Turinys

• Žingsniai
• Patarimai

Paprasčiausias būdas įsivaizduoti serijos grandinę yra galvoti apie elementų grandinę. Šie elementai išdėstomi iš eilės toje pačioje linijoje. Taigi yra tik vienas kelias, kurį gali nuvesti elektronai ir krūviai. Supratę nuosekliosios asociacijos detales, galite išmokti apskaičiuoti bendrą elektros srovę.

Žingsniai

1 iš 4 dalis: Pagrindinės terminijos mokymasis

1. 

   Suprask, kas yra dabartis. Elektros srovė yra užsakytas elektra įkrautų dalelių (tokių kaip elektronai) srautas arba, matematiškai, krūvių srautas per laiko vienetą. Bet kas yra krūvis ir elektronas? Elektronas yra neigiamai įkrauta dalelė. Mokestis yra fizinė materijos savybė, naudojama nustatyti, ar ji yra teigiamai, ar neigiamai. Kaip ir magnetai, traukiasi vienodų signalų krūviai ir priešingų signalų krūviai.
   • Pateiksime vandenį kaip pavyzdį. Vandenį formuoja H molekulė₂O (du vandenilio atomai ir vienas deguonies atomas sujungti kartu). Mes žinome, kad deguonies atomas ir vandenilio atomai sudaro H molekulę₂.
   • Vandens srovę sudaro milijonai ir milijonai šių molekulių. Galime palyginti vandens srovę su elektros srove; vandens molekulės yra lygiavertės elektronams, o elektrinis krūvis - vandenilio ir deguonies atomams.

2. 

   
   
   Supraskite, koks yra galimas skirtumas. Potencialų skirtumas (dar vadinamas elektrine įtampa) yra „jėga“, sukelianti elektros srovės judėjimą. Norėdami parodyti, koks yra potencialo skirtumas, pagalvokime apie akumuliatorių: jo viduje yra daugybė cheminių reakcijų, kurios lemia elektronų aglomeraciją jo teigiamame poliuje.
   • Jei per laidą mes sujungsime teigiamą akumuliatoriaus polių su neigiamu poliu, mes sukelsime elektronų judėjimą kartu (taip yra dėl to paties signalo krūvių atmetimo).
   • Dėl elektros krūvio išsaugojimo principo (jis sako, kad izoliuotos sistemos elektros krūvių suma turi būti pastovi), elektronai bandys subalansuoti krūvius sistemoje nuo didžiausios koncentracijos taško iki žemiausios koncentracijos taško (tai yra, nuo teigiamo poliaus iki neigiamo akumuliatoriaus poliaus).
   • Šis elektronų judėjimas sukuria potencialo skirtumą (arba tiesiog ddp).

3. 

   
   
   Suprask, kas yra pasipriešinimas. Elektrinė varža yra priešingybė elektros krūvių srautui.
   • Rezistoriai yra grandinės komponentai, turintys didelę varžą. Jie yra išdėstyti tam tikrose grandinės dalyse, kad būtų reguliuojamas krūvių ar elektronų srautas.
   • Jei grandinėje nėra rezistorių, nebus kontroliuojamas elektronų judėjimas. Tokiu atveju įranga gali būti perkrauta ir gali būti sugadinta (arba gali perkaisti dėl perkrovos).

2 iš 4 dalis: Bendrosios elektros grandinės elektros srovės apskaičiavimas

1. 

   
   
   Apskaičiuokite bendrą pasipriešinimą. Paimkite plastikinį šiaudelį ir gerkite šiek tiek vandens. Dabar susmulkinkite kai kurias šiaudų dalis ir vėl gerkite. Ar pastebėjote kokį nors skirtumą? Skystis turėtų būti mažesnis. Kiekviena įlenkta šiaudų dalis veikia kaip rezistorius; jie skirti blokuoti vandens praėjimą (o tai savo ruožtu atlieka elektros srovės vaidmenį). Kadangi įlenkimai yra iš eilės, sakome, kad jie yra vienas po kito. Remdamiesi šiuo pavyzdžiu galime daryti išvadą, kad bendras serijos asociacijos pasipriešinimas bus lygus:
   • R_{(iš viso)} = R₁ + R₂ + R₃.

2. 

   Apskaičiuokite bendro potencialo skirtumą. Daugeliu atvejų bendra DDP vertė nurodoma ataskaitoje; jei problema pateikia kiekvieno rezistoriaus individualias DDP vertes, galime naudoti šią lygtį:
   • U_{(iš viso)} = U₁ + U₂ + U₃.
   • Kodėl ši lygtis? Dar kartą apsvarstykime šiaudų analogiją: po to, kai minkysite, kas nutiks? Jums reikės stipriau stumti vandenį, kad jis praeitų pro šiaudus. Bendra jūsų pagaminta jėga priklauso nuo jėgų, reikalingų kiekviename šiaudų susmulkintame taške, sumos.
   • Reikiamo stiprumo yra potencialo skirtumas; tai sukelia vandens srautą ar elektros srovę. Todėl galime daryti išvadą, kad bendras DDp bus apskaičiuojamas sudėjus kiekvieno rezistoriaus atskirus DDP.

3. 

   Apskaičiuokite bendrą sistemos elektros srovę. Vėl naudojant šiaudų analogiją: po minkymo pasikeičia vandens kiekis? Ne. Nors skysčio greitis keičiasi, geriamo vandens kiekis nesikeičia. Jei stebėsite, kaip vanduo patenka ir išeina iš susmulkintų šiaudų dalių, pastebėsite, kad šie du kiekiai yra vienodi; tai yra dėl fiksuoto skysčio srauto greičio. Todėl galime patvirtinti, kad:
   • Aš₁ = Aš₂ = Aš₃ = Aš_{(iš viso)}.

4. 

   Prisiminkite pirmąjį įstatymą O M. Be pateiktų lygčių, galite naudoti ir dėsnio lygtį O M: jis susijęs su potencialo skirtumu (ddp), bendra srove ir grandinės varža.
   • U_{(iš viso)} = Aš_{(iš viso)} x R_{(iš viso)}.

5. 

   Išspręskite šį pavyzdį. Trys rezistoriai, R₁ = 10, R₂ = 2Ω ir R₃ = 9Ω, yra susieti su eilėmis. Grandinei taikomas potencialo skirtumas yra 2,5 V. Apskaičiuokite visos elektros srovės vertę. Norėdami pradėti, apskaičiuokime bendrą grandinės varžą:
   • R_{(iš viso)} = 10Ω + 2Ω + 9Ω.
   • Todėl, R_{(iš viso)}= 21Ω

6. 

   Taikykite O M nustatyti bendrą elektros srovės vertę:
   • U_{(iš viso)} = Aš_{(iš viso)} x R_{(iš viso)}.
   • Aš_{(iš viso)} = U_{(iš viso)}/ R_{(iš viso)}.
   • Aš_{(iš viso)} = 2,5 V / 21Ω.
   • Aš_{(iš viso)} = 0,1190A.

3 dalis iš 4: Lygiagrečiosios grandinės bendrosios elektros srovės apskaičiavimas

1. 

   Supraskite, kas yra lygiagreti grandinė. Kaip rodo pavadinimas, lygiagrečią grandinę sudaro elementai, išdėstyti lygiagrečiai. Tam keliai, per kuriuos gali judėti elektros srovė, naudojami keli laidai.

2. 

   Apskaičiuokite bendro potencialo skirtumą. Kadangi visos terminijos jau buvo paaiškintos ankstesniame skyriuje, mes einame tiesiai į lygiagretėse grandinėse taikomų lygčių demonstravimą. Norėdami iliustruoti, įsivaizduokite vamzdį su dviem šakėmis (skirtingo skersmens). Ar vanduo turės praeiti pro du vamzdžius, ar reikės kiekvienam iš jų pritaikyti skirtingas jėgas? Ne. Jums reikės tik tiek jėgų, kad vanduo tekėtų. Todėl manydami, kad vanduo vaidina elektros srovės vaidmenį, o jėga vaidina potencialo skirtumą, galime pasakyti, kad:
   • U_{(iš viso)} = U₁ = U₂ = U₃.

3. 

   Apskaičiuokite bendrą elektrinę varžą. Tarkime, kad norite reguliuoti vandenį, kuris praeina per du vamzdžius. Koks būtų geriausias būdas tai padaryti? Naudokite tik vieną uždaromąjį vožtuvą kiekvienoje šakėje arba sumontuokite kelis vožtuvus iš eilės? Antrasis variantas būtų geriausias pasirinkimas. Atsparumui analogija veikia taip pat. Rezistoriai, sujungti nuosekliai, elektros srovę reguliuoja daug efektyviau nei tada, kai jie yra sujungti lygiagrečiai. Lygtis, naudojama apskaičiuojant bendrą pasipriešinimą lygiagrečioje grandinėje:
   • 1 / R_{(iš viso)} = (1 / R₁) + (1 / R₂) + (1 / R₃).

4. 

   Apskaičiuokite bendrą elektros srovę. Grįžtant prie mūsų pavyzdžio: kelias, kuriuo eina vanduo, yra padalintas. Tas pats pasakytina ir apie elektros srovę. Kadangi kroviniai gali važiuoti keliais keliais, sakome, kad srovė yra padalinta. Skirtingi keliai nebūtinai priims tą patį kiekį krovinių. Tai priklauso nuo kiekvienos vielos atsparumo ir medžiagų. Todėl visos elektros srovės apskaičiavimo lygtis bus kiekvieno kelio srovių suma:
   • Aš_{(iš viso)} = Aš₁ + Aš₂ + Aš₃.
   • Negalime naudoti šios formulės be individualių elektros srovės verčių. Šiuo atveju galime pritaikyti ir pirmąjį O M.

4 iš 4 dalis: Lygiagrečių ir nuoseklių grandinių pavyzdžio sprendimas

1. 

   Išspręskite šį pavyzdį. Keturi grandinės rezistoriai yra padalinti į du laidus lygiagrečiai. Pirmojoje eilutėje yra R₁ = 1Ω ir R₂ = 2Ω. Antroje laidoje yra R₃ = 0,5Ω ir R₄ = 1,5Ω. Kiekvieno laido rezistoriai yra susieti iš eilės. Pirmajam laidui taikomas potencialų skirtumas yra 3 V. Apskaičiuokite bendrą elektros srovės vertę.

2. 

   Pradėkite apskaičiuoti bendrą pasipriešinimą. Kadangi kiekvieno laido varžai yra sujungti nuosekliai, pirmiausia apskaičiuojame bendrą kiekvieno laido varžą.
   • 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. 

   Lygiagrečių asociacijų reikšmes pakeiskite iš ankstesnio lygties žingsnio. Kadangi laidai yra susieti lygiagrečiai, dabar lygiagrečioms jungtims naudojame ankstesnio lygties elemento reikšmes.
   • (1 / R_{(iš viso)}) = (1 / R₍₁₊₂₎) + (1 / R₍₃₊₄₎).
   • (1 / R_{(iš viso)}) = (1/3Ω) + (1/2Ω).
   • (1 / R_{(iš viso)}) = 5/6.
   • R_{(iš viso)} = 1,2Ω.

4. 

   Apskaičiuokite bendro potencialo skirtumą. Kadangi galimas skirtumas lygiagrečioje asociacijoje yra tas pats, galime pasakyti:
   • U_{(iš viso)} = U₁ = 3 V.

5. 

   Taikykite O M. Dabar naudokitės O M bendrosios elektros srovės vertei nustatyti.
   • U_{(iš viso)} = Aš_{(iš viso)} x R_{(iš viso)}.
   • Aš_{(iš viso)} = U_{(iš viso)}/ R_{(iš viso)}.
   • Aš_{(iš viso)} = 3V / 1,2Ω.
   • Aš_{(iš viso)} = 2,5 A.

Patarimai

• Bendros lygiagrečiosios grandinės varžos vertė visada yra mažesnė už visi kiti asociacijos rezistoriai.
• Svarbi terminija:
  • Elektros grandinė: komponentų (rezistorių, kondensatorių ir induktorių), sujungtų laidais, rinkinys, per kurį eilės tvarka eina elektros srovė.
  • Rezistoriai: komponentai, galintys sumažinti elektros srovės stiprį.
  • Elektros srovė: užsakytas elektros krūvių srautas. Jūsų S. I. vienetas yra amperas (THE).
  • Potencialo skirtumas (ddp): darbas, pagamintas vienam elektros krūvio vienetui. Jūsų S. I. vienetas yra voltų (V).
  • Elektrinė varža: pasipriešinimo elektros srovei pralaidumas. Jūsų S. I. vienetas yra O M (Ω).