na 2024/06/7 399

Primjena ohmovog zakona u serijskim krugovima

Električni krugovi, bilo jednostavni ili složeni, regulirani su temeljnim zakonima koji predviđaju njihovo ponašanje u različitim uvjetima.Serijski krug, karakteriziran jednim kontinuiranim putem kroz koji struja teče, daje jasan primjer ovih načela u akciji.Za učinkovito i sigurno razvijanje, procjenu i uklanjanje pogrešaka električnih sustava, potrebno je shvatiti kako se struja ponaša u takvom krugu, članak se kopa u složenost serijskih krugova, naglašavajući ujednačenost strujnog toka, primjenu ohmovog zakona iRaspodjela otpora.Kroz praktične primjere i detaljne proračune ispituje operativnu dinamiku serijskih krugova, istražujući i konfiguracije pojedinačnih i višestrukih otpornika i proširuje ove koncepte na analizu paralelnih krugova.Istraživanje započinje razumijevanjem prirode struje u serijskom krugu, uspoređenih s mramorom koji se kreću jednoliko kroz cijev, a proširuje se na sveobuhvatne primjene zakona OHM -a u određivanju ponašanja u krugu.Ovo utemeljeno razumijevanje ublažava put daljnjim raspravama o složenijim konfiguracijama i njihovim implikacijama u stvarnim električnim primjenama.

Katalog

Slika 1: Serijski krug

Trenutna dinamika u krugovima serije

U serijskom krugu električna struja teče jednim, kontinuiranim putem, osiguravajući da ista struja prolazi kroz svaku komponentu.Slično tome, voda koja teče kroz neograničeno crijevo održava jednoličnu brzinu.To ilustrira zašto svaka komponenta u serijskom krugu doživljava istu struju.

Da biste učinkovito analizirali i predvidjeli kako se serijski krug ponaša u različitim uvjetima, dominantno je koristiti Ohmov zakon.Ovaj zakon objašnjava vezu između napona, struje, otpora i snage u krugu.Prilikom primjene OHM -ovog zakona morate izmjeriti napon, struju i otpor između iste dvije točke.To osigurava da su vaši proračuni padova napona i protoka struje točni i odražavaju stvarne uvjete u krugu.

Slika 2: Ohmov zakon u krugu

Primjena zakona ohma u krugovima s jednim otpornikom

Pri ispitivanju osnovnog kruga serije koji uključuje jedan otpornik i bateriju, potrebno je razumjeti kako su komponente povezane.Točke u krugu koje su povezane vodičima s minimalnim otporom smatraju se električno identičnim.Na primjer, u krugu s 9V baterijom i otpornikom, točke 1 i 4 označavaju terminale baterije i otpornika.Napon preko otpornika, između točaka 2 i 3, iznosi 9V.Ova postavka pokazuje Kirchhoffov zakon o naponu, koji kaže da zbroj svih napona oko bilo koje petlje zatvorenog kruga mora biti jednak nuli.

Korištenje Ohmovog zakona, zastupljen jednadžbom lako možemo izračunati protok struje kroz otpornik.Ovdje,Ja je struja, Vje napon i R je otpor.Da bismo to primijenili u našem primjeru, razmotrimo napon preko otpornika (točke 2 i 3) i vrijednost otpora.

Primjer izračuna

Pretpostavimo da je vrijednost otpornika 3 kΩ.Struja koja teče kroz otpornik izračunava se na sljedeći način:

Ovaj izračun daje izravnu mjeru struje na temelju poznatih vrijednosti napona i otpora.Omogućuje inženjerima da precizno identificiraju i rješavaju probleme povezane s kapi napona i strujne raspodjele unutar kruga.Primjena zakona OHM-a na ovaj način povećava pouzdanost i učinkovitost dijagnostike i održavanja električnog sustava, osiguravajući točno i učinkovito rješavanje problema.

Ohmov zakon u akciji: serijski krugovi s više otpornika

Kada se bavite serijskim krugovima koji uključuju više otpornika, primjena OHM -ovog zakona zahtijeva detaljniji pristup zbog načina na koji se napon distribuira na svakom otporniku.Ukupni napon od baterije (npr. 9V između točaka 1 i 4) ostaje konstantan, ali pad napona preko svakog otpornika varira ovisno o njihovim otporima.To je zato što je ukupni napon podijeljen među otpornicima proporcionalno njihovim vrijednostima otpora.

Izračunavanje ukupnog otpora

Prvo, izračunajte ukupni otpor kruga zbrajanjem vrijednosti otpora svih otpornika u nizu.Na primjer, ako imate tri otpornika R1,, R2, i R3, ukupni otpor r_ukupno je dao:R_ukupno= =R1+ +R2+R3

Određivanje ukupne struje

Nakon što je poznat ukupni otpor, upotrijebite OHM -ov zakon da biste pronašli cjelokupnu struju koja teče kroz krug:

Primjer izračuna

Pretpostavimo da je R1 2kΩ, R2 je 3kΩ, a R3 5kΩ.Ukupni otpor r_ukupno bio bi:

Koristeći 9V bateriju, ukupna struja III je:

U serijskom krugu ista struja prolazi kroz sve komponente.Da biste pronašli pad napona preko svakog otpornika, primijenite Ohmov zakonV= =IR.

Ovi proračuni pružaju jasno razumijevanje načina raspodjele napona i strujanja struje u krugu.Ovo je znanje potrebno za rješavanje problema i optimizaciju performansi kruga.Metodički analizom kapi napona i struje, možete poboljšati praktičnu primjenu zakona OHM -a u složenijim scenarijima kruga serije, osiguravajući precizan i učinkovit dizajn i održavanje kruga.

Pojednostavljivanje više otpornika u jedan ekvivalent

U serijskim krugovima izračunavanje ukupnog otpora je jednostavno.To uključuje zbrajanje otpora svih otpornika koji su povezani kraj do kraja.Ova tehnika pojednostavljuje složenost električnih krugova, omogućavajući im da budu predstavljeni kao jedan ekvivalentni otpornik.Ovaj pojednostavljeni model olakšava analizu i razumijevanje ponašanja kruga. Upozorite serijski krug s tri otpornika: 3 kΩ, 10 kΩ i 5 kΩ.Da biste pronašli ukupni otpor, jednostavno dodajte ove vrijednosti:

Ovaj modeli ukupnog otpora od 18 kΩ kombinirano protivljenje strujnom protoku koji su predstavila tri otpornika.

Ekvivalentnost ove postavke krugu s jednim otpornikom od 18 kΩ pojednostavljuje i teorijske proračune i praktične primjene.Na primjer, prilikom dizajniranja kruga ili provođenja dijagnostike, inženjeri i tehničari mogu brzo procijeniti pad napona, protok struje i rasipanje snage pomoću ovog pojednostavljenog modela.Ovaj pristup povećava učinkovitost analize kruga i rješavanje problema.

Slika 3: Ukupni otpor u serijskim krugovima

Zamišljajući potpuni otpor u serijskim krugovima

Izračunavanje ukupnog otpora u serijskom krugu potrebno je razumjeti ukupna električna svojstva kruga, kao što su protok struje i raspodjela snage.U serijskom krugu, svaki otpornik dodaje ukupni otpor, utječući na to koliko struja lako može teći.Ovo nakupljanje otpora povećava ukupnu impedanciju kruga, smanjujući struju prema OHM -ovom zakonu.

Da biste odredili ukupni otpor u serijskom krugu, jednostavno dodajete vrijednosti otpora svih otpornika.Na primjer, u krugu s otpornicima procijenjenim na 2 kΩ, 4 kΩ i 6 kΩ, ukupni otpor izračunava se na sljedeći način:

Ovaj ukupni otpor R_ukupnood 12 kΩ djeluje kao pojedinačni ograničavajući faktor za struju u cijelom krugu.

S ukupnim otporomR_ukupno Poznato, možete izračunati struju koja teče kroz krug kada se primijeni određeni napon.Na primjer, s 12V napajanjem, strujomJa je:

Slika 4: Izračunavanje struje kruga u serijskim krugovima

Izračunavanje struje kruga u serijskim krugovima

Nakon što utvrdite ukupni otpor u serijskom krugu, možete upotrijebiti OHM -ov zakon za izračunavanje ukupne struje kruga.Ovaj je postupak ključan za razumijevanje i upravljanje performansama kruga.Razmotrite serijski krug s ukupnim otporom od 18 kΩ i naponom opskrbe 9V.Korištenje Ohmovog zakona, koji je izražen , Možete izračunati struju koja teče kroz krug.S obzirom na ove vrijednosti, izračun je:

Ovaj rezultat, 500 μA, predstavlja ukupnu struju koja teče kroz svaku komponentu u serijskom krugu.

Mora se održavati kako bi se shvatila struja kruga kako bi se procijenila i njegova performansi i sigurnost.To omogućava inženjerima i tehničarima da predvide njegovo ponašanje u operativnim uvjetima i dizajniraju ga kako bi se izbjeglo preopterećenje i potencijalni kvar.Točan izračunavanje struje primarno je za rješavanje problema, jer pomaže identificirati probleme poput prekomjernog otpora ili neočekivanih padova napona na komponentama, što ukazuje na neispravne ili razgrađene dijelove.Ovaj analitički pristup osigurava učinkovitost i pouzdanost kruga.Oni također poboljšavaju postupke održavanja jasnim mjernim podacima za praćenje zdravlja kruga.

Slika 5: Pad napona

Analiza pada napona u serijskim krugovima

Izračunavanje pada napona preko svakog otpornika u serijskom krugu je jednostavno nakon što znate da ukupna struja teče kroz krug.Pad napona preko bilo kojeg otpornika proporcionalan je njegovom otporu i ukupnoj struji, nakon Ohmovog zakona (V= =IR)

Pretpostavimo da je ukupna struja u krugu 500 μA (0,5 mA), a otpornici u nizu su 3 kΩ, 10 kΩ,

Provjera s Kirchhoffovim zakonom o naponu

Zbroj ovih padova napona je:

To se podudara s ukupnim naponom koji isporučuje baterija, što potvrđuje Kirchhoffov zakon o naponu, koji kaže da ukupni napon oko bilo koje zatvorene petlje u krugu mora biti jednak nuli, računovodstvo napona raste i pada.

Principi serije

U serijskom krugu, krajnji princip je da ista struja prolazi kroz svaku komponentu bez ikakvih varijacija.Ova je ujednačenost središnja za predviđanje načina na koji će se različiti elementi unutar kruga ponašati pod različitim električnim opterećenjima.Znajući da struja ostaje stalna pojednostavljuje analizu i dizajn serijskih krugova.

Druga glavna karakteristika serijskih krugova je aditivna priroda otpora.Ukupni otpor u serijskom krugu je zbroj pojedinačnih otpora.Ovaj kumulativni otpor izravno utječe na ukupni protok struje, kako je opisao Ohmov zakon (V= =IR) Što je veći ukupni otpor, to je niža struja za određeni napon.Ova veza nije sigurna za razumijevanje ukupnih performansi i učinkovitosti kruga.

Izračunavanje padova napona

Izračunavanje padova napona preko svake komponente je obavezno.Pad napona preko bilo kojeg otpornika u serijskom krugu može se pronaći umnožavanjem struje s otporom otpornika. Zbroj ovih pojedinačnih padova napona mora biti jednak ukupnom naponu koji isporučuje baterija.To potvrđuje Kirchhoffov zakon o naponu, koji kaže da zbroj svih napona oko bilo koje zatvorene petlje mora biti nula, osiguravajući uštedu energije unutar kruga.Povećava njihovu praktičnu korisnost u raznim primjenama, od jednostavnih elektroničkih uređaja do složenih električnih sustava.

Ključni principi dinamike serijskih krugova

Zakon ukupnog otpora

Ukupni otpor u serijskom krugu je zbroj svih pojedinačnih otpora duž staze.Ovaj je zakon temeljni za izračunavanje ukupnog otpora kruga, koji izravno utječe na to koliko struje teče kroz krug.Na primjer, ako krug uključuje otpornike od 2 kΩ, 3 kΩ i 5 kΩ u nizu, ukupni otpor R_ukupno je:

Ovaj kumulativni otpor značajan je za određivanje impedancije kruga na protok struje.

Zakon stalne struje

U serijskom krugu, struja ostaje dosljedna u svakoj komponenti.To znači da ista struja teče kroz svaki otpornik, bez obzira na njegov otpor.Ova postojanost je potrebna kako bi se osiguralo da krug funkcionira predvidljivo u različitim opterećenjima.Također pojednostavljuje analizu i dizajn serijskih krugova.Na primjer, ako je ukupna struja izračunata korištenjem OHM -ovog zakona 1 mA, tada će svaka komponenta u nizu doživjeti ovu 1 mA struju.

Zakon podjele napona

Ukupni napon u krugu je zbroj padova napona preko svake komponente.Ovaj princip slijedi Kirchhoffov zakon o naponu, koji tvrdi da ukupni zbroj napona oko bilo koje zatvorene petlje u krugu mora biti nula.Da biste osigurali točan rad i uštedu energije, izračunajte pad napona preko svakog otpornika koristeći i provjerite je li zbroj jednak naponu izvora.

Slika 6: Otvoreni krug

Implikacije otvorenog u konfiguracijama serijskog kruga

Otvorena, ili prekid, u serijskom krugu, zaustavlja cijeli tok struje.To se događa zato što je kontinuirani put potreban za električni protok naboja poremećen.Kad je otvorena, struja se odmah spušta na nulu jer električna struja ne može prijeći nedostatke u krugu.

Kad se dogodi otvoreni, potencijalna razlika ili napon tijekom prekida jednaka je naponu punog izvora.Bez struje koja teče kroz otpornike, ne postoji pad napona preko njih.Umjesto toga, cijeli napon koji isporučuje izvor pojavljuje se na otvorenom.Recimo da bi u krugu napajanom 9V baterijom, otvoreni, rezultiralo mjerenjem 9V -a tijekom pauze.

Ovaj prekid zaustavlja uređaj ili učitavanje u krugu od funkcioniranja.Također predstavlja rizik od oštećenja zbog naglog izlaganja naponu punog izvora.Razumijevanje učinaka otvorenog kruga presudno je za rješavanje problema i popravljanje, jer pomaže brzo identificirati mjesto i prirodu kvarova u krugu.

Razumijevanje pada i gubitka linije u dizajnu električnog kruga

U dizajnu kruga, padu linije i gubitku linije značajno utječu na performanse električnih sustava.Ovi čimbenici pomažu u osiguravanju učinkovitosti i pouzdanosti kruga, posebno u prijenosu snage na daljinu ili kada se bavi osjetljivom elektroničkom opremom.

Pad linije odnosi se na smanjenje napona duž vodiča zbog svog inherentnog otpora.Nekoliko čimbenika određuje opseg ovog pada napona:

Materijal vodiča: obično bakar ili aluminij za njihovu dobru vodljivost i isplativost.

Područje presjeka: Manja površina poprečnog presjeka rezultira većim padom napona za istu struju.

Duljina vodiča: Duži vodiči pokazuju veće kapi napona.

Gubitak linije odnosi se na energiju izgubljenu kao toplinu zbog otpornosti vodljivog puta.Nekoliko čimbenika utječe na ovaj gubitak:

Svojstva i dimenzije materijala: Materijal i veličina vodiča utječu na otpor.

Stanje vodiča: Oksidacija, fizičko oštećenje ili loše veze mogu povećati otpornost i gubitke energije.

Kako minimizirati pad napona i gubitke linije?

• Odabir odgovarajućih materijala i veličina

Odaberite materijale i dimenzije vodiča koje minimiziraju otpor.

• Optimiziranje duljine vodljivih staza

Kraće staze smanjuju otpornost i povezane gubitke.

• Održavanje integriteta vodiča

Osigurajte da su veze sigurne i vodič je u dobrom stanju.

Slika 7: Primjena Ohmovog zakona u krugu

Učinkovita primjena zakona OHM -a u analizi kruga

Ohmov zakon, dat (gdje je napon, je struja i otpor), potreban je za analizu električnih krugova.Međutim, ispravna aplikacija je konačna za točne rezultate.Pogrešno tumačenje ili netočni ulazi, posebno pri miješanju vrijednosti iz različitih dijelova kruga, mogu dovesti do značajnih pogrešaka.

Vrijednosti napona (V), struje (I) i otpora (R) za svaku komponentu ili segment koji se ispituju moraju biti pravilno identificirani za provedbu točne analize kruga.To je zato što konfiguracija i karakteristike kruga mogu utjecati na vrijednosti pojedinih komponenti i segmenata.Potrebna su dosljedna mjerenja;Na primjer, prilikom mjerenja napona preko otpornika osigurajte da se krug napaja i struja aktivno teče kroz taj otpornik.Pored toga, potrebno je razumijevanje konteksta i rasporeda komponenti.U serijskim krugovima, ukupni otpor je zbroj pojedinačnih otpora s istom strujom koja teče kroz sve komponente.Suprotno tome, paralelni krugovi, iako napon preko svake grane ostaje konstantan, ukupni otpor i raspodjela struje razlikuju se od onih u serijskim krugovima

Koraci za pravilno primjenu ohmovog zakona

Započnite rješavanje problema s identificiranjem njegove konfiguracije - bilo da je serija, paralelna ili kombinacija oboje.Zatim izračunajte ukupni otpor pomoću odgovarajućih formula za vrstu kruga.Zatim izmjerite ili izračunajte napon i struju, osiguravajući da se ta mjerenja odnose na isti dio kruga u identičnim uvjetima kako bi se održala točnost.Pridržavajući se ovih smjernica, osiguravate točnu analizu kruga i pouzdane zaključke o ponašanju, performansama i sigurnosti kruga.Ova disciplinirana primjena zakona OHM -a korisna je i za teorijske proračune i za praktično rješavanje problema, što je potrebno za inženjere elektrotehnike i tehničare.

Slika 8: Jednostavni paralelni krugovi

Istraživanje jednostavnih paralelnih krugova

Paralelni krugovi u osnovi se razlikuju od serijskih krugova u pogledu raspodjele napona, struje i otpora.

Ujednačenost napona

U paralelnim krugovima, napon preko svake komponente ili grane je identičan i jednak naponu izvora.Ova ujednačenost pojednostavljuje analizu napona u pojedinim komponentama, jer svaka od njih doživljava puni napon napajanja izravno.

Struja

Ukupna struja koja teče kroz paralelni krug je zbroj struja kroz svaku paralelnu granu.To se događa zato što se izvorna struja dijeli među više puta.Korištenje ohmovog zakona, omogućuje vam da izračunate struju u svakoj grani.Struja kroz svaku granu ovisi o otporu te grane.

Proračun otpora

Ukupni otpor u paralelnom krugu manji je od otpora bilo koje pojedine grane.To je zato što više putova pruža više ruta za protok struje, smanjujući ukupno protivljenje strujnom protoku.Ukupni otpor izračunava se pomoću formule: su otpori pojedinih grana.

Zaključak

Istraživanje serijskih krugova primjenom OHM -ovog zakona i drugih temeljnih načela nudi dubok uvid u ponašanje električnih sustava.Seciranjem protoka struje kroz postavke s jednim i višestrukim otpornicima, dobivamo sveobuhvatno razumijevanje kako napon, struju i otpornost na interakciju diktiranja performansi kruga.Članak ne samo da potvrđuje konzistentnost struje u serijskim krugovima - odlučujući aspekt predviđanja ponašanja električnog opterećenja - već također ističe praktičnu primjenu izračunavanja ukupnog otpora i kapi napona, korisne za dizajn kruga i rješavanje problema.

Proširenje ovih načela na paralelne krugove i rasprava o gubitku linije i padu napona u dizajnu kruga dodatno poboljšavaju našu sposobnost optimizacije, rješavanja problema i sigurno održavanje električnih sustava.Ova temeljita analiza osigurava da i pokretni i iskusni inženjeri mogu primijeniti ove koncepte kako bi poboljšali pouzdanost, učinkovitost i sigurnost električnih krugova, ispunjavajući tako teške zahtjeve modernog elektrotehnike.

Često postavljana pitanja [FAQ]

1. Koja je primjena Ohmovog zakona u serijskom krugu?

OHM -ov zakon je temeljni u serijskim krugovima kako bi se utvrdila struja koja teče kroz krug kada su poznati ukupni otpor i primijenjeni napon.U njemu se navodi da je struja (I) kroz vodič između dvije točke izravno proporcionalna naponu (V) u dvije točke i obrnuto proporcionalna otporu (R) vodiča.U serijskom krugu, gdje su otpornici spojeni kraj do kraja, ukupni otpor je zbroj pojedinačnih otpora.Korištenje ohmovog zakona , možete izračunati vrijednost jedne struje koja teče kroz svaku komponentu serijskog kruga.

2. Koja je primjena serijskog kruga?

Serijski krugovi koriste se u situacijama kada rad jedne komponente utječe na sve ostale spojene u krugu - razmišljaju o starim svjetlima božićnog drvca, gdje ako jedna žarulja nije uspjela, cijeli niz bi izašao.Korisne su u aplikacijama koje zahtijevaju razdjelnike napona ili konfiguracije koje ograničavaju struju, poput osnovnog elektroničkog treninga, obrazovnih demonstracija i jednostavnih elektroničkih projekata.

3. Kako djeluje krug serije?

U serijskom krugu sve su komponente povezane u linearnom nizu, formirajući jedan put za struju struju.Ista struja teče kroz svaku komponentu, počevši od izvora napajanja, krećući se kroz svaku komponentu i vraćajući se u izvor napajanja.Ukupni napon u krugu podijeljen je među komponentama prema njihovim vrijednostima otpora.

4. Koja je važnost serijskog kruga?

Serijski krugovi ključni su za njihovu jednostavnost i učinkovitost u aplikacijama gdje je jednolična struja potrebna u više komponenti.

5. Koja su tri pravila kruga serije?

Trenutno pravilo: struja je ista kroz sve komponente u nizu.Postoji samo jedan put za protok struje, tako da koja struja uđe u komponentu također je mora napustiti.

Pravilo napona: Ukupni napon u krugu serija je zbroj napona u svakoj komponenti.To je posljedica očuvanja energije.

Pravilo otpora: Ukupni otpor serijskog kruga jednak je zbroju pojedinačnih otpora svih komponenti unutar kruga.To utječe na to kako se ukupni napon raspodjeljuje i veličina struje kroz krug.