Hur man beräknar ett spänningsfall över motstånd

En enkel elektrisk krets innehåller en källa till Spänning (en strömförsörjning, till exempel ett batteri, en generator eller elnätet som kommer in i din byggnad), en tråd att bära nuvarande i form av elektroner och en elektrisk källa motstånd. I själva verket är sådana kretsar sällan enkla och inkluderar ett antal förgrenings- och återföreningspunkter.

• Spänning (V) mäts i volt (symbolen är också V); ström (I) mäts i ampere eller "ampere" (A); och motstånd (R) mäts i ohm (Ω).

Längs grenarna, och ibland längs kretsens huvudstam, placeras föremål som hushållsapparater (lampor, kylskåp, TV-apparater), var och en drar ström för att hålla sig igång. Men vad händer exakt med spänningen och strömmen inom en given elektrisk kretsuppsättning ur fysiksynpunkt när varje motstånd påträffas och spänningen "sjunker"?

Ohms lag anger att strömflödet är spänning dividerat med motstånd. Detta kan gälla en krets som helhet, en isolerad uppsättning grenar eller ett enda motstånd, som du ser. Den vanligaste formen av denna lag är skriven:

Kretsar kan ordnas på två grundläggande sätt.

Seriekrets: Här strömmar strömmen helt längs en väg, genom en enda tråd. Oavsett vilket motstånd ström möter längs vägen lägger du helt enkelt till för att ge kretsens totala motstånd som helhet:

R_S = R₁ + R₂ +... + R_N (seriekrets)

Parallell krets: I det här fallet förgrenas en primärtråd (visas som rät vinkel) till två eller flera andra ledningar, var och en med sitt eget motstånd. I det här fallet ges det totala motståndet av:

1 / R_P = 1 / R₁ + 1 / R₂ +... + 1 / R_N (parallell krets)

Om du utforskar denna ekvation upptäcker du att genom att lägga till motstånd av samma storlek minskar du kretsens motstånd som helhet. (Att välja 1 ohm, eller 1 Ω, underlättar matematiken.) Enligt Ohms lag ökar detta faktiskt strömmen!

Om detta verkar kontraintuitivt, tänk dig flödet av bilar på en upptagen motorväg som betjänas av en enda vägtull säkerhetskopierar trafiken en mil, och föreställ dig sedan samma scenario med ytterligare fyra vägtullar identiska med först. Detta kommer helt klart att öka flödet av bilar trots att tekniskt ger motstånd.

Om du vill hitta spänningsfall över enskilda motstånd i en serie, går du enligt följande:

1. Beräkna det totala motståndet genom att lägga till de enskilda R-värdena.
2. Beräkna strömmen i kretsen, vilken är densamma över varje motstånd eftersom det bara finns en ledning i kretsen.
   
3. Beräkna spänningsfallet över varje motstånd med hjälp av Ohms lag.

Exempel: En 24-V strömkälla och tre motstånd är anslutna i serie med R₁= 4 Ω, R₂= 2 Ω och R₃ = 6 Ω. Vad är spänningsfallet över varje motstånd?
Beräkna först totalt motstånd: 4 + 2 + 6 = 12 Ω

Beräkna sedan strömmen: 24 V / 12 Ω = 2 A.

Använd nu strömmen för att beräkna spänningsfallet över varje motstånd. Med användning av V = IR för var och en av värdena för R₁, R₂ och R₃ är 8 V, 4 V och 12 V.

Exempel: En 24-V strömkälla och tre motstånd är anslutna parallellt med R₁= 4 Ω, R₂= 2 Ω och R₃ = 6 Ω, som tidigare. Vad är spänningsfallet över varje motstånd?

I det här fallet är historien enklare: Oavsett motståndsvärdet är spänningsfallet över varje motstånd detsamma, vilket gör strömmen till den variabel som skiljer sig över motstånden i detta fall. Detta innebär att spänningsfallet över var och en bara är kretsens totala spänning dividerat med antalet motstånd i kretsen, eller 24 V / 3 = 8 V.

Se resurserna för ett exempel på en instans där du kan använda ett automatiskt verktyg för att beräkna spänningsfallet i ett slags kretsarrangemang som kallas en spänningsdelare.