Vzorce pro sériové, paralelní zapojení

Dva nejdůležitější pojmy v jakémkoli obvodu jsou napětí a proud, které se měří v čase, protože jinak by jejich měření nemělo pro pochopení fungování obvodu žádný význam.

Stres — (U nebo méně často E) je rozdíl potenciálů mezi dvěma body nebo energie (práce) vynaložená na přesun kladného náboje z bodu s nízkým potenciálem do bodu s vysokým potenciálem. Měří se ve voltech.

1 V * 1000 = kilovolt

1V * 0.001 = milivolt

1V * 0.000001 = mikrovolt

Ток (I) je rychlost pohybu elektrického náboje v bodě, měřená v ampérech (A) a obvykle se nachází v rozsahu mikroampérů (10-6) nebo miliampérů (10-3), méně časté jsou nanoampéry (10-9) a pikoampéry (10-12).

Napětí se měří mezi dvěma body v obvodu a proud protéká bodem nebo prvkem v obvodu.

Často můžete slyšet lidi říkat napětí v relé nebo na triaku, tj. v určitém bodě obvodu. Teoreticky to není správné říkat, ale v praxi každý chápe, že se tím myslí napětí mezi prvkem a „zemí“ (bod v obvodu s potenciálem známým všem).

Fyzika je obecně věda o předpokladech, tj. u některých napětí a proudů se délka vodičů a jejich vzájemný vliv přehlíží jako nevýznamný, zatímco v našich ostatních příkladech se jedná o velmi důležitý prvek, který nelze ignorovat.

Proudy tekoucí do bodu se rovnají proudům z něj vytékajícím, což se nazývá Kirchhoffův zákon pro proudy. Z toho vyplývá, že v důsledně Proud ve všech bodech obvodu je stejný a v paralelním obvodu se skládá ze součtů proudů všech částí obvodu. Pro snazší pochopení si představme vodovodní systém a spočítejme, kolik kbelíků vody můžeme načerpat z napůl otevřeného kohoutku, předpokládejme, že nabereme kbelík za 5 minut, pokud po tomto kohoutku prodloužíme potrubí a otevřeme další kohoutek do poloviny, pak také nabereme kbelík za 5 minut, ale pokud dáme dva kohoutky paralelně a nabereme do dvou kbelíků, pak za 2.5 minuty budeme mít dvě poloviny nebo 1 celý kbelík.

na paralelní Pokud je připojovací napětí na všech prvcích stejné, nebo jak říká Kirchhoffův zákon pro napětí, součet úbytků napětí v uzavřeném obvodu se rovná 0.

Výkon je práce vykonaná za jednotku času. Výkon může být jak rozptýlený (vytápění), tak akumulovaný (baterie). Moderním příkladem rozptýleného výkonu je počítač, kde se část vynaložené energie přeměňuje na teplo, a pokud to pro notebook není zásadní a nevýznamné, pak pro moderní servery s webovými stránkami je odvod tepla neboli chladicí systém jedním z nejdůležitějších.

Mezi proudem a napětím vždy existuje vztah a existuje mnoho prvků obvodu, které mají určité charakteristiky související s tímto vztahem, například

-Rezistor (proud je přímo úměrný napětí)

-Kondenzátor (proud je úměrný rychlosti změny napětí)

-Dioda (Proud teče pouze jedním směrem)

-Termistoru (odpor závisí na teplotě)

– Tenzometr (odpor závisí na deformaci)

Jakékoli dráty nebo vodiče v obvodu mají odpor, ale při vývoji nebo návrhu inženýři volí takový průřez, aby pro proudy tohoto obvodu byl jejich odpor tak nevýznamný, že jej lze zanedbat. Takže pro rozsvícení LED, kde je proud 0.02 A a napětí 5 V, stačí velmi tenké vodiče a zároveň, pokud zvýšíte napětí na 220 voltů a proud na 20 ampérů, pak dráty takový proud jednoduše nevydrží a roztaví se, což pro obvod bude představovat značný odpor.

Odpor se měří v ohmech a nejčastěji se pohybuje od 1 ohmu do 20 MOhm (20 000 000 ohmů), rezistory se často nazývají odpor, ale odpor je charakteristikou rezistoru, takže není úplně správné to tak říkat, je to jako nazývat všechna auta diesely nebo Mercedesy. Druhým nejdůležitějším parametrem rezistoru je výkon, který dokáže rozptýlit, nejběžnější hodnota je ¼ wattu nebo 0.25 W, ale kromě toho mají rezistory i takové hodnoty jako

– Stabilita v čase

Rezistory se používají k převodu napětí na proud a naopak.

Pokud jsou rezistory zapojeny sériově, jejich odpor se rovná součtu a pokud jsou rezistory zapojeny paralelně, jejich celkový odpor je vždy menší než odpor kteréhokoli z rezistorů. Například pokud si vezmeme klasickou moskevskou dopravní zácpu, pak kapacita vozovky se skládá z hlavní části, krajnice a přilehlé dvorní plochy, pokud do dvora umístíme závoru a podél krajnice uděláme plot, pak se napětí řidičů v této oblasti zvýší, protože budou jezdit pomaleji.

Většina prvků obvodu má vstup a výstup, nejčastěji je na vstup přiváděno napětí a z výstupu ho také odebíráme. Například audio zesilovač přijímá na vstup malé napětí a na výstupu má napětí stejného tvaru, ale výrazně vyšší hodnoty. Dělič napětí hraje v mnoha obvodech významnou roli, ve skutečnosti se jedná o protizesilovač znázorněný na obrázku.

Nejjednodušší dělič napětí se skládá ze dvou rezistorů a jak víme, proud se rovná vstupnímu napětí dělenému celkovým odporem I = Uin./(R1+R2). Pokud nás zajímá výstupní napětí, pak vezmeme stejný proud, protože máme sériové zapojení a je stejný ve všech úsecích obvodu, a vydělíme ho odporem tohoto obvodu neboli R2,

Uvýstup = Uvstup R2 / (R1 + R2)

Dva klíčové pojmy, o kterých mluvíme, jsou napětí a proud, které mají své vlastní zdroje. Jednoduchým příkladem zdroje napětí je baterie, která poskytuje napětí 1.5 voltu, má vnitřní odpor 0.25 ohmu a energetickou rezervu přibližně 10 000 W*s. Během používání se tyto vlastnosti zhoršují a napětí klesá pod 1 volt a vnitřní odpor se zvyšuje na 2–3 ohmy.

Kromě zdroje napětí existuje také koncept zdroje proudu, což je v ideálních situacích „černá skříňka“ se dvěma svorkami, která mezi nimi udržuje konstantní proud bez ohledu na velikost odporu zátěže a napětí. Zdroj proudu preferuje zátěž ve formě uzavřeného obvodu, na rozdíl od zdroje napětí, který preferuje otevřený obvod.

Pokud máme mnoho zdrojů napětí a mnoho rezistorů, pak je lze podle teorie ekvivalence nahradit ekvivalentním zdrojem napětí a ekvivalentním rezistorem, viz obrázek

Ekvivalentní odpor nebo odpor zdroje nebo vnitřní odpor musí být vždy výrazně nižší než odpor zátěže, aby se neztrácel významný výkon a nebyly potřeba velké proudy.

Ukažme si tato zapojení na příkladu dvou rezistorů (obr. 1). Pamatujeme si, že propojovací vodiče nemají žádný odpor (jsou ideální).

Rýže. 1. Sériové zapojení vodičů

Podívejme se na pohyb elektronů podél ABC. Protože elektrony se nemohou „ztratit“ nebo „zůstat“ nikde uvnitř vodiče, když jsou prvky zapojeny do série, proud procházející každým z vodičů je stejný.

Z logického hlediska je třeba jeden elektron „přetáhnout“ mezi body AB a poté mezi body BC. „Přetažení“ ve skutečnosti znamená práci na přenosu náboje (elektrické pole to dělá za nás):

• kde
  • – práce s převodem náboje,
  • – převedený poplatek,
  • , jsou potenciály koncových a počátečních bodů přenosu náboje.

  Již dříve jsme představili koncept napětí:

  • kde
    • – napětí (rozdíl potenciálů) mezi body 2 a 1,
    • , jsou potenciály odpovídajících bodů.

    Poté pomocí (2) a obrázku 1 analyzujme napětí. Nechat:

    • – napětí (rozdíl potenciálů) mezi body C a A,
    • – napětí (rozdíl potenciálů) mezi body B a A,
    • – napětí (rozdíl potenciálů) mezi body C a B.

    Dosadíme (4) a (5) za (3):

    To znamená, že napětí v sériovém obvodu se rovná součtu napětí na každém z prvků.

    Rýže. 2. Sériové zapojení vodičů (celkový odpor)

    Část úkolů školní fyziky se týká hledání celkového odporu úseku obvodu logika takového hledání je: najít odpor, kterým lze obvod nahradit tak, aby parametry napětí a proudu zůstaly nezměněny (; Obr. 2). Nechte proud protékat obvodem, protože připojení je sériové, proud na každém z prvků je stejný, pak pomocí Ohmova zákona pro část obvodu:

    Dosadíme (7) – (9) za (6):

    Nebo zkráceno na:

    Zobecněním tohoto výrazu na libovolný počet sériově zapojených odporů získáme:

    • kde
      • – celkový (celkový) odpor obvodu prvků zapojených do série,
      • – součet sériově zapojených odporů.

      

      Rýže. 3. Paralelní připojení vodičů

      Proud přibližující se k bodu A () je rozdělen na dva proudy: proudící přes odpor a proudící přes odpor. V bodě B se oba tyto proudy sčítají k původnímu proudu (protože elektrony nelze „ztratit“), pak:

      Napětí na každém z prvků jsou stejná, protože odpor a jsou připojeny ke stejným bodům A a B a napětí je ve skutečnosti potenciální rozdíl mezi body.

      Rýže. 4. Paralelní připojení vodičů (celkový odpor)

      Hledejme celkový odpor takového spojení. Nechť potenciální rozdíl (napětí) mezi body A a B je . Pak na základě Ohmova zákona pro část obvodu:

      Dosadíme (12)-(14) za (11):

      Zobecněním tohoto výrazu na libovolný počet paralelně zapojených odporů získáme:

      • kde
        • – celkový (celkový) odpor obvodu paralelně zapojených prvků,
        • je reciproční součet paralelně zapojených odporů.

        Pro obvod se dvěma odpory:

        Závěr: v problémech, ve kterých je přítomen obvod, je nutné zvážit, které konkrétní zapojení je zvažováno, a poté použít vhodnou logiku uvažování:

        • pro sériové připojení
          • proud v každém prvku je konstantní,
          • napětí v celém obvodu je součtem napětí na každém z prvků,
          • Celkový odpor obvodu je součtem odporů každého prvku.
          • proud v celém obvodu je součtem proudů na každém prvku,
          • napětí na každém prvku je konstantní
          • zpětná hodnota impedance je rovna součtu zpětných odporů každého prvku.

          Поделиться ссылкой:

          • Kliknutím otevřete na Facebooku (Otevře se v novém okně) Facebook
          • Kliknutím sdílíte na Telegramu (Otevře se v novém okně) Telegram
          • Klikněte pro sdílení na WhatsAppu (Otevře se v novém okně) WhatsApp

          Přidat komentář Zrušit odpověď

          Chcete -li přidat komentář, musíte být přihlášeni.