, или обратно, биће потребан један џул енергије да се кулон наелектрисања помери кроз потенцијалну разлику од 1 В. Напон се понекад назива иелектромоторна сила(ЕМФ).
Разлика напона (или разлика потенцијала) између две тачке, на пример са обе стране елемента у електрични круг, може се мерити повезивањем волтметра паралелно са елементом који вас занима у. Као што и само име говори, волтметар мери напон између две тачке на колу, али када га користите, мора бити повезанпаралелнода бисте избегли ометање очитавања напона или оштећење уређаја.
Шта је тренутно?
Електрична струја, која се понекад назива и ампеража (с обзиром да има јединицу ампера), представља брзину протока електричног наелектрисања поред тачке у колу. Електрични набој носе електрони, негативно наелектрисане честице које окружују језгро атома, па вам количина струје заиста говори о брзини протока електрона. Једноставна математичка дефиниција електричне струје је:
И = \ фрац {к} {т}
ГдеЈаје струја (у амперима),кје електрични набој (у кулонима) итје протекло време (у секундама). Као што ова једначина показује, дефиниција ампера (А) је 1 А = 1 Ц / с, или проток електричног наелектрисања од 1 кулона у секунди. Што се тиче електрона, ово је око 6,2 × 1018 електрони (око шест милијарди милијарди) пролазећи поред референтне тачке у секунди за тренутни проток од само 1 А.
Струја се може мерити у електричном колу повезивањем амперметра у серију - што значи у путања главне струје - пресеком кола желите да измерите количину струје кроз.
Проток воде: аналогија
Ако се још увек трудите да разумете улогу коју игра разлика напона и електрична струја унутар електричног круга, широко коришћена аналогија између електричне енергије и воде требало би да помогне у разјашњењу ствари. Два различита сценарија могу се користити за представљање напона у електричном колу: или водоводна цев која се спушта низ брдо, или резервоар за воду напуњен излазним изливом на дну.
За водоводну цев са једним крајем на врху брда и другим крајем на дну, ваша интуиција би требала рећи ће вам да би вода кроз њега текла брже ако је брдо више и спорије ако је брдо ниже. За пример резервоара за воду, да постоје два резервоара за воду напуњена до различитих нивоа, очекивали бисте пуњенији резервоар за испуштање воде из излаза бржим темпом од пуњеног до нижег ниво.
Било да је реч о потенцијалу са висине брда (због гравитационог потенцијала) или потенцијалу створена притиском воде у резервоару, оба ова примера преносе кључну чињеницу о напону разликама. Што је већи потенцијал, брже ће тећи вода (тј. Струја).
Сам проток воде аналоган је електричној струји. Ако сте мерили воду која тече изнад једне тачке на цеви у секунди, ово је попут протока струје у кругу, осим са водом уместо електричног наелектрисања у облику електрона. Дакле, ако је све остало једнако, висок напон доводи до велике струје и обрнуто. Завршни део слике је отпор, који је аналоган трењу између зидова цеви или воде или физичка препрека постављена у цеви делимично блокира воду проток.
Сличности и разлике
\ деф \ арраистретцх {1.5} \ бегин {низ} {ц: ц} \ тект {Сличности} & \ тект {Разлике} \\ \ хлине \ хлине \ тект {Оба се односе на електричне кругове} & \ тект {Различите јединице, напон је мерено у волтима, где је 1 В = 1 Ј / Ц} \\ & \ тект {док се струја мери у амперима, где је 1 А = 1 Ц / с} \\ \ хлине \ тект {Оба утичу на то колико се снаге расипа по коло елемент} & \ тект {Струја је подједнако распоређена у свим компонентама кад су у низу} \\ & \ тект {док пад напона на компонентама може да се разликује} \\ \ хлине \ тект {Могу да се мењају наизменично поларитет (нпр. наизменични} & \ тект {Пад напона је једнак на свим} \\ \ тект {тренутни или наизменични напон) или директни поларитет} & \ тект {компоненте повезане паралелно, док струја се разликује} \\ \ хлине \ тект {Они су директно пропорционални једни другима у складу са Омовим законом} & \ тект {Напон производи електрично поље док струја ствара магнетно поље} \\ \ хлине & \ тект {Напон узрокује струју, док је струја ефекат напона} \\ \ хлине & \ тект {Струја тече само када је круг завршен, али разлике напона остати} \ крај {низ}
Као што табела показује, електрична струја и напон имају више разлика него сличности, али постоје и неке сличности. Највећа разлика између њих две је чињеница да у потпуности описују различите количине, па кад једном схватите основе онога што је свако, мало је вероватно да ћете их збунити са једним други.
Однос напона и струје
Разлика напона и електрична струја директно су пропорционалне једна другој у складу са Охмовим законом, једном од најважнијих једначина у физици електричних кола. Једначина односи напон (тј. Потенцијалну разлику коју ствара батерија или други извор напајања) на струју у колу и отпор протоку струје створен од компонената струјно коло.
Охмов закон каже:
В = ИР
ГдеВ.је напон,Јаје електрична струја иР.је отпор (мерено у охима, Ω). Из тог разлога, Охмов закон се понекад назива једначина напона, струје и отпора. Ако знате било које две величине у овој једначини, можете преуређивати једначину да бисте пронашли другу количина, што је чини корисном у решавању већине електроничких проблема с којима ћете се сусретати у физици класа.
Вреди напоменути да Охмов закон нијеувекважећи и као такав није „истински“ закон физике, већ корисна апроксимација за оно што се називаомскиматеријала. Линеарни однос који подразумева између струје и напона не важи за ствари као што је нит сијалица, где пораст температуре узрокује пораст отпора и тако утиче на линеарну однос. Међутим, у већини случајева (и сигурно већини физичких проблема који ће вас питати који укључују напон и електричну струју) може се користити без проблема.
Охмов закон за моћ
Охмов закон се првенствено користи за повезивање напона са струјом и отпором; међутим, постоји проширење закона које вам омогућава да користите исте количине за израчунавање електричне енергије која се расипа у колу, при чему снагаП.је брзина преноса енергије у ватима (где је 1 В = 1 Ј / с). Најједноставнији облик ове једначине је:
П = ИВ
Дакле, речима је снага једнака струји помноженој са напоном. Стога је ово кључно подручје у којем су разлика напона и електрична струја сличне: обоје деле директно пропорционалан однос са снагом која се расипа у колу. Ако не знате струју, можете да користите преуређивање Охмовог закона (И = В / Р) да бисте снагу изразили као:
\ почетак {поравнато} П & = \ фрац {В} {Р} × В \\ & = \ фрац {В ^ 2} {Р} \ крај {поравнато}
Или користећи стандардни облик Охмовог закона, можете заменити напон и написати:
П = И ^ 2Р
Преуређивањем ових једначина такође можете изразити напон, отпор или струју у смислу снаге и друге величине.
Кирцххофф-ови напонски и тренутни закони
Кирххофови закони су два друга најважнија закона за електричне кругове, а посебно су корисни када анализирате коло са више компонената.
Први Кирцххоффов закон понекад се назива и тренутни закон, јер наводи да је укупна струја улазак у спој једнак је струји која из њега тече - у суштини то наелектрисање јесте конзервирано.
Кирцххофф-ов други закон зове се закон напона и он каже да за било коју затворену петљу у колу зброј свих напона мора бити једнак нули. Према закону о напону, батерију третирате као позитиван напон, а падове напона на било којој компоненти третирате као негативни напон.
У комбинацији са Омовим законом, ова два закона могу се у основи решити било ког проблема на који ћете вероватно наићи у вези са електричним круговима.
Напон и струја: примери прорачуна
Замислите да имате коло које укључује 12-В батерију и два отпорника, повезана у серију, отпора од 30 Ω и 15 Ω. Укупни отпор за коло дат је збиром ова два отпора, па је 30 Ω + 15 Ω = 45 Ω. Имајте на уму да када су отпорници распоређени паралелно, однос укључује реципрочне везе, али ово није важно за разумевање односа између разлике напона и струје, тако да ће овај једноставан пример бити довољан за сада сврхе.
Колика је електрична струја која пролази кроз коло? Покушајте сами применити Охмов закон пре него што прочитате даље.
Следећи облик Охмовог закона:
И = \ фрац {В} {Р}
Омогућава вам да израчунате:
\ бегин {алигн} И & = \ фрац {12 \ тект {В}} {45 \ тект {Ω}} \\ & = 0.27 \ тект {А} \ енд {алигн}
Знајући сада струју кроз коло, колики је пад напона на отпорнику од 15 Ω? Омов закон у стандардном облику може се користити за решавање овог питања. Уметање вредностиЈа= 0,27 А иР.= 15 Ω даје:
\ почетак {поравнато} В & = ИР \\ & = 0,27 \ текст {А} × 15 \ текст {Ω} \\ & = 4,05 \ текст {В} \ крај {поравнато}
За потребе коришћења Кирцххофф-ових закона, ово ће бити негативни напон (тј. Пад напона). Као завршну вежбу, можете ли показати да ће укупан напон око затворене петље бити једнак нули? Имајте на уму да батерија има позитиван напон, а сви падови напона су негативни.