Περιεχόμενο

• Βήματα
• Συμβουλές

Ο απλούστερος τρόπος να φανταστείτε ένα κύκλωμα σειράς είναι να σκεφτείτε μια αλυσίδα στοιχείων. Αυτά τα στοιχεία τακτοποιούνται διαδοχικά στην ίδια γραμμή. Έτσι, υπάρχει μόνο μία διαδρομή που μπορούν να ακολουθήσουν τα ηλεκτρόνια και τα φορτία. Αφού κατανοήσετε τις λεπτομέρειες που σχετίζονται με μια σειριακή συσχέτιση, μπορείτε να μάθετε πώς να υπολογίζετε το συνολικό ηλεκτρικό ρεύμα.

Βήματα

Μέρος 1 από 4: Εκμάθηση βασικής ορολογίας

1. 

   Κατανοήστε τι είναι τρέχον. Το ηλεκτρικό ρεύμα είναι μια διατεταγμένη ροή ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων (όπως ηλεκτρόνια) ή, μαθηματικά, η ροή φορτίων ανά μονάδα χρόνου. Αλλά τι είναι ένα φορτίο και ένα ηλεκτρόνιο; Το ηλεκτρόνιο είναι ένα αρνητικά φορτισμένο σωματίδιο. Η φόρτιση είναι μια φυσική ιδιότητα της ύλης που χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του εάν φορτίζεται θετικά ή αρνητικά. Όπως και οι μαγνήτες, τα φορτία των ίσων σημάτων απωθούνται και τα φορτία των αντίθετων σημάτων προσελκύονται.
   • Ας χρησιμοποιήσουμε το νερό ως παράδειγμα. Το νερό σχηματίζεται από το μόριο Η₂Ο (δύο άτομα υδρογόνου και ένα άτομο οξυγόνου συνδέονται μεταξύ τους). Γνωρίζουμε ότι το άτομο οξυγόνου και τα άτομα υδρογόνου ενώνονται για να σχηματίσουν το μόριο Η₂Ο.
   • Ένα ρεύμα νερού αποτελείται από εκατομμύρια και εκατομμύρια από αυτά τα μόρια. Μπορούμε να συγκρίνουμε το ρεύμα του νερού με το ηλεκτρικό ρεύμα. τα μόρια νερού είναι ισοδύναμα με τα ηλεκτρόνια και το ηλεκτρικό φορτίο στα άτομα υδρογόνου και οξυγόνου.

2. 

   
   
   Κατανοήστε τι είναι η πιθανή διαφορά. Η διαφορά δυναμικού (που ονομάζεται επίσης ηλεκτρική τάση) είναι η «δύναμη» που προκαλεί την κίνηση του ηλεκτρικού ρεύματος. Για να δείξουμε ποια είναι η πιθανή διαφορά, ας σκεφτούμε μια μπαταρία: στο εσωτερικό της, υπάρχει μια σειρά χημικών αντιδράσεων που οδηγούν σε συσσωμάτωση ηλεκτρονίων στον θετικό πόλο της.
   • Εάν συνδέσουμε τον θετικό πόλο της μπαταρίας στον αρνητικό πόλο μέσω ενός καλωδίου, θα προκαλέσουμε τα ηλεκτρόνια να κινηθούν μαζί (αυτό οφείλεται στην απώθηση των φορτίων του ίδιου σήματος).
   • Λόγω της αρχής της διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου (λέει ότι το άθροισμα των ηλεκτρικών φορτίων σε ένα απομονωμένο σύστημα πρέπει να είναι σταθερό), τα ηλεκτρόνια θα προσπαθήσουν να εξισορροπήσουν τα φορτία στο σύστημα από το σημείο της υψηλότερης συγκέντρωσης στο σημείο της χαμηλότερης συγκέντρωσης (δηλαδή, από τον θετικό πόλο στον αρνητικό πόλο της μπαταρίας).
   • Αυτή η κίνηση ηλεκτρονίων παράγει μια πιθανή διαφορά (ή απλά ddp).

3. 

   
   
   Κατανοήστε τι είναι η αντίσταση. Η ηλεκτρική αντίσταση είναι η αντίθεση στη ροή των ηλεκτρικών φορτίων.
   • Οι αντιστάσεις είναι εξαρτήματα ενός κυκλώματος που έχουν σημαντική αντίσταση. Είναι διατεταγμένα σε ορισμένα μέρη του κυκλώματος ώστε να ρυθμίζουν τη ροή φορτίων ή ηλεκτρονίων.
   • Εάν δεν υπάρχουν αντιστάσεις στο κύκλωμα, δεν θα υπάρχει έλεγχος της κίνησης ηλεκτρονίων. Σε αυτήν την περίπτωση, ο εξοπλισμός ενδέχεται να λάβει υπερβολικά φορτία και να καταστραφεί (ή υπερθέρμανση λόγω υπερφόρτωσης).

Μέρος 2 από 4: Υπολογισμός του συνολικού ηλεκτρικού ρεύματος ενός κυκλώματος σειράς

1. 

   
   
   Υπολογίστε τη συνολική αντίσταση. Πάρτε ένα πλαστικό άχυρο και πιείτε λίγο νερό. Τώρα, συνθλίβετε μερικά μέρη του αχύρου και πιείτε ξανά Παρατηρήσατε κάποια διαφορά; Το υγρό πρέπει να έρχεται σε μικρότερη ποσότητα. Κάθε οδοντωτό μέρος του αχύρου λειτουργεί ως αντίσταση. χρησιμεύουν για να εμποδίσουν τη διέλευση του νερού (το οποίο με τη σειρά του παίζει το ρόλο του ηλεκτρικού ρεύματος). Καθώς οι βαθουλώματα είναι στη σειρά, λέμε ότι είναι σε σειρά. Με βάση αυτό το παράδειγμα, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η συνολική αντίσταση μιας συσχέτισης σειράς θα είναι ίση με:
   • Ρ_{(σύνολο)} = Ρ₁ + Ρ₂ + Ρ₃.

2. 

   Υπολογίστε τη διαφορά στο συνολικό δυναμικό. Στα περισσότερα θέματα, η συνολική τιμή ddp θα παρέχεται στη δήλωση. εάν το πρόβλημα παρέχει τις μεμονωμένες τιμές ddp για κάθε αντίσταση, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την ακόλουθη εξίσωση:
   • Ε_{(σύνολο)} = U₁ + U₂ + U₃.
   • Γιατί αυτή η εξίσωση; Ας εξετάσουμε ξανά την αναλογία άχυρου: αφού το ζυμώσουμε, τι συμβαίνει; Θα χρειαστεί να πιέσετε πιο σκληρά για να περάσει το νερό από το άχυρο. Η συνολική δύναμη που κάνετε εξαρτάται από το άθροισμα των δυνάμεων που απαιτούνται σε κάθε τσαλακωμένο σημείο στο άχυρο.
   • Η «δύναμη» που απαιτείται είναι η διαφορά δυναμικού. προκαλεί τη ροή νερού ή ηλεκτρικού ρεύματος. Επομένως, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι το συνολικό ddp θα υπολογιστεί προσθέτοντας τα μεμονωμένα ddps κάθε αντίστασης.

3. 

   Υπολογίστε το συνολικό ηλεκτρικό ρεύμα του συστήματος. Χρησιμοποιώντας ξανά την αναλογία άχυρου: μετά την ζύμωση, αλλάζει η ποσότητα του νερού; Όχι. Αν και η ταχύτητα του υγρού αλλάζει, η ποσότητα του νερού που πίνετε δεν αλλάζει. Εάν δείτε το νερό να εισέρχεται και να αφήνει τα θρυμματισμένα μέρη του αχύρου, θα παρατηρήσετε ότι αυτές οι δύο ποσότητες είναι ίδιες. Αυτό οφείλεται στη σταθερή ταχύτητα της ροής υγρού. Επομένως, μπορούμε να επιβεβαιώσουμε ότι:
   • Εγώ₁ = Εγώ₂ = Εγώ₃ = Εγώ_{(σύνολο)}.

4. 

   Θυμηθείτε τον πρώτο νόμο του Ω Μ. Εκτός από τις εξισώσεις που εμφανίζονται, μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε την εξίσωση του νόμου του Ω Μ: σχετίζεται με τη διαφορά δυναμικού (ddp), το συνολικό ρεύμα και την αντίσταση του κυκλώματος.
   • Ε_{(σύνολο)} = Εγώ_{(σύνολο)} x Ρ_{(σύνολο)}.

5. 

   Λύστε το ακόλουθο παράδειγμα. Τρεις αντιστάσεις, R₁ = 10Ω, R₂ = 2Ω και R₃ = 9Ω, συνδέονται σε σειρά. Η διαφορά δυναμικού που εφαρμόζεται στο κύκλωμα είναι 2,5V. Υπολογίστε την τιμή του συνολικού ηλεκτρικού ρεύματος. Για να ξεκινήσουμε, ας υπολογίσουμε τη συνολική αντίσταση του κυκλώματος:
   • Ρ_{(σύνολο)} = 10Ω + 2Ω + 9Ω.
   • Επομένως, Ρ_{(σύνολο)}= 21Ω

6. 

   Εφαρμόστε το νόμο του Ω Μ για τον προσδιορισμό της συνολικής τιμής ηλεκτρικού ρεύματος:
   • Ε_{(σύνολο)} = Εγώ_{(σύνολο)} x Ρ_{(σύνολο)}.
   • Εγώ_{(σύνολο)} = U_{(σύνολο)}/ Ρ_{(σύνολο)}.
   • Εγώ_{(σύνολο)} = 2.5V / 21Ω.
   • Εγώ_{(σύνολο)} = 0.1190Α.

Μέρος 3 από 4: Υπολογίζοντας παράλληλα το συνολικό ηλεκτρικό ρεύμα ενός κυκλώματος

1. 

   Κατανοήστε τι είναι ένα παράλληλο κύκλωμα. Όπως υποδηλώνει το όνομα, το παράλληλο κύκλωμα περιέχει στοιχεία διατεταγμένα παράλληλα. Για αυτό, χρησιμοποιούνται πολλαπλά καλώδια για τη δημιουργία διαδρομών μέσω των οποίων μπορεί να ταξιδεύει το ηλεκτρικό ρεύμα.

2. 

   Υπολογίστε τη διαφορά στο συνολικό δυναμικό. Όπως έχουν ήδη εξηγηθεί όλες οι ορολογίες στην προηγούμενη ενότητα, πηγαίνουμε απευθείας στην επίδειξη των εξισώσεων που εφαρμόζονται σε παράλληλα κυκλώματα. Για παράδειγμα, φανταστείτε έναν σωλήνα με δύο πιρούνια (με διαφορετικές διαμέτρους). Για να περάσει το νερό από τους δύο σωλήνες, θα είναι απαραίτητο να εφαρμοστούν διαφορετικές δυνάμεις σε καθέναν από αυτούς; Όχι. Θα χρειαστείτε μόνο αρκετή δύναμη για να κάνετε τη ροή του νερού. Επομένως, δεδομένου ότι το νερό παίζει το ρόλο του ηλεκτρικού ρεύματος και ότι η δύναμη παίζει το ρόλο της διαφοράς δυναμικού, μπορούμε να πούμε ότι:
   • Ε_{(σύνολο)} = U₁ = U₂ = U₃.

3. 

   Υπολογίστε τη συνολική ηλεκτρική αντίσταση. Ας υποθέσουμε ότι θέλετε να ρυθμίσετε το νερό που διέρχεται από τους δύο σωλήνες. Ποιος θα ήταν ο καλύτερος τρόπος για να γίνει αυτό; Χρησιμοποιήστε μόνο μία βαλβίδα διακοπής σε κάθε πιρούνι ή τοποθετήστε πολλές βαλβίδες διαδοχικά; Η δεύτερη επιλογή θα ήταν η καλύτερη επιλογή. Για αντιστάσεις, η αναλογία λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο. Οι αντιστάσεις που συνδέονται σε σειρά ρυθμίζουν το ηλεκτρικό ρεύμα με πολύ πιο αποτελεσματικό τρόπο από ό, τι όταν συνδέονται παράλληλα. Η εξίσωση που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της συνολικής αντίστασης σε ένα παράλληλο κύκλωμα είναι:
   • 1 / Ρ_{(σύνολο)} = (1 / R₁) + (1 / R₂) + (1 / R₃).

4. 

   Υπολογίστε το συνολικό ηλεκτρικό ρεύμα. Επιστρέφοντας στο παράδειγμά μας: διαχωρίζεται η διαδρομή μέσω της οποίας περνά το νερό. Το ίδιο ισχύει και για το ηλεκτρικό ρεύμα. Καθώς υπάρχουν πολλές διαδρομές μέσω των οποίων μπορούν να ταξιδεύουν φορτία, λέμε ότι το ρεύμα διαιρείται. Οι διαφορετικές διαδρομές δεν θα λάβουν απαραίτητα την ίδια ποσότητα φορτίων. Αυτό εξαρτάται από τις αντιστάσεις και τα υλικά κάθε καλωδίου. Επομένως, η εξίσωση για τον υπολογισμό του συνολικού ηλεκτρικού ρεύματος θα είναι το άθροισμα των ρευμάτων για κάθε διαδρομή:
   • Εγώ_{(σύνολο)} = Εγώ₁ + Εγώ₂ + Εγώ₃.
   • Δεν μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτόν τον τύπο χωρίς τις μεμονωμένες τιμές ηλεκτρικού ρεύματος. Για αυτήν την περίπτωση, μπορούμε επίσης να εφαρμόσουμε τον πρώτο νόμο του Ω Μ.

Μέρος 4 από 4: Επίλυση παραδείγματος με παράλληλα και κυκλώματα σειράς

1. 

   Λύστε το ακόλουθο παράδειγμα. Τέσσερις αντιστάσεις σε ένα κύκλωμα χωρίζονται σε δύο καλώδια παράλληλα. Η πρώτη συμβολοσειρά περιέχει R₁ = 1Ω και R₂ = 2Ω. Το δεύτερο καλώδιο περιέχει R₃ = 0,5Ω και R₄ = 1.5Ω. Οι αντιστάσεις κάθε καλωδίου συνδέονται σε σειρά. Η διαφορά δυναμικού που εφαρμόζεται στο πρώτο καλώδιο είναι 3V. Υπολογίστε τη συνολική τιμή του ηλεκτρικού ρεύματος.

2. 

   Ξεκινήστε υπολογίζοντας τη συνολική αντίσταση. Δεδομένου ότι οι αντιστάσεις σε κάθε σύρμα συνδέονται σε σειρά, υπολογίζουμε πρώτα τη συνολική αντίσταση σε κάθε καλώδιο.
   • Ρ₍₁₊₂₎ = Ρ₁ + Ρ₂.
   • Ρ₍₁₊₂₎ = 1Ω + 2Ω.
   • Ρ₍₁₊₂₎ = 3Ω.
   • Ρ₍₃₊₄₎ = Ρ₃ + Ρ₄.
   • Ρ₍₃₊₄₎ = 0,5Ω + 1,5Ω.
   • Ρ₍₃₊₄₎ = 2Ω.

3. 

   Αντικαταστήστε τις τιμές από το προηγούμενο βήμα στην εξίσωση για παράλληλες συσχετίσεις. Καθώς τα καλώδια συνδέονται παράλληλα, εφαρμόζουμε τώρα τις τιμές από το προηγούμενο στοιχείο στην εξίσωση για τις παράλληλες συνδέσεις.
   • (1 / R_{(σύνολο)}) = (1 / R₍₁₊₂₎) + (1 / R₍₃₊₄₎).
   • (1 / R_{(σύνολο)}) = (1/3Ω) + (1/2Ω).
   • (1 / R_{(σύνολο)}) = 5/6.
   • Ρ_{(σύνολο)} = 1,2Ω.

4. 

   Υπολογίστε τη διαφορά στο συνολικό δυναμικό. Καθώς η πιθανή διαφορά είναι η ίδια σε μια παράλληλη συσχέτιση, μπορούμε να πούμε ότι:
   • Ε_{(σύνολο)} = U₁ = 3V.

5. 

   Εφαρμόστε το νόμο του Ω Μ. Τώρα, χρησιμοποιήστε το νόμο του Ω Μ για τον προσδιορισμό της τιμής του συνολικού ηλεκτρικού ρεύματος.
   • Ε_{(σύνολο)} = Εγώ_{(σύνολο)} x Ρ_{(σύνολο)}.
   • Εγώ_{(σύνολο)} = U_{(σύνολο)}/ Ρ_{(σύνολο)}.
   • Εγώ_{(σύνολο)} = 3V / 1.2Ω.
   • Εγώ_{(σύνολο)} = 2,5 Α.

Συμβουλές

• Η τιμή της συνολικής αντίστασης ενός παράλληλου κυκλώματος είναι πάντα μικρότερη από την τιμή της αντίστασης του όλα οι άλλες αντιστάσεις του συλλόγου.
• Σημαντικές ορολογίες:
  • Ηλεκτρικό κύκλωμα: σύνολο εξαρτημάτων (αντιστάτες, πυκνωτές και επαγωγείς) που συνδέονται με καλώδια μέσω των οποίων περνάει ένα ηλεκτρικό ρεύμα στη σειρά.
  • Αντιστάσεις: εξαρτήματα που μπορούν να μειώσουν την ένταση ενός ηλεκτρικού ρεύματος.
  • Ηλεκτρικό ρεύμα: παραγγελία ροής ηλεκτρικών φορτίων. Η μονάδα S.I. σας είναι η αμπέρ (Ο).
  • Διαφορά δυναμικού (ddp): εργασία που παράγεται ανά μονάδα ηλεκτρικού φορτίου. Η μονάδα S.I. σας είναι η βόλτ (V).
  • Ηλεκτρική αντίσταση: μέτρο αντίθεσης στη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος. Η μονάδα S.I. σας είναι η Ω Μ (Ω).