Užitočné tipy

Sila prúdu v sérii

Pin
Send
Share
Send
Send


Z Ohmovho zákona a z prvého a druhého pravidla Kirchhoffa vyplýva:

V paralelnom spojení je recipročná hodnota celkového odporu rovná súčtu inverzných odporov vetiev.

Pri paralelnom pripojení je celkový odpor obvodu menší ako najmenší z odporu vetiev.

Pretože 1 / R = G, t. vodivosť
pri paralelnom pripojení sa zvyšujú elektrické vodivosti jednotlivých vetiev

Sériové a paralelné zapojenie odporov

Každá záťaž má odpor, ktorý bráni voľnému toku elektrického prúdu. Jeho cesta prechádza od zdroja prúdu cez vodiče k záťaži. Pri normálnom prechode prúdu musí mať vodič dobrú vodivosť a ľahko uvoľňovať elektróny. Toto ustanovenie sa hodí pri posudzovaní, čo je sériové pripojenie.

Väčšina elektrických obvodov používa medené vodiče. Každý obvod obsahuje prijímače energie - záťaže s rôznymi odpormi. Parametre pripojenia sa najlepšie sledujú s obvodom zdroja vonkajšieho prúdu, ktorý sa skladá z troch odporov R1, R2, R3. Sériové pripojenie zahŕňa postupné začlenenie týchto prvkov do uzavretého obvodu. To znamená, že začiatok R1 je pripojený ku koncu R2 a začiatok R2 je pripojený ku koncu R3 a tak ďalej. V takejto reťazi môže byť ľubovoľný počet rezistorov. Tieto symboly používajú vo výpočtoch sériové a paralelné spojenia.

Prúdová sila vo všetkých sekciách bude rovnaká: I = I1 = I2 = I3 a celkový odpor obvodu bude súčtom odporov všetkých záťaží: R = R1 + R2 + R3. Zostáva len určiť, aké napätie bude pri sériovom pripojení. Podľa Ohmovho zákona je napätie sila prúdu a odporu: U = IR. Z toho vyplýva, že napätie v zdroji prúdu sa bude rovnať súčtu napätí pri každej záťaži, pretože prúd je všade rovnaký: U = U1 + U2 + U3.

Pri konštantnej hodnote napätia bude prúd počas sériového pripojenia závisieť od odporu obvodu. Preto, keď sa odpor zmení aspoň na jednom zo záťaží, odpor sa zmení v celom obvode. Okrem toho sa zmení prúd a napätie pri každom zaťažení. Hlavnou nevýhodou sériového pripojenia je ukončenie všetkých prvkov obvodu v prípade zlyhania jedného z nich.

Paralelným pripojením sa získajú úplne odlišné charakteristiky prúdu, napätia a odporu. V tomto prípade sú začiatok a koniec zaťaženia spojené v dvoch spoločných bodoch. Vyskytuje sa určitý druh vetvenia prúdu, čo vedie k zníženiu celkového odporu a zvýšeniu celkovej vodivosti elektrického obvodu.

Na zobrazenie týchto vlastností bude potrebný Ohmov zákon. V tomto prípade bude súčasná sila v paralelnom spojení a jej vzorec vyzerať takto: I = U / R. Keď je teda n-tý počet rovnakých odporov zapojených paralelne, celkový odpor obvodu bude n-krát menší ako ktorýkoľvek z nich: Rtotal = R / n. Toto indikuje inverzné proporcionálne rozdelenie prúdov v záťažiach vzhľadom na odpory týchto záťaží. To znamená, že so zvýšením paralelne zapojených odporov sa úmerne zníži prúdová sila v nich. Vo forme vzorcov sú všetky charakteristiky zobrazené nasledovne: prúdová sila - I = I1 + I2 + I3, napätie - U = U1 = U2 = U3, odpor - 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3.

Pri konštantnej hodnote napätia medzi prvkami nie sú prúdy v týchto odporoch navzájom závislé. Ak je jeden alebo viac odporov odpojených od obvodu, neovplyvní to fungovanie ostatných zariadení, ktoré zostanú zapnuté. Tento faktor je hlavnou výhodou paralelného pripojenia elektrických spotrebičov.

V obvodoch sa spravidla nepoužíva sériové pripojenie a paralelné odporové pripojenie, používajú sa v kombinovanej forme, známej ako zmiešané pripojenie. Na výpočet charakteristík takýchto reťazcov sa používajú vzorce oboch verzií. Všetky výpočty sú rozdelené do niekoľkých etáp, keď sa najprv určia parametre jednotlivých sekcií, po ktorých sa spočítajú a získa sa celkový výsledok.

Zákony radu a paralelné pripojenie vodičov

Hlavným zákonom použitým pri výpočtoch rôznych druhov zlúčenín je Ohmov zákon. Jeho hlavná poloha je prítomnosť sily prúdu v mieste, priamo úmerná napätiu a nepriamo úmerná odporu v tejto oblasti. Vo forme vzorca tento zákon vyzerá takto: I = U / R. Slúži ako základ pre výpočet elektrických obvodov zapojených do série alebo paralelne. Poradie výpočtov a závislosť všetkých parametrov od Ohmovho zákona sú jasne znázornené na obrázku. Z toho je odvodený aj vzorec pre sériové pripojenie.

Zložitejšie výpočty týkajúce sa iných množstiev si vyžadujú uplatnenie Kirchhoffovho pravidla. Jeho hlavná pozícia je, že niekoľko sériovo zapojených prúdových zdrojov bude mať elektromotorickú silu (EMF), ktorá tvorí algebraický súčet EMF každého z nich. Celkový odpor týchto batérií bude pozostávať zo súčtu odporov každej batérie. Ak je n-tý počet zdrojov s rovnakým EMF a vnútornými odpormi pripojený paralelne, potom sa celkové množstvo EMF bude rovnať EMF v ktoromkoľvek zo zdrojov. Hodnota vnútorného odporu bude rv = r / n. Tieto ustanovenia sú relevantné nielen pre zdroje prúdu, ale aj pre vodiče vrátane vzorcov paralelného pripojenia vodičov.

V prípade, že zdroj zdrojov bude mať rôzne významy, na výpočet aktuálnej sily v rôznych častiach obvodu sa použijú ďalšie Kirchhoffove pravidlá.

Druhy vodičov

Vodivosť elektrického prúdu látkou je spojená s prítomnosťou bezplatných nosičov náboja. Ich počet je určený elektronickou konfiguráciou. Na to je potrebný chemický vzorec látky, pomocou ktorého môžete vypočítať ich celkový počet. Hodnota pre každý prvok je prevzatá z periodického systému Dmitrija Ivanoviča Mendeleeva.

Elektrický prúd je usporiadaný pohyb bezplatných nosičov náboja, ktoré sú ovplyvnené elektromagnetickým poľom. Keď prúd prúdi látkou, tok nabitých častíc interaguje s uzlami kryštalickej mriežky a časť kinetickej energie častice sa premieňa na tepelnú energiu. Inými slovami, častica „zasiahne“ atóm a potom pokračuje v pohybe znova, čím získava rýchlosť pod vplyvom elektromagnetického poľa.

Proces interakcie častíc s uzlami kryštalickej mriežky sa nazýva elektrická vodivosť alebo odpor materiálu. Merná jednotka je Ohm a môže byť stanovená pomocou ohmetra alebo vypočítaná. Podľa vlastnosti vodivosti je možné látky rozdeliť do 3 skupín:

  1. Vodiče (všetky kovy, ionizovaný plyn a elektrolytické roztoky).
  2. Polovodiče (Si, Ge, GaAs, InP a InSb).
  3. Nevodiče (dielektriká alebo izolátory).

Vodiče vždy vedú elektrický prúd, pretože vo svojej atómovej štruktúre obsahujú voľné elektróny, anióny, katióny a ióny. Polovodiče vedú elektrinu iba za určitých podmienok, ktoré ovplyvňujú prítomnosť alebo neprítomnosť voľných elektrónov a dier. Medzi faktory ovplyvňujúce vodivosť patria: teplota, svetlo atď. Dielektrika nevedú elektrinu vôbec, pretože v ich štruktúre nie sú žiadni bezplatní nosiči. Pri vykonávaní výpočtov musí každý amatérsky rádiový operátor poznať závislosť odporu od niektorých fyzikálnych veličín.

Závislosť na odpore

Hodnota elektrickej vodivosti závisí od niekoľkých faktorov, ktoré sa musia zohľadniť pri výpočte, výrobe odporových záťažových prvkov (rezistorov), opravách a projektovaní zariadení. Medzi tieto faktory patria:

  1. Teplota okolia a materiálu.
  2. Elektrické veličiny.
  3. Geometrické vlastnosti látky.
  4. Druh materiálu, z ktorého je vodič vyrobený (polovodič).

Elektrické hodnoty zahŕňajú potenciálový rozdiel (napätie), elektromotorickú silu (EMF) a silu prúdu. Geometria vodiča je jeho dĺžka a plocha prierezu.

Elektrické veličiny

Závislosť vodivosti od parametrov elektriny je stanovená Ohmovým zákonom. Existujú dve formulácie: jedna pre graf a druhá pre celý reťazec. V prvom prípade je pomer určený na základe hodnôt prúdovej sily (I) a napätia (U) jednoduchým vzorcom: I = U / R. Z tohto pomeru vidíte priamo úmernú závislosť prúdu od hodnoty napätia a tiež nepriamo úmernú odporu. Môžete vyjadriť R: R = U / I.

Na výpočet elektrickej vodivosti celého úseku by sa mal použiť pomer medzi EMF (e), prúdovou silou (i), ako aj vnútorným odporom napájacieho zdroja (Rin): i = e / (R + Rin). V tomto prípade sa hodnota R vypočíta podľa vzorca: R = (e / i) - Rin. Pri výpočtoch je však potrebné brať do úvahy aj geometrické parametre a typ vodiča, pretože môžu významne ovplyvniť výpočty.

Typ a geometrické parametre

Vlastnosť hmoty vzhľadom na vodivosť elektriny je určená štruktúrou kryštalickej mriežky, ako aj počtom voľných nosičov. Na základe toho je typ látky kľúčovým faktorom, ktorý určuje množstvo elektrickej vodivosti. Vo vede je koeficient, ktorý určuje typ látky, označený písmenom „p“ a nazýva sa odpor. Jeho hodnota pre rôzne materiály (pri teplote +20 ° C) je uvedená v špeciálnych tabuľkách.

Niekedy sa pre pohodlie výpočtov používa inverzná hodnota, ktorá sa nazýva špecifická vodivosť (σ). K rezistencii je priradený nasledujúci vzťah: p = 1 / σ. Prierezová plocha (S) ovplyvňuje elektrický odpor. Z fyzikálneho hľadiska je možné túto závislosť chápať takto: s malým prierezom dochádza k častejším interakciám častíc elektrického prúdu s uzlami kryštálovej mriežky. Prierez sa dá vypočítať špeciálnym algoritmom:

  1. Zmerajte geometrické parametre vodiča (priemer alebo dĺžka strán) pomocou strmene.
  2. Vizuálne určte tvar materiálu.
  3. Vypočítajte prierezovú plochu podľa vzorca uvedeného v referenčnej knihe alebo na internete.

V prípade, že vodič má zložitú štruktúru, je potrebné vypočítať hodnotu S jedného prvku a výsledok vynásobiť počtom prvkov zahrnutých v jeho zložení. Napríklad, ak je drôt lanko, potom by sa S malo počítať pre jedno jadro. Potom musíte vynásobiť získanú hodnotu S počtom jadier. Závislosť R od vyššie uvedených hodnôt môže byť zapísaná vo forme pomeru: R = p * L / S. Písmeno „L“ je dĺžka vodiča. Na získanie presných výpočtov je však potrebné zohľadniť teplotné ukazovatele prostredia a vodiča.

Ukazovatele teploty

Existuje dôkaz teplotnej závislosti odporu materiálu na základe fyzikálneho experimentu. Na vykonanie experimentu je potrebné zostaviť elektrický obvod, ktorý sa skladá z nasledujúcich prvkov: zdroj energie, nichromová špirála, spojovacie drôty ampéra a voltmetra. Na meranie prúdu a napätia sú potrebné prístroje. Keď prúdi elektrina, zohrieva sa nichromická pružina. Po zahriatí klesajú hodnoty ampérmetra. V tomto prípade dôjde k významnému poklesu napätia v obvodovej časti, ako to dokazuje voltmeter.

V rádiovom inžinierstve sa pokles veľkosti napätia nazýva čerpanie alebo pokles. Vzorec pre závislosť p od teploty má nasledujúci tvar: p = p0 * [1 + a * (t - 20)]. Hodnota p0 je odpor materiálu z tabuľky a písmeno „t“ je teplota vodiča.

Teplotný koeficient "a" má nasledujúce hodnoty: pre kovy - a> 0 a pre elektrolytické roztoky - kombinácia odporových rádiových komponentov

Na získanie požadovanej hodnoty odporu sa používajú dva typy pripojenia odporov: paralelné a sériové. Ak sú zapojené paralelne, musíte pripojiť dva kolíky jedného rezistora k dvom kolíkom druhého. Ak je pripojenie sériové, potom je jedna svorka rezistora spojená s jednou svorkou druhého rezistora. Spojenia sa používajú na získanie požadovaných hodnôt odporu, ako aj na zvýšenie rozptylu energie prúdu pretekajúceho obvodom.

Každá zo zlúčenín má určité vlastnosti. Okrem toho je možné sériovo alebo paralelne kombinovať niekoľko odporov. Zlúčeniny sa môžu tiež zmiešať, t. J. Používajú sa obidva typy kombinovania rádiových komponentov.

Paralelné pripojenie

Pri paralelnom pripojení je hodnota napätia na všetkých odporoch rovnaká a sila prúdu je nepriamo úmerná ich celkovému odporu. Na internete vytvorili weboví vývojári online kalkulačku na výpočet celkového odporu paralelného pripojenia odporov.

Celkový odpor pre paralelné pripojenie sa vypočíta podľa vzorca: 1 / Rtotal = (1 / R1) + (1 / R2) + ... + (1 / Rn). Ak vykonávate matematické transformácie a vedú k spoločnému menovateľovi, získate pohodlný vzorec paralelného pripojenia na výpočet Rtotal. Má nasledujúcu formu: Rtotal = (R1 * R2 * ... * Rn) / (R1 + R2 + ... + Rn). Ak je potrebné vypočítať hodnotu Rtotal iba pre dva rádiové komponenty, potom vzorec pre paralelný odpor má nasledovný tvar: Rtotal = (R1 * R2) / (R1 + R2).

Pri oprave alebo navrhovaní obvodu zariadenia vzniká problém kombinovania niekoľkých odporových prvkov na získanie špecifickej hodnoty odporu. Napríklad hodnota Rtotal pre konkrétny reťazec prvkov je 8 Ohmov, ktorá bola získaná pri výpočtoch. Rádioamatér je konfrontovaný s úlohou, ktorej nominálne hodnoty by sa mali zvoliť tak, aby sa dosiahla požadovaná hodnota (v štandardnom rade odporov nie je rádiový komponent s nominálnou hodnotou 8 ohmov, ale iba 7,5 a 8,2). V tomto prípade musíte nájsť odpor pri paralelnom zapojení odporových prvkov. Hodnota Rtotal pre dva prvky sa môže vypočítať takto:

  1. Vykoná odpor 16 ohmov.
  2. Substituent vo vzorci: R = (16 * 16) / (16 + 16) = 256/32 = 8 (Ohms).

V niektorých prípadoch by ste mali tráviť viac času výberom požadovaných hodnôt. Môžete použiť nielen dva, ale aj tri prvky. Aktuálna sila sa počíta pomocou prvého Kirchhoffovho zákona. Znenie zákona je nasledovné: celková hodnota prúdu vstupujúceho a tečúceho po obvode sa rovná jeho výstupnej hodnote. Veľkosť prúdu pre obvod pozostávajúci z dvoch odporov (paralelné pripojenie) vypočítané podľa nasledujúceho algoritmu:

  1. Prúd tečúci cez R1 a R2: 11 = U / R1 a I2 = U / R2.
  2. Celkový prúd je sčítanie prúdov na odporoch: Itotal = I1 + I2.

Napríklad, ak obvod pozostáva z 2 odporov zapojených paralelne s menovitými hodnotami 16 a 7,5 ohmov. Napájajú sa zo zdroja 12 V. Aktuálna hodnota prvého odporu sa vypočíta nasledovne: I1 = 12/16 = 0,75 (A). Na druhom odpore bude prúd rovný: I2 = 12 / 7,5 = 1,6 (A). Celkový prúd sa stanoví podľa Kirchhoffovho zákona: I = 11 + I2 = 1,6 + 0,75 = 2,35 (A).

Sériové pripojenie

Sériové zapojenie odporov sa používa aj v rádiovom inžinierstve. Metódy zisťovania celkového odporu, napätia a prúdu sa líšia od paralelného pripojenia. Základné pravidlá pripojenia sú nasledujúce:

  1. Prúd sa nemení v obvode.
  2. Celkové napätie sa rovná súčtu poklesov napätia na každom odpore.
  3. Rtotal = R1 + R2 + ... + Rn.

Príklad úlohy je nasledujúci: reťaz pozostávajúca z 2 rezistorov (16 a 7,5 ohmov) je napájaná zdrojom 12 V a prúdom 0,5 A. Je potrebné vypočítať elektrické parametre pre každý prvok. Postup výpočtu je nasledujúci:

  1. I = 11 = I2 = 0,5 (A).
  2. Rtotal = R1 + R2 = 16 + 7,5 = 23,5 (Ohms).
  3. Pokles napätia: U1 = I * R1 = 0,5 * 16 = 8 (V) a U2 = I * R2 = 0,5 * 7,5 = 3,75 (V).

Rovnováha napätia nie je vždy uspokojená (12 V sa nerovná 8 + 3,75 = 11,75 V), pretože pri tomto výpočte sa nezohľadňuje odpor pripojovacích vodičov. Ak je obvod zložitý a existujú v ňom dva typy spojení, je potrebné vykonať výpočty na pozemkoch. Najskôr vypočítajte paralelné pripojenie a potom sériové pripojenie.

Paralelné a sériové zapojenie odporov sa teda používa na získanie presnejších hodnôt odporov, ako aj pri absencii požadovanej klasifikácie rádiových komponentov pri navrhovaní alebo opravách zariadení.

Pin
Send
Share
Send
Send