תוֹכֶן

• צעדים
• טיפים

הדרך הפשוטה ביותר לדמיין מעגל סדרה היא לחשוב על שרשרת אלמנטים. אלמנטים אלה מסודרים ברצף באותו קו. לפיכך, יש רק נתיב אחד שיכולים לעבור אלקטרונים ומטענים. לאחר הבנת הפרטים המעורבים באסוציאציה סדרתית, תוכלו ללמוד כיצד לחשב את הזרם החשמלי הכולל.

צעדים

חלק 1 מתוך 4: לימוד המינוחים הבסיסיים

1. 

   הבינו מה הנוכחי. זרם חשמלי הוא זרימה מסודרת של חלקיקים טעונים חשמלית (כמו אלקטרונים) או, באופן מתמטי, זרימת המטענים לזמן יחידה. אבל מה זה מטען ואלקטרון? האלקטרון הוא חלקיק טעון שלילי. חיוב הוא תכונה פיזית של חומר המשמש לזיהוי אם הוא טעון באופן חיובי או שלילי. כמו מגנטים, מטעני אותות שווים דוחים ומטענים של אותות הפוכים נמשכים.
   • בואו נשתמש במים כדוגמה. מים נוצרים על ידי מולקולת H₂O (שני אטומי מימן ואטום חמצן אחד קשורים זה לזה). אנו יודעים כי אטום החמצן ואטומי המימן נפגשים זה מזה ויוצרים את מולקולת H₂ה.
   • זרם מים מורכב ממיליונים ומיליונים של מולקולות אלה. אנו יכולים להשוות את זרם המים לזרם החשמלי; מולקולות המים שוות ערך לאלקטרונים, והמטען החשמלי לאטומי המימן והחמצן.

2. 

   
   
   להבין מה ההבדל הפוטנציאלי. ההבדל הפוטנציאלי (המכונה גם מתח חשמלי) הוא ה"כוח "שגורם לזרם החשמלי לנוע. כדי להמחיש מה ההבדל הפוטנציאלי, בואו נחשוב על סוללה: בתוכה יש סדרה של תגובות כימיות המובילות לאגרגורציה אלקטרונית בקוטב החיובי שלה.
   • אם נחבר את הקוטב החיובי של הסוללה לקוטב השלילי דרך חוט, אנו נגרם לאלקטרונים לנוע יחד (זה נובע מהדחיית המטענים של אותו האות).
   • בשל עיקרון שימור המטען החשמלי (לדבריו סכום המטענים החשמליים במערכת מבודדת חייב להיות קבוע), האלקטרונים ינסו לאזן בין המטענים במערכת מנקודת הריכוז הגבוה ביותר לנקודת הריכוז הנמוכה ביותר (כלומר, מהקוטב החיובי לקוטב השלילי של הסוללה).
   • תנועת אלקטרונים זו מייצרת הבדל פוטנציאלי (או פשוט ddp).

3. 

   
   
   להבין מהי התנגדות. התנגדות חשמלית היא ההתנגדות לזרם המטענים החשמליים.
   • נגדים הם רכיבים במעגל בעלי התנגדות משמעותית. הם מסודרים בחלקים מסוימים של המעגל כדי לווסת את זרימת המטענים או האלקטרונים.
   • אם אין נגדים במעגל, לא תהיה שליטה על תנועת האלקטרונים. במקרה זה, הציוד עלול לקבל עומסים עודפים ובסופו של דבר ייפגע (או התחממות יתר בגלל עומס יתר).

חלק 2 מתוך 4: חישוב זרם החשמל הכולל של מעגל סדרה

1. 

   
   
   חשב את ההתנגדות הכוללת. קח קש פלסטיק ושתה מעט מים. כעת, ריסקו כמה חלקים מהקש ושתו שוב. האם הבחנת בהבדל כלשהו? הנוזל צריך לבוא בכמות קטנה יותר. כל חלק שקוע בקש משמש כנגד; הם משמשים כדי לחסום את מעבר המים (אשר בתורם ממלא את התפקיד של זרם חשמלי). כאשר השקעים ברצף, אנו אומרים שהם בסדרה. על סמך דוגמא זו, אנו יכולים להסיק כי ההתנגדות המוחלטת של איגוד סדרות תהיה שווה ל:
   • ר_(סה"כ) = R₁ + R₂ + R₃.

2. 

   חשב את ההפרש בפוטנציאל הכולל. ברוב העניינים, ערך ה- ddp הכולל יימסר בהצהרה; אם הבעיה מספקת את ערכי ה- ddp האישיים עבור כל נגד, נוכל להשתמש במשוואה הבאה:
   • U_(סה"כ) = U₁ + U₂ + U₃.
   • מדוע המשוואה הזו? בואו נשקול שוב את אנלוגיית הקש: לאחר לישה, מה קורה? תצטרך לדחוף חזק יותר כדי שהמים יעברו דרך הקש. הכוח הכולל שאתה עושה תלוי בסכום הכוחות הנדרשים בכל נקודה מקומטת על הקש.
   • "הכוח" הדרוש הוא ההבדל הפוטנציאלי; זה גורם לזרימת מים או זרם חשמלי. לפיכך, אנו יכולים להסיק כי ה- ddp הכולל יחושב על ידי הוספת ה- ddps האינדיבידואלית של כל הנגד.

3. 

   חשב את הזרם החשמלי הכולל של המערכת. משתמש שוב באנלוגיית הקש: לאחר לישה, האם כמות המים משתנה? לא. למרות שמהירות הנוזל משתנה, כמות המים שאתה שותה לא משתנה. אם אתה צופה במים נכנסים ויוצאים מהחלקים הכתושים של הקש, תבחין ששני הכמויות הללו זהים; זה נובע מהמהירות הקבועה של זרימת הנוזל. לכן אנו יכולים לאשר כי:
   • אני₁ = אני₂ = אני₃ = אני_(סה"כ).

4. 

   זכור את החוק הראשון של הו מ. בנוסף למשוואות המוצגות, תוכלו להשתמש גם במשוואה של החוק של הו מ: זה מתייחס להבדל הפוטנציאלי (ddp), לזרם הכולל והתנגדות המעגל.
   • U_(סה"כ) = אני_(סה"כ) x R_(סה"כ).

5. 

   לפתור את הדוגמה הבאה. שלושה נגדים, R₁ = 10Ω, R₂ = 2Ω ו- R₃ = 9Ω, משויכים בסדרות. ההבדל הפוטנציאלי המופעל על המעגל הוא 2.5 וולט. חשב את הערך של הזרם החשמלי הכולל. כדי להתחיל, בואו נחשב את ההתנגדות הכוללת של המעגל:
   • ר_(סה"כ) = 10Ω + 2Ω + 9Ω.
   • לָכֵן, ר_(סה"כ)= 21Ω

6. 

   להחיל את החוק של הו מ לקביעת הערך הכולל הנוכחי של החשמל:
   • U_(סה"כ) = אני_(סה"כ) x R_(סה"כ).
   • אני_(סה"כ) = U_(סה"כ)/ R_(סה"כ).
   • אני_(סה"כ) = 2.5 וולט / 21Ω.
   • אני_(סה"כ) = 0.1190A.

חלק 3 מתוך 4: חישוב הזרם החשמלי הכולל של מעגל במקביל

1. 

   להבין מהו מעגל מקביל. כפי שמשתמע מהשם, המעגל המקביל מכיל אלמנטים המסודרים במקביל. לשם כך משתמשים בחוטים מרובים ליצירת נתיבים דרכם יכול הזרם החשמלי לנוע.

2. 

   חשב את ההפרש בפוטנציאל הכולל. כפי שכבר הוסבר כל המינוחים בסעיף הקודם, אנו עוברים ישירות להפגנת המשוואות המיושמות במעגלים מקבילים. כדי להמחיש, דמיין צינור עם שני מזלגות (בקטרים ​​שונים). למים שיעברו בין שני הצינורות, האם יהיה צורך להפעיל כוחות שונים על כל אחד מהם? לא. תצטרך רק מספיק כוח כדי לגרום לזרם המים. לפיכך, בהתחשב בכך שמים ממלאים את תפקיד הזרם החשמלי וכוח זה ממלא את תפקיד ההבדל הפוטנציאלי, אנו יכולים לומר כי:
   • U_(סה"כ) = U₁ = U₂ = U₃.

3. 

   חשב את ההתנגדות החשמלית הכוללת. נניח שאתה רוצה לווסת את המים העוברים בין שני הצינורות. מה תהיה הדרך הטובה ביותר לעשות זאת? להשתמש רק במסתם עצירה אחד בכל מזלג או להתקין שסתומים מרובים ברצף? האפשרות השנייה תהיה הבחירה הטובה ביותר. עבור התנגדות, האנלוגיה עובדת באותה צורה. נגדים המחוברים בסדרות מווסתים את הזרם החשמלי בצורה הרבה יותר יעילה מאשר כאשר הם מחוברים במקביל. המשוואה המשמשת לחישוב ההתנגדות הכוללת במעגל מקביל היא:
   • 1 / R_(סה"כ) = (1 / R₁) + (1 / R₂) + (1 / R₃).

4. 

   חשב את הזרם החשמלי הכולל. חוזרים לדוגמא שלנו: הדרך שבה עוברים מים מחולקת. כך גם בזרם חשמלי. מכיוון שישנם שבילים רבים שדרכם עומס יכול לנוע, אנו אומרים שהזרם מחולק. הנתיבים השונים לא בהכרח יקבלו כמות זהה של עומסים. זה תלוי בהתנגדות ובחומרים של כל חוט. לכן המשוואה לחישוב הזרם החשמלי הכולל תהיה סכום הזרמים לכל מסלול:
   • אני_(סה"כ) = אני₁ + אני₂ + אני₃.
   • איננו יכולים להשתמש בנוסחה זו ללא ערכי הזרם החשמלי הבודדים. במקרה זה, אנו יכולים להחיל גם את החוק הראשון של הו מ.

חלק 4 מתוך 4: פיתרון דוגמה במעגלים מקבילים וסדרות

1. 

   לפתור את הדוגמה הבאה. ארבעה נגדים במעגל מחולקים לשני חוטים במקביל. המחרוזת הראשונה מכילה R₁ = 1Ω ו- R₂ = 2Ω. החוט השני מכיל R₃ = 0.5Ω ו- R₄ = 1.5Ω. הנגדים של כל חוט קשורים בסדרות. ההבדל הפוטנציאלי המופעל על החוט הראשון הוא 3V. חשב את הערך הכולל של הזרם החשמלי.

2. 

   התחל בחישוב ההתנגדות הכוללת. מכיוון שהנגדים בכל חוט מחוברים בסדרה, אנו מחשבים תחילה את ההתנגדות הכוללת על כל חוט.
   • ר₍₁₊₂₎ = R₁ + R₂.
   • ר₍₁₊₂₎ = 1Ω + 2Ω.
   • ר₍₁₊₂₎ = 3Ω.
   • ר₍₃₊₄₎ = R₃ + R₄.
   • ר₍₃₊₄₎ = 0,5Ω + 1,5Ω.
   • ר₍₃₊₄₎ = 2Ω.

3. 

   החלף את הערכים מהצעד הקודם במשוואה עבור אסוציאציות מקבילות. מכיוון שהחוטים קשורים במקביל, אנו מיישמים כעת את הערכים מהפריט הקודם במשוואה עבור חיבורים במקביל.
   • (1 / R_(סה"כ)) = (1 / R₍₁₊₂₎) + (1 / R₍₃₊₄₎).
   • (1 / R_(סה"כ)) = (1/3Ω) + (1/2Ω).
   • (1 / R_(סה"כ)) = 5/6.
   • ר_(סה"כ) = 1,2Ω.

4. 

   חשב את ההפרש בפוטנציאל הכולל. מכיוון שההבדל הפוטנציאלי זהה באסוציאציה מקבילה, אנו יכולים לומר כי:
   • U_(סה"כ) = U₁ = 3V.

5. 

   להחיל את החוק של הו מ. עכשיו, השתמש בחוק של הו מ כדי לקבוע את הערך של הזרם החשמלי הכולל.
   • U_(סה"כ) = אני_(סה"כ) x R_(סה"כ).
   • אני_(סה"כ) = U_(סה"כ)/ R_(סה"כ).
   • אני_(סה"כ) = 3V / 1.2Ω.
   • אני_(סה"כ) = 2.5 א.

טיפים

• הערך של ההתנגדות הכוללת של מעגל מקביל הוא תמיד פחות מערך ההתנגדות של את כל הנגדים האחרים באגודה.
• מונחים חשובים:
  • מעגל חשמלי: מערכת רכיבים (נגדים, קבלים ומשרנים) המחוברים באמצעות חוטים דרכם עובר זרם חשמלי בסדר.
  • נגדים: רכיבים שיכולים להפחית את עוצמת הזרם החשמלי.
  • זרם חשמלי: הזרמת מטענים חשמליים הורה. יחידת S.I. שלך היא ה- אַמְפֵּר (ה).
  • הפרש פוטנציאלי (ddp): עבודה המיוצרת ליחידת מטען חשמלי. יחידת S.I. שלך היא ה- ווֹלט (ו).
  • התנגדות חשמלית: מדד להתנגדות למעבר זרם חשמלי. יחידת S.I. שלך היא ה- הו מ (Ω).