Bir boru sisteminden yokuş aşağı akan suyu hayal edin. Sezginiz, suyun daha hızlı akmasını ve hangi faktörlerin daha yavaş akmasını sağlayacağını size söylemelidir. Tepe ne kadar yüksek olursa, akım o kadar hızlı olur ve borudaki engeller ne kadar fazlaysa, o kadar yavaş akar.
Bunların hepsi birpotansiyel enerji farkı tepenin üstü ile dibi arasında, çünkü su tepenin tepesinde yerçekimi potansiyel enerjisine sahiptir ve dibe ulaştığında hiç yoktur.
Bu elektrik için harika bir benzetmeVoltaj. Aynı şekilde, bir elektrik devresinde iki nokta arasında elektriksel potansiyel farkı olduğunda, devrenin bir kısmından diğerine elektrik akımı geçer.
Tıpkı su örneğinde olduğu gibi, iki nokta arasındaki (elektrik yükünün dağılımı ile oluşturulan) potansiyel enerji farkı, akımı oluşturan şeydir. Elbette fizikçilerin bundan daha kesin tanımları vardır ve Ohm yasası gibi denklemleri öğrenmek size voltajı daha iyi anlamanızı sağlar.
Gerilimin Tanımı
Voltaj, iki nokta arasındaki elektrik potansiyel enerji farkına verilen isimdir ve birim yük başına elektrik potansiyel enerjisi olarak tanımlanır. olmasına rağmen
elektrik potansiyelidaha doğru bir terimdir, elektrik potansiyelinin SI biriminin volt (V) olması, buna yaygın olarak şu şekilde atıfta bulunulduğu anlamına gelir: voltaj, özellikle insanlar bir pilin terminalleri veya bir pilin diğer parçaları arasındaki potansiyel farktan bahsettiğinde devre.Tanım matematiksel olarak şu şekilde yazılabilir:
V = \frac{E_{el}}{q}
NeredeVpotansiyel fark,Eel elektrik potansiyel enerjisidir (joule cinsinden) veqücrettir (coulomb cinsinden). Bundan, 1 V = 1 J/C'nin, yani bir voltun coulomb başına bir joule (yani birim şarj başına) olarak tanımlandığını görebilmeniz gerekir. Bazen, göreceksinEGerilim sembolü olarak kullanılır, çünkü aynı miktar için başka bir terim “elektromotor kuvvet” (EMF)'dir, ancak birçok kaynakVterimin günlük kullanımına uyması için.
Volt, adını ilk elektrik pilini ("voltaik pil" olarak adlandırılır) icat etmesiyle tanınan İtalyan fizikçi Alessandro Volta'dan alır.
Gerilim Denklemi
Bununla birlikte, yukarıdaki denklem voltaj için en yaygın kullanılan denklem değildir, çünkü çoğu terimi ile karşılaştığınızda bir elektrik devresini içerecektir ve bunun için en faydalı denklem buOhm yasası. Bu, devredeki akım akışıyla voltajı ve devrenin tellerinden ve bileşenlerinden gelen akım akışına olan direnci ilişkilendirir ve şu şekildedir:
V = IR
NeredeVvolt (V) cinsinden potansiyel farktır;benkısa (A) için bir amper veya amper birimi ile akım akışıdır; ve$ohm (Ω) cinsinden dirençtir. Bir bakışta, bu denklem size aynı direnç için daha yüksek voltajların daha yüksek akımlar ürettiğini söyler (yüksekliği artırmaya benzer şekilde). girişte tepe) ve aynı voltaj için, daha yüksek dirençler için akım akışı azaltılır (bağlantıdaki boruların tıkanmasına benzer şekilde) misal). Voltaj farkı yoksa akım akmaz.
Bir devrenin farklı bileşenleri farklı olacaktır.voltaj düşüşlerive onların ne olacağını bulmak için Ohm yasasını kullanabilirsiniz. Yine de Kirchhoff'un voltaj yasasına uygun olarak,bir devredeki herhangi bir tam döngü etrafındaki voltaj düşüşlerinin toplamı sıfıra eşit olmalıdır..
Bir Devrede Gerilim Nasıl Ölçülür
Bir elektrik devresindeki bir eleman üzerindeki voltaj, bir voltmetre veya bir multimetre ile ölçülebilir, ikincisi bir voltmetre ve aynı zamanda bir ampermetre gibi başka araçlar (akımı ölçmek için) içerir. İki nokta arasındaki voltaj düşüşünü belirlemek için voltmetreyi ölçülen elemana paralel bağlarsınız – asla seri bağlamayın!
Analog voltmetreler, bir manyetik alanda bir tel bobini içeren galvanometre ile yüksek ohmlu bir dirençle seri olarak bir galvanometre (küçük elektrik akımlarını ölçmek için bir cihaz) kullanarak çalışır. Telden bir akım geçtiğinde, mevcut tel ile etkileşime giren bir manyetik alan oluşturur. bobini döndürmek için manyetik alan, daha sonra işaretçiyi cihaz üzerinde hareket ettirerek Voltaj.
Bobinin dönüşü akımla orantılı olduğundan ve akım sırayla voltajla orantılı (Ohm yasasına göre), bobin ne kadar çok dönerse, aradaki voltaj o kadar büyük olur. iki nokta. Doğru akım yerine alternatif akımı ölçüyorsanız bu daha karmaşıktır, ancak farklı tasarımlar da bunu mümkün kılar.
Bir voltmetreyi paralel bağlamanız gerekir, çünkü paralel bağlı iki devre elemanı, aralarında aynı voltaja sahiptir. Bir voltmetrenin yüksek dirence sahip olması gerekir çünkü bu, ana devreden çok fazla akım çekmesini ve dolayısıyla sonuca müdahale etmesini önler. Artı, voltmetreler büyük akımlar çekmek için tasarlanmamıştır, bu nedenle bir tanesini seri olarak bağlarsanız, bir sigortayı kolayca kırabilir veya atabilir.
Gerilim Örnekleri
Elektrik potansiyeli ile çalışmayı öğrenmek, Ohm yasasını kullanmayı ve bir devredeki farklı elemanlar arasındaki voltaj düşüşlerini belirlemek için Kirchhoff'un voltaj yasasını uygulamayı öğrenmeyi içerir. Yapılacak en basit şey, Ohm yasasını tüm devreye uygulamaktır.
Bir devre 12 V pil ile çalışıyorsa ve toplam 70 ohm dirence sahipse, devreden geçen akım nedir?
Burada, elektrik akımı için bir ifade oluşturmak için Ohm yasasını yeniden düzenlemeniz yeterlidir. Kanun şöyle diyor:
V = IR
Yapmanız gereken tek şey her iki tarafı da bölmek$ve almak için ters çevirin:
ben=\frac{V}{R}
Değerlerin eklenmesi şunları sağlar:
\begin{hizalanmış} I&=\frac{1 \text{ V}}{70 \text{ Ω}} \\ &= 0.1714 \text{ A} \end{hizalı}
Yani akım 0,1714 A veya 171.4 miliamperdir (mA).
Ancak şimdi bu 70 Ω'luk direncin, 20 Ω, 10 Ω ve 40 Ω değerleriyle seri olarak üç farklı dirence bölündüğünü hayal edin. Her bir bileşendeki voltaj düşüşü nedir?
Yine, 0,1714 A'lık devre etrafındaki toplam elektrik akımını not ederek, sırayla her bir bileşene bakmak için Ohm yasasını kullanabilirsiniz. Sırayla üç direncin her biri için V = IR kullanarak:
İlk için:
\begin{hizalanmış} V_1 &= 0.1714 \text{ A} × 20 \text{ Ω} \\ &= 3.428 \text{ V} \end{hizalı}
İkinci:
\begin{hizalanmış} V_2 &= 0.1714 \text{ A} × 10 \text{ Ω} \\ &= 1.714 \text{ V} \end{hizalı}
Ve üçüncüsü:
\begin{hizalanmış} V_3 &= 0.1714 \text{ A} × 40 \text{ Ω} \\ &= 6.856\text{ V} \end{hizalı}
Kirchhoff'un voltaj yasasına göre, bu üç voltaj düşüşünün toplamı 12 V'a kadar çıkmalıdır:
\begin{hizalanmış} V_1 + V_2 + V_3 &= 3.428 \text{ V} + 1.714 \text{ V} + 6.856 \text{ V} \\ &= 11.998 \text{ V} \end{hizalı}
Bu, iki ondalık basamağa 12 V'a eşittir, hafif tutarsızlık yuvarlama hatalarından kaynaklanır.
Paralel Bileşenlerde Gerilim Düşüşleri
Yukarıdaki voltajın nasıl ölçüleceğine ilişkin tartışmada, bir devredeki paralel bileşenler arasındaki voltaj düşüşlerinin aynı olduğu not edildi. Bu şu şekilde açıklanır:Kapalı bir döngüdeki tüm voltajların (güç kaynağından gelen pozitif voltaj ve bileşenlerden gelen voltaj düşüşleri) toplamının sıfıra eşit olması gerektiğini belirten Kirchhoff'un voltaj yasası.
Birden fazla dalı olan bir paralel devre için, paralel dallardan herhangi birini ve pili içeren böyle bir döngü oluşturabilirsiniz. Her daldaki bileşenden bağımsız olarak, herhangi bir daldaki voltaj düşüşüzorunlubu nedenle pil tarafından sağlanan voltaja eşit olmalıdır (basitlik için diğer bileşenlerin seri olma olasılığını göz ardı ederek). Bu, tüm dallar için geçerlidir ve bu nedenle paralel bileşenler, aralarında her zaman eşit voltaj düşüşlerine sahip olacaktır.
Ampullerde Gerilim ve Güç
Ohm yasası, güçle ilgili olarak da genişletilebilir (P), saniyedeki joule cinsinden enerji arzı oranıdır (watt,W) ve P = IV olduğu ortaya çıktı.
Ampul gibi bir devre bileşeni için bu, dağıttığı gücün (yani ışığa dönüştüğü) üzerindeki voltaja bağlı olduğunu ve daha yüksek voltajların daha yüksek güç çıkışına yol açtığını gösterir. Bir önceki bölümdeki paralel bileşenlerin tartışmasına uygun olarak, paralel olarak düzenlenmiş birden fazla ampul, aynı ampullere göre daha parlak yanar. seri olarak, çünkü paralel bağlandığında her bir ampulün tam pil voltajı düşerken, yalnızca üçte biri bağlı olduklarında düşer. dizi.