Sisältö

• Askeleet
• vinkkejä

Yksinkertaisin tapa kuvitella sarjapiiri on ajatella elementtiketjua. Nämä elementit on järjestetty peräkkäin samalle linjalle. Siten on vain yksi tie, jonka elektronit ja varaukset voivat kulkea. Kun olet ymmärtänyt sarjayhteyteen liittyvät yksityiskohdat, voit oppia laskemaan kokonaisen sähkövirran.

Askeleet

Osa 1/4: Perusterminologian oppiminen

1. 

   Ymmärrä mikä on nykyistä. Sähkövirta on sähköisesti varautuneiden hiukkasten (kuten elektronien) määrätty virta tai matemaattisesti varausvirta yksikköaikaa kohti. Mutta mikä on varaus ja elektroni? Elektroni on negatiivisesti varautunut hiukkanen. Varaus on aineen fyysinen ominaisuus, jota käytetään määrittämään, onko se latautunut positiivisesti vai negatiivisesti. Kuten magneetit, houkuttelevat yhtä suuret signaalit ja vastakkaisten signaalien varaukset.
   • Käytämme esimerkkejä vedestä. H-molekyyli muodostaa vettä₂O (kaksi vetyatomia ja yksi happiatomi sidottu toisiinsa). Tiedämme, että happiatomi ja vetyatomit muodostuvat yhdessä muodostaen H-molekyylin₂.
   • Vesivirta koostuu miljoonista ja miljoonista näistä molekyyleistä. Voimme verrata veden virtaa sähkövirtaan; vesimolekyylit ovat ekvivalentteja elektronien kanssa ja vety- ja happiatomien sähkövaraus.

2. 

   
   
   Ymmärrä mikä on potentiaalinen ero. Potentiaaliero (jota kutsutaan myös sähköjännitteeksi) on "voima", joka aiheuttaa sähkövirran liikkumisen. Jotta voitaisiin havainnollistaa potentiaalieroa, ajatellaan paristoa: sen sisällä on sarja kemiallisia reaktioita, jotka johtavat elektronien taajaan positiivisessa navassa.
   • Jos yhdistämme akun positiivisen navan negatiiviseen napaan johtimen kautta, saamme elektronit liikkumaan yhdessä (tämä johtuu saman signaalin varausten heikentymisestä).
   • Sähkövarauksen säilyvyysperiaatteen vuoksi (hän ​​sanoo, että eristetyn järjestelmän sähkövarausten summan on oltava vakio), elektronit yrittävät tasapainottaa järjestelmän varauksia suurimman pitoisuuden pisteestä pienimmän pitoisuuden pisteeseen (eli akun positiivisesta navasta negatiiviseen napaan).
   • Tämä elektroniliike tuottaa potentiaalieron (tai yksinkertaisesti ddp).

3. 

   
   
   Ymmärrä mitä vastus on. Sähköinen vastus on vastus sähkövarausten virtaukselle.
   • Vastukset ovat piirin komponentteja, joilla on merkittävä vastus. Ne on järjestetty tiettyihin piirin osiin säätelemään varausten tai elektronien virtausta.
   • Jos piirissä ei ole vastuksia, elektronien liikettä ei voida hallita. Tässä tapauksessa laite voi vastaanottaa ylimääräisiä kuormituksia ja lopulta vaurioitua (tai ylikuumentua ylikuormituksen vuoksi).

Osa 2/4: Sarjapiirin kokonais sähkövirran laskeminen

1. 

   
   
   Laske kokonaisvastus. Ota muovinen olki ja juo vettä. Murskaa nyt jotkut osat oljesta ja juo uudelleen. Huomasitko mitään eroa? Nesteen tulisi tulla pienempi määrä. Jokainen oljen hammastettu osa toimii vastuksena; ne estävät veden kulun (mikä puolestaan ​​on sähkövirran rooli). Koska kolot ovat peräkkäin, sanomme, että ne ovat sarjassa. Tämän esimerkin perusteella voimme päätellä, että sarjayhdistyksen kokonaisvastus on yhtä suuri kuin:
   • R_{(kaikki yhteensä)} = R₁ + R₂ + R₃.

2. 

   Laske kokonaispotentiaalin ero. Useimmissa asioissa ddp: n kokonaisarvo ilmoitetaan lausunnossa; jos ongelma tarjoaa jokaiselle vastukselle yksittäiset ddp-arvot, voimme käyttää seuraavaa yhtälöä:
   • U_{(kaikki yhteensä)} = U₁ + U₂ + U₃.
   • Miksi tämä yhtälö? Tarkastellaan jälleen olkien analogiaa: minkä tapahtuu vaivaamisen jälkeen? Sinun on työnnettävä kovemmin, jotta vesi kulkee oljen läpi. Suorittamasi kokonaisvoima riippuu tarvittavien voimien summasta kussakin oljen rypistyneessä pisteessä.
   • Tarvittava "vahvuus" on potentiaaliero; se aiheuttaa veden virtauksen tai sähkövirran. Siksi voimme päätellä, että kokonaisddp lasketaan lisäämällä kunkin vastuksen yksittäiset ddps: t.

3. 

   Laske järjestelmän kokonaisvirta. Käyttämällä olkien analogiaa uudelleen: vaivaamisen jälkeen muuttuu veden määrä? Ei. Vaikka nesteen nopeus muuttuu, juoman veden määrä ei muutu. Jos tarkkailet vettä tulevan ja poistuvan oljen murskattuihin osiin, huomaat, että nämä kaksi määrää ovat samat; tämä johtuu nesteen virtauksen kiinteästä nopeudesta. Siksi voimme vakuuttaa, että:
   • minä₁ = Minä₂ = Minä₃ = Minä_{(kaikki yhteensä)}.

4. 

   Muista ensimmäinen laki Voi M. Esitettyjen yhtälöiden lisäksi voit käyttää myös lain yhtälöä Voi M: se kuvaa potentiaalieroa (ddp), kokonaisvirtaa ja piirin vastusta.
   • U_{(kaikki yhteensä)} = Minä_{(kaikki yhteensä)} x R_{(kaikki yhteensä)}.

5. 

   Ratkaise seuraava esimerkki. Kolme vastuksia, R₁ = 10, R₂ = 2 ja R₃ = 9Ω, liitetään sarjaan. Piiriin käytetty potentiaaliero on 2,5 V. Laske kokonaisen sähkövirran arvo. Aluksi lasketaan piirin kokonaisvastus:
   • R_{(kaikki yhteensä)} = 10Ω + 2Ω + 9Ω.
   • Siksi, R_{(kaikki yhteensä)}= 21Ω

6. 

   Sovelletaan Voi M sähkövirran kokonaisarvon määrittämiseksi:
   • U_{(kaikki yhteensä)} = Minä_{(kaikki yhteensä)} x R_{(kaikki yhteensä)}.
   • minä_{(kaikki yhteensä)} = U_{(kaikki yhteensä)}/ R_{(kaikki yhteensä)}.
   • minä_{(kaikki yhteensä)} = 2,5 V / 21Ω.
   • minä_{(kaikki yhteensä)} = 0,1190A.

Osa 3/4: Piirin kokonaisen sähkövirran laskeminen rinnakkain

1. 

   Ymmärrä, mikä rinnakkaispiiri on. Kuten nimestä voi päätellä, rinnakkaispiiri sisältää elementtejä, jotka on järjestetty rinnakkain. Tätä varten useita johtoja käytetään luomaan polkuja, joiden läpi sähkövirta voi kulkea.

2. 

   Laske kokonaispotentiaalin ero. Koska kaikki terminologiat on jo selitetty edellisessä osassa, siirrymme suoraan rinnakkaisissa piireissä käytettyjen yhtälöiden esittelyyn. Kuvittele esimerkkinä putki, jossa on kaksi haarukkaa (eri halkaisijat). Jotta vesi kulkee kahden putken läpi, onko jokaiselle niistä tarpeen kohdistaa erilaisia ​​voimia? Ei. Tarvitset vain tarpeeksi voimaa saadaksesi veden virtaamaan. Siksi ottaen huomioon, että vedellä on sähkövirran merkitys ja että voimalla on potentiaaliero, voimme sanoa, että:
   • U_{(kaikki yhteensä)} = U₁ = U₂ = U₃.

3. 

   Laske kokonainen sähkövastus. Oletetaan, että haluat säädellä kahden putken läpi kulkevaa vettä. Mikä olisi paras tapa tehdä tämä? Käytä vain yhtä sulkuventtiiliä jokaisessa haarukassa tai asenna useita venttiilejä peräkkäin? Toinen vaihtoehto olisi paras valinta. Vastuksissa analogia toimii samalla tavalla. Sarjaan kytketyt vastukset säätelevät sähkövirtaa paljon tehokkaammin kuin silloin, kun ne on kytketty rinnakkain. Yhtälöpiirin kokonaisvastuksen laskemiseen käytetty yhtälö on:
   • 1 / R_{(kaikki yhteensä)} = (1 / R₁) + (1 / R₂) + (1 / R₃).

4. 

   Laske kokonaisvirta. Palataan esimerkkiimme: polku, jonka läpi vesi kulkee, on jaettu. Sama koskee sähkövirtaa. Koska kuormia voi kulkea useita reittejä, sanotaan, että virta on jaettu. Eri polut eivät välttämättä vastaanota yhtä paljon kuormituksia. Tämä riippuu kunkin langan vastuksista ja materiaaleista. Siksi yhtälö kokonaisen sähkövirran laskemiseksi on kunkin reitin virtojen summa:
   • minä_{(kaikki yhteensä)} = Minä₁ + Minä₂ + Minä₃.
   • Emme voi käyttää tätä kaavaa ilman yksittäisiä sähkövirta-arvoja. Tässä tapauksessa voimme soveltaa myös ensimmäistä lakia Voi M.

Osa 4/4: Esimerkin ratkaiseminen rinnakkais- ja sarjapiireillä

1. 

   Ratkaise seuraava esimerkki. Piirin neljä vastusta on jaettu kahteen johtimeen yhdensuuntaisesti. Ensimmäinen merkkijono sisältää R₁ = 1 ja R₂ = 2Ω. Toinen johdin sisältää R: n₃ = 0,5 ja R₄ = 1,5Ω. Kunkin johtimen vastukset on kytketty sarjaan. Ensimmäiseen johtoon sovellettu potentiaaliero on 3 V. Laske sähkövirran kokonaisarvo.

2. 

   Aloita laskemalla kokonaisvastus. Koska kunkin johtimen vastukset on kytketty sarjaan, laskemme ensin johtimien kokonaisvastuksen.
   • R₍₁₊₂₎ = R₁ + R₂.
   • R₍₁₊₂₎ = 1Ω + 2Ω.
   • R₍₁₊₂₎ = 3Ω.
   • R₍₃₊₄₎ = R₃ + R₄.
   • R₍₃₊₄₎ = 0,5Ω + 1,5Ω.
   • R₍₃₊₄₎ = 2Ω.

3. 

   Korvaa yhtälössä yhtälön edellisen vaiheen arvot. Koska johdot on liitetty rinnakkain, käytämme nyt yhtälön edellisen kappaleen arvoja rinnakkaisille liitoksille.
   • (1 / R_{(kaikki yhteensä)}) = (1 / R₍₁₊₂₎) + (1 / R₍₃₊₄₎).
   • (1 / R_{(kaikki yhteensä)}) = (1/3Ω) + (1/2Ω).
   • (1 / R_{(kaikki yhteensä)}) = 5/6.
   • R_{(kaikki yhteensä)} = 1,2Ω.

4. 

   Laske kokonaispotentiaalin ero. Koska potentiaaliero on sama rinnakkaisessa assosiaatiossa, voidaan sanoa, että:
   • U_{(kaikki yhteensä)} = U₁ = 3 V.

5. 

   Sovelletaan Voi M. Käytä nyt lakia Voi M kokonaisen sähkövirran arvon määrittämiseksi.
   • U_{(kaikki yhteensä)} = Minä_{(kaikki yhteensä)} x R_{(kaikki yhteensä)}.
   • minä_{(kaikki yhteensä)} = U_{(kaikki yhteensä)}/ R_{(kaikki yhteensä)}.
   • minä_{(kaikki yhteensä)} = 3 V / 1,2Ω.
   • minä_{(kaikki yhteensä)} = 2,5 A.

vinkkejä

• Rinnakkaispiirin kokonaisvastuksen arvo on aina pienempi kuin kaikki muut vastukset yhdistyksessä.
• Tärkeät terminologiat:
  • Sähköpiiri: johtimien avulla kytketyt komponentit (vastukset, kondensaattorit ja induktorit), joiden läpi sähkövirta kulkee järjestyksessä.
  • Vastukset: komponentit, jotka voivat vähentää sähkövirran voimakkuutta.
  • Sähkövirta: tilattu sähkövarausten virtaus. S.I.-yksikkösi on ampeeri (THE).
  • Potentiaaliero (ddp): työ tuotettu sähkövarausyksikköä kohti. S.I.-yksikkösi on voltti (V).
  • Sähköinen vastus: sähkövirran kulun vastaisuuden mitta. S.I.-yksikkösi on Voi M (Ω).