Sisu

• Sammud
• Näpunäited

Lihtsaim viis seeria vooluringi kujutlemiseks on mõelda elementide ahelale. Need elemendid on paigutatud järjestikku ühele joonele. Seega on ainult üks tee, mille elektronid ja laengud võivad kulgeda. Pärast jadaühendusega seotud üksikasjade mõistmist saate teada, kuidas arvutada kogu elektrivoolu.

Sammud

1. osa 4-st: Põhiterminoloogia õppimine

1. 

   Saate aru, mis on praegune. Elektrivool on elektriliselt laetud osakeste (näiteks elektronide) järjestatud vool või matemaatiliselt laenguvoog ajaühiku kohta. Mis on aga laeng ja elektron? Elektron on negatiivselt laetud osake. Laeng on aine füüsiline omadus, mida kasutatakse selle tuvastamiseks, kas see on positiivselt või negatiivselt laetud. Nagu magnetid, tõmbavad ligi ka võrdsete signaalide laengud ja vastupidiste signaalide laengud.
   • Kasutagem näitena vett. Vesi moodustub H-molekuli poolt₂O (kaks vesinikuaatomit ja üks hapnikuaatom on omavahel seotud). Me teame, et H-molekuli moodustavad hapnikuaatom ja vesinikuaatomid₂.
   • Veevool koosneb miljonitest ja miljonitest nendest molekulidest. Võime võrrelda veevoolu elektrivooluga; veemolekulid on ekvivalentsed elektronidega ja elektrilaeng vesiniku ja hapniku aatomitega.

2. 

   
   
   Saage aru, mis on potentsiaalne erinevus. Potentsiaalide erinevus (nimetatakse ka elektripingeks) on "jõud", mis põhjustab elektrivoolu liikumist. Võimaliku erinevuse illustreerimiseks mõelgem akule: selle sees on rida keemilisi reaktsioone, mis põhjustavad elektronide aglomeratsiooni selle positiivse pooluse juures.
   • Kui ühendame aku positiivse pooluse negatiivse poolusega juhtme kaudu, siis hakkame elektronid koos liikuma (see on tingitud sama signaali laengute tagasilöögist).
   • Elektrilaengu säilitamise põhimõtte tõttu (tema sõnul peab isoleeritud süsteemis olevate elektrilaengute summa olema konstantne) proovivad elektronid tasakaalustada süsteemi laenguid kõrgeima kontsentratsiooni punktist madalaima kontsentratsiooni punktini (st. aku positiivsest poolusest negatiivse pooluseni).
   • See elektronide liikumine tekitab potentsiaalse erinevuse (või lihtsalt ddp).

3. 

   
   
   Saage aru, mis on vastupanu. Elektritakistus on vastus elektrilaengute voolule.
   • Takistid on vooluahela komponendid, millel on märkimisväärne takistus. Need on paigutatud vooluringi teatud osadesse, et reguleerida laengute või elektronide voogu.
   • Kui vooluahelas pole takisteid, ei kontrollita elektronide liikumist. Sel juhul võib seade vastu võtta liigseid koormusi ja see võib kahjustada (või ülekoormuse tõttu üle kuumeneda).

Osa 2/4: jadavoolu kogu elektrivoolu arvutamine

1. 

   
   
   Arvutage kogutakistus. Võtke plastkõrs ja jooge natuke vett. Nüüd purustage mõned põhuosad ja jooge uuesti. Kas märkasite mingit erinevust? Vedelikku peaks tulema väiksem kogus. Iga põhu mõlkunud osa toimib takistina; need takistavad vee läbimist (mis omakorda mängib elektrivoolu rolli). Kuna mõlgid on üksteise järel, siis ütleme, et need on jadas. Selle näite põhjal võime järeldada, et seeriaühenduse kogutakistus on võrdne:
   • R_(kokku) = R₁ + R₂ + R₃.

2. 

   Arvutage kogupotentsiaali erinevus. Enamikul juhtudel esitatakse avalduses kogu ddp väärtus; kui probleem annab iga takisti jaoks individuaalsed ddp väärtused, võime kasutada järgmist võrrandit:
   • U_(kokku) = U₁ + U₂ + U₃.
   • Miks just see võrrand? Mõelgem veelkord põhu analoogiale: mis juhtub pärast selle sõtkumist? Peate vett kõvemini vajutama, et vesi õlgedest läbi pääseks. Teie kogujõud sõltub õlgade igas kortsutatud punktis vajalike jõudude summast.
   • Vajalik "tugevus" on potentsiaalne erinevus; see põhjustab vee voolamist või elektrivoolu. Seetõttu võime järeldada, et kogu ddp arvutatakse, lisades iga takisti üksikud ddps.

3. 

   Arvutage süsteemi kogu elektrivool. Kasutades taas õlgede analoogiat: kas pärast sõtkumist muutub veekogus? Ei. Kuigi vedeliku kiirus muutub, ei muutu teie joodav vee kogus. Kui jälgite, kuidas vesi siseneb ja väljub õlgedest purustatud osadesse, märkate, et need kaks kogust on samad; see on tingitud vedeliku voolu fikseeritud kiirusest. Seetõttu võime kinnitada, et:
   • Mina₁ = Mina₂ = Mina₃ = Mina_(kokku).

4. 

   Pidage meeles esimest seadust Oh M. Lisaks näidatud võrranditele saate kasutada ka seaduse võrrandit Oh M: see seob potentsiaalide erinevuse (ddp), koguvoolu ja vooluahela takistuse.
   • U_(kokku) = Mina_(kokku) x R_(kokku).

5. 

   Lahendage järgmine näide. Kolm takisti, R₁ = 10, R₂ = 2 ja R₃ = 9Ω, on seostatud järjestikku. Ahelale rakendatav potentsiaalne erinevus on 2,5 V. Arvutage kogu elektrivoolu väärtus. Alustuseks arvutame vooluringi kogutakistuse:
   • R_(kokku) = 10Ω + 2Ω + 9Ω.
   • Seetõttu R_(kokku)= 21Ω

6. 

   Kohaldage Oh M elektrivoolu koguväärtuse määramiseks:
   • U_(kokku) = Mina_(kokku) x R_(kokku).
   • Mina_(kokku) = U_(kokku)/ R_(kokku).
   • Mina_(kokku) = 2,5 V / 21Ω.
   • Mina_(kokku) = 0,1190A.

Osa 3 4: Ahela kogu elektrivoolu arvutamine paralleelselt

1. 

   Saage aru, mis on paralleelvool. Nagu nimest järeldada võib, sisaldab paralleelne vooluahel paralleelselt paigutatud elemente. Selleks kasutatakse mitu juhtmest rada, mille kaudu elektrivool saab liikuda.

2. 

   Arvutage kogupotentsiaali erinevus. Kuna kõiki mõisteid on eelmises jaotises juba selgitatud, läheme otse paralleelsetes vooluringides kasutatud võrrandite demonstreerimisele. Illustreerimiseks kujutlege kahe kahvliga (erineva läbimõõduga) toru. Kas vesi peab läbi kahe toru läbima, kas mõlemale neist on vaja rakendada erinevaid jõude? Ei. Vee voolamiseks vajate ainult piisavalt jõudu. Seetõttu, arvestades, et vesi mängib elektrivoolu ja see jõud mängib potentsiaalse erinevuse rolli, võime öelda, et:
   • U_(kokku) = U₁ = U₂ = U₃.

3. 

   Arvutage kogu elektritakistus. Oletame, et soovite reguleerida vett, mis läbib kahte toru. Mis oleks parim viis selleks? Kas kasutada igas kahvlis ainult ühte sulgeventiili või paigaldada mitu ventiili järjest? Teine võimalus oleks parim valik. Vastupanu korral töötab analoogia samamoodi. Jadamisi ühendatud takistid reguleerivad elektrivoolu palju efektiivsemalt kui paralleelselt ühendatud. Paralleelses vooluringis kogutakistuse arvutamiseks kasutatakse järgmist võrrandit:
   • 1 / R_(kokku) = (1 / R₁) + (1 / R₂) + (1 / R₃).

4. 

   Arvutage kogu elektrivool. Tulles tagasi meie näite juurde: tee, mille kaudu vesi läbib, jaguneb. Sama kehtib ka elektrivoolu kohta. Kuna koormate liikumiseks on mitu rada, ütleme, et vool jaguneb. Erinevad teed ei pea tingimata vastu võtma sama palju koormusi. See sõltub iga traadi vastupidavusest ja materjalidest. Seetõttu on kogu elektrivoolu arvutamise võrrand iga tee voolude summa:
   • Mina_(kokku) = Mina₁ + I₂ + I₃.
   • Me ei saa seda valemit kasutada ilma individuaalsete elektrivoolu väärtusteta. Sel juhul saame kohaldada ka esimest seadust Oh M.

Osa 4/4: Näite lahendamine paralleel- ja jadavooluringidega

1. 

   Lahendage järgmine näide. Ahela neli takistit jagunevad paralleelselt kaheks juhtmeks. Esimene string sisaldab R-d₁ = 1 ja R₂ = 2Ω. Teine juhe sisaldab R₃ = 0,5 ja R₄ = 1,5Ω. Iga juhtme takistid on ühendatud järjestikku. Esimesele juhtmele rakendatav potentsiaalne erinevus on 3 V. Arvutage elektrivoolu koguväärtus.

2. 

   Alustuseks arvutage kogutakistus. Kuna iga juhtme takistid on ühendatud järjestikku, arvutame kõigepealt iga juhtme kogutakistuse.
   • 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. 

   Asendage võrrandis eelmise sammu väärtused paralleelsete assotsieerumiste jaoks. Kuna juhtmed on seotud paralleelselt, rakendame nüüd võrrandis eelmise üksuse väärtusi paralleelsete ühenduste jaoks.
   • (1 / R_(kokku)) = (1 / R₍₁₊₂₎) + (1 / R₍₃₊₄₎).
   • (1 / R_(kokku)) = (1/3Ω) + (1/2Ω).
   • (1 / R_(kokku)) = 5/6.
   • R_(kokku) = 1,2Ω.

4. 

   Arvutage kogupotentsiaali erinevus. Kuna potentsiaalne erinevus on paralleelses ühenduses sama, võime öelda järgmist:
   • U_(kokku) = U₁ = 3 V.

5. 

   Kohaldage Oh M. Kasutage nüüd seadust Oh M kogu elektrivoolu väärtuse määramiseks.
   • U_(kokku) = Mina_(kokku) x R_(kokku).
   • Mina_(kokku) = U_(kokku)/ R_(kokku).
   • Mina_(kokku) = 3 V / 1,2Ω.
   • Mina_(kokku) = 2,5 A.

Näpunäited

• Paralleelse vooluahela kogutakistuse väärtus on alati väiksem kui kõik teised takistid ühingus.
• Oluline terminoloogia:
  • Elektriahel: juhtmetega ühendatud komponentide komplekt (takistid, kondensaatorid ja induktiivpoolid), mille kaudu elektrivool läbib järjekorda.
  • Takistid: komponendid, mis võivad vähendada elektrivoolu intensiivsust.
  • Elektrivool: tellitud vooluhulk. Teie S.I. üksus on ampere (THE).
  • Potentsiaalne erinevus (ddp): toodetud elektrilaengu ühik. Teie S.I. üksus on volt (V).
  • Elektritakistus: elektrivoolu läbipääsu takistuse mõõt. Teie S.I. üksus on Oh M (Ω).