Obsah

• kroky
• Tipy

Najjednoduchší spôsob, ako si predstaviť sériový obvod, je vymyslieť reťaz prvkov. Tieto prvky sú usporiadané za sebou na tej istej línii. Existuje teda iba jedna cesta, ktorou môžu elektróny a náboje viesť. Po pochopení detailov zapojených do sériovej asociácie sa môžete naučiť, ako vypočítať celkový elektrický prúd.

kroky

Časť 1 zo 4: Výučba základnej terminológie

1. 

   Pochopte, čo je aktuálne. Elektrický prúd je usporiadaný tok elektricky nabitých častíc (ako sú elektróny) alebo matematicky tok nábojov za jednotku času. Čo je to poplatok a elektrón? Elektrón je záporne nabitá častica. Poplatok je fyzická vlastnosť látky používaná na identifikáciu, či je nabitá pozitívne alebo negatívne. Rovnako ako magnety, aj náboje rovnakých signálov sa odpudzujú a náboje opačných signálov sú priťahované.
   • Ako príklad použite vodu. Voda je tvorená molekulou H₂O (dva atómy vodíka a jeden atóm kyslíka viazané spolu). Vieme, že atóm kyslíka a atómy vodíka sa spoja a tvoria molekulu H.₂EÚ.
   • Prúd vody je tvorený miliónmi a miliónmi týchto molekúl. Môžeme porovnať prúd vody s elektrickým prúdom; molekuly vody sú ekvivalentné elektrónom a elektrický náboj atómom vodíka a kyslíka.

2. 

   
   
   Pochopte, aký je potenciálny rozdiel. Potenciálny rozdiel (nazývaný aj elektrické napätie) je „sila“, ktorá spôsobuje pohyb elektrického prúdu. Na ilustráciu toho, aký je potenciálny rozdiel, uvažujme o batérii: vo vnútri je rad chemických reakcií, ktoré vedú k pozitívnemu pólu elektrónovej aglomerácie.
   • Ak pripojíme kladný pól batérie k zápornému pólu vodičom, spôsobíme pohyb elektrónov k sebe (je to kvôli odpudzovaniu nábojov toho istého signálu).
   • Kvôli princípu zachovania elektrického náboja (hovorí, že súčet elektrických nábojov v izolovanom systéme musí byť konštantný) sa elektróny pokúsia vyrovnať náboje v systéme od bodu najvyššej koncentrácie do bodu najnižšej koncentrácie (tj. z kladného pólu na záporný pól batérie).
   • Tento pohyb elektrónov vytvára potenciálny rozdiel (alebo jednoducho ddp).

3. 

   
   
   Pochopte, čo je odpor. Elektrický odpor je opozíciou proti toku elektrických nábojov.
   • Odpory sú súčasti obvodu, ktoré majú významný odpor. Sú usporiadané v určitých častiach obvodu na reguláciu toku nábojov alebo elektrónov.
   • Ak v obvode nie sú žiadne odpory, nebude existovať žiadna kontrola pohybu elektrónov. V takom prípade môže byť zariadenie vystavené nadmernému zaťaženiu a môže dôjsť k poškodeniu (alebo prehriatiu v dôsledku preťaženia).

Časť 2 zo 4: Výpočet celkového elektrického prúdu sériového obvodu

1. 

   
   
   Vypočítajte celkový odpor. Vezmite plastovú slamu a vypite trochu vody. Teraz rozdrvte niektoré časti slamy a znova vypite. Všimli ste si nejakého rozdielu? Kvapalina by mala byť v menšom množstve. Každá preťatá časť slamy pôsobí ako odpor; slúžia na blokovanie priechodu vody (ktorá zase hrá úlohu elektrického prúdu). Pretože sú zárezy v postupnosti, hovoríme, že sú v sérii. Na základe tohto príkladu môžeme dospieť k záveru, že celkový odpor sériového združenia sa bude rovnať:
   • R_(Celkom) = R₁ + R₂ + R₃.

2. 

   Vypočítajte rozdiel v celkovom potenciáli. Vo väčšine záležitostí sa vo výkaze uvedie celková hodnota ddp; ak problém poskytuje individuálne hodnoty ddp pre každý rezistor, môžeme použiť nasledujúcu rovnicu:
   • U_(Celkom) = U₁ + U₂ + U₃.
   • Prečo táto rovnica? Pozrime sa znova na analógiu slamy: čo sa stane po hnetení? Budete musieť tvrdšie tlačiť, aby voda prešla slamou. Celková sila, ktorú urobíte, závisí od súčtu síl potrebných v každom pokrčenom bode na slame.
   • Potrebná „sila“ je potenciálny rozdiel; spôsobuje tok vody alebo elektrického prúdu. Preto môžeme dospieť k záveru, že celkový ddp sa vypočíta spočítaním jednotlivých ddps každého rezistora.

3. 

   Vypočítajte celkový elektrický prúd systému. Opätovné použitie analógie slamy: zmení sa po hnetení množstvo vody? Nie. Aj keď sa rýchlosť kvapaliny mení, množstvo vody, ktorú pijete, sa nemení. Ak sledujete, ako voda vstupuje a opúšťa drvené časti slamy, všimnete si, že tieto dve množstvá sú rovnaké; je to kvôli pevnej rýchlosti toku kvapaliny. Preto môžeme potvrdiť, že:
   • ja₁ = I₂ = I₃ = I_(Celkom).

4. 

   Pamätajte na prvý zákon Oh M. Okrem uvedených rovníc môžete použiť rovnicu podľa zákona Oh M: týka sa rozdielu potenciálu (ddp), celkového prúdu a odporu obvodu.
   • U_(Celkom) = I_(Celkom) x R_(Celkom).

5. 

   Vyriešte nasledujúci príklad. Tri odpory, R₁ = 10Ω, R₂ = 2Ω a R₃ = 9Ω, sú spojené do série. Potenciálny rozdiel aplikovaný na obvod je 2,5V. Vypočítajte hodnotu celkového elektrického prúdu. Na začiatok vypočítajme celkový odpor obvodu:
   • R_(Celkom) = 10Ω + 2Ω + 9Ω.
   • Z tohto dôvodu R_(Celkom)= 21Ω

6. 

   Uplatnite zákon z Oh M na zistenie hodnoty celkového elektrického prúdu:
   • U_(Celkom) = I_(Celkom) x R_(Celkom).
   • ja_(Celkom) = U_(Celkom)/ R_(Celkom).
   • ja_(Celkom) = 2,5 V / 21Ω.
   • ja_(Celkom) = 0,190A.

Časť 3 zo 4: Výpočet celkového elektrického prúdu obvodu paralelne

1. 

   Pochopte, čo je to paralelný obvod. Ako už názov napovedá, paralelný obvod obsahuje prvky usporiadané paralelne. Na tento účel sa používa viac drôtov na vytváranie ciest, ktorými môže elektrický prúd prechádzať.

2. 

   Vypočítajte rozdiel v celkovom potenciáli. Pretože všetky terminológie už boli vysvetlené v predchádzajúcej časti, ideme priamo k demonštrácii rovníc použitých v paralelných obvodoch. Na ilustráciu si predstavte rúrku s dvoma vidlicami (s rôznymi priemermi). Aby voda prešla dvoma rúrkami, bude potrebné na každú z nich vyvinúť rôzne sily? Potrebujete iba dostatočnú silu na to, aby sa voda pretekala. Preto, vzhľadom na to, že voda hrá úlohu elektrického prúdu a že sila hrá úlohu potenciálneho rozdielu, môžeme povedať, že:
   • U_(Celkom) = U₁ = U₂ = U₃.

3. 

   Vypočítajte celkový elektrický odpor. Predpokladajme, že chcete regulovať vodu, ktorá prechádza dvoma rúrkami. Aký by bol najlepší spôsob, ako to dosiahnuť? Na každú vidlicu používajte iba jeden uzatvárací ventil alebo postupne inštalujte viac ventilov? Druhá možnosť by bola tou najlepšou voľbou. Pre odpory funguje analógia rovnakým spôsobom. Rezistory zapojené do série regulujú elektrický prúd oveľa efektívnejšie ako pri paralelnom zapojení. Rovnica použitá na výpočet celkového odporu v paralelnom obvode je:
   • 1 / R_(Celkom) = (1 / R₁) + (1 / R₂) + (1 / R₃).

4. 

   Vypočítajte celkový elektrický prúd. Vráťme sa k nášmu príkladu: cesta, ktorou prechádza voda, je rozdelená. To isté platí pre elektrický prúd. Pretože existuje viac ciest, ktorými môžu zaťaženia cestovať, hovoríme, že prúd je rozdelený. Rôzne cesty nemusia nevyhnutne prijímať rovnaké množstvo záťaže. Závisí to od odporov a materiálov každého vodiča. Preto bude rovnica na výpočet celkového elektrického prúdu súčtom prúdov pre každú cestu:
   • ja_(Celkom) = I₁ + I₂ + I₃.
   • Tento vzorec nemôžeme použiť bez individuálnych hodnôt elektrického prúdu. V tomto prípade môžeme uplatniť aj prvý zákon z roku 2006 Oh M.

Časť 4 zo 4: Riešenie príkladu s paralelnými a sériovými obvodmi

1. 

   Vyriešte nasledujúci príklad. Štyri rezistory v obvode sú paralelne rozdelené na dva vodiče. Prvý reťazec obsahuje R₁ = 1Ω a R₂ = 2Ω. Druhý drôt obsahuje R₃ = 0,5 Q a R₄ = 1,5 ohm. Odpory každého vodiča sú spojené do série. Potenciálny rozdiel aplikovaný na prvý vodič je 3V. Vypočítajte celkovú hodnotu elektrického prúdu.

2. 

   Začnite vypočítaním celkového odporu. Pretože odpory na každom vodiči sú zapojené do série, najprv vypočítame celkový odpor na každom vodiči.
   • 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. 

   Nahraďte hodnoty z predchádzajúceho kroku v rovnici pre paralelné priradenia. Pretože vodiče sú priradené paralelne, použijeme hodnoty z predchádzajúcej položky v rovnici pre paralelné spojenia.
   • (1 / R_(Celkom)) = (1 / R₍₁₊₂₎) + (1 / R₍₃₊₄₎).
   • (1 / R_(Celkom)) = (1/3Ω) + (1/2Ω).
   • (1 / R_(Celkom)) = 5/6.
   • R_(Celkom) = 1,2Ω.

4. 

   Vypočítajte rozdiel v celkovom potenciáli. Keďže potenciálny rozdiel je v paralelnom spojení rovnaký, môžeme povedať, že:
   • U_(Celkom) = U₁ = 3V.

5. 

   Uplatnite zákon z Oh M. Teraz použite zákon Oh M na určenie hodnoty celkového elektrického prúdu.
   • U_(Celkom) = I_(Celkom) x R_(Celkom).
   • ja_(Celkom) = U_(Celkom)/ R_(Celkom).
   • ja_(Celkom) = 3V / 1,2 ohm.
   • ja_(Celkom) = 2,5 A.

Tipy

• Hodnota celkového odporu paralelného obvodu je vždy menšia ako hodnota odporu všetko ostatné rezistory v asociácii.
• Dôležité terminológie:
  • Elektrický obvod: súprava komponentov (odporov, kondenzátorov a induktorov) spojených vodičmi, ktorými prechádza elektrický prúd v poriadku.
  • Odpory: komponenty, ktoré môžu znížiť intenzitu elektrického prúdu.
  • Elektrický prúd: usporiadaný tok elektrických nábojov. Vaša jednotka S.I. je ampér (THE).
  • Potenciálny rozdiel (ddp): práca vyrobená na jednotku elektrického náboja. Vaša jednotka S.I. je volt (V).
  • Elektrický odpor: miera odporu proti priechodu elektrického prúdu. Vaša jednotka S.I. je Oh M (Ω).