Як розрахувати напругу на опорі
Якщо вам необхідно знайти напруга на опорі (резистори), насамперед необхідно визначити тип електричного кола. Бажано також розуміти основні терміни, використовувані у фізиці і електротехніке- ці терміни наведені у перших кроках Методу 1.
Кроки
Метод 1 з 2: Послідовне з`єднання
1
Ознайомтеся зі значенням поняття електричний струм. Спочатку розглянемо, що дане поняття (надалі для стислості зване просто струмом) означає з технічної точки зору. Скористаємося аналогією: уявіть, що ви помістили кілька зерен кукурудзи в воду, що тече по трубі. Потік еквівалентний току, а зерна служать аналогією електронів.- Оскільки мовою фізики є математика, ми повинні визначити точну зв`язок між електронами і струмом. Електрони - це що володіють електричним зарядом елементарні частинки. Електричний заряд - властивість матерії, він може бути позитивним або отріцательним- однакові заряди відштовхуються, а протилежні притягуються.
- Таким чином, електрони мають заряд, а струм переноситься електронами, тобто ми можемо сказати, що струм містить заряд. Заряд пов`язує електрони і і струм, і з його допомогою можна чисельно описати роль електронів. Схожим чином ток - це потік заряду в одиницю часу.
2
Ознайомтеся з поняттям напруги. Користуючись тією ж аналогією, для створення потоку і переміщення насіння необхідна якась сила, яка і відповідає електричному напрузі. Уявіть собі електричну батарею. Всередині неї відбуваються хімічні реакції, в результаті яких утворюються вільні електрони. Як вам відомо, у батареї є позитивний і негативний контакт.- Електрони скупчуються біля негативного полюса батареї. Як і у випадку відомого закону збереження маси, зміна має чимось компенсуватися. Електрони є негативно зарядженими частинками, тому вони відштовхуються один від одного.
- Якщо ви підключіть дріт до негативного і позитивного полюса батареї, враховуючи те, що біля кожного полюса знаходиться різна кількість електронів, останні почнуть перетікати від негативного полюса (де їх більше) до позитивного (де їх менше), відповідно до закону збереження заряду і тому факту, що однойменні заряди відштовхуються.
- Така різниця в кількості електронів називається різницею потенціалів, або напругою.
3
Ознайомтеся з поняттям послідовного з`єднання. Послідовне з`єднання опорів - це таке, при якому вони розташовані у вигляді ланцюжка. Уявіть типовий потяг, в якому кожен вагон відповідає окремому резистору. Перший і останній резистори під`єднані до полюсів батареї або іншого джерела напруги.
4
Обчисліть загальний струм і струми, що проходять через кожен резистор. Як уже згадувалося, виконується закон збереження заряду. Таким чином, якщо певна кількість заряду Q1 покидає опір 1, це означає, що даний заряд Q1 повинен надійти в опір 2, інакше заряд накопичувався б в сполучної дроті.- Уявіть, що ви п`єте за допомогою соломинки. Якщо ви перегне соломинку в декількох місцях, вам доведеться докласти більше зусиль (сильніше всмоктувати) для того, щоб вода текла через соломинку, але кількість води при цьому залишиться незмінним. Поточна вода відповідає струму, а її кількість - заряду. Це можна уявити таким чином:
- I 1 = I 2 = I 3 = I загальний
5
Визначте окремі опору і розрахуйте величину загального опору. Повертаючись до кроку 3, ми повинні контролювати запас електронів в батареї, інакше вона швидко розрядиться. Для цього і використовуються опору.- Знову скористаємося аналогією з соломинкою: резистори подібні її перегинам. Чим більше таких перегинів, тим вище загальний опір. Опору окремих резисторів практично завжди є заданими величинами. Якщо необхідно знайти загальний опір ланцюга, що містить три резистори, ми просто складаємо опору цих резисторів, ось так:
- R загальне = R 1 + R 2 + R 3
6
Ознайомтеся з законом Ома. Визначення напруги вже було дано в кроці 3. Для кращого розуміння напруги ми можемо провести аналогію між ним і тиском, який додається вами до соломинки, як було описано в кроці 4. До того ж, чим більше перегинів на соломинці, тим більший тиск необхідно прикладати до ній. Це означає, що чим вище опір, тим більша напруга необхідно для пропускання струму через нього.- Співвідношення між напругою, струмом і опором було отримано Георгом Симоном Омом. Закон Ома свідчить, що струм пропорційний прикладеній напрузі. Коефіцієнт пропорційності і є опором. Закон Ома справедливий як для напруги на окремій ділянці ланцюга, так і для загальної напруги всього ланцюга, і записується у вигляді: V = IR
7
Знайдіть напругу на окремому резистори. Оскільки резистори чинять опір "силі", що додається для створення струму, можна припустити, що напруга падає на кожній ділянці ланцюга, що володіє опором. Якщо ми складемо величини падіння напруги на всіх резисторах, то отримаємо загальну напругу в ланцюзі послідовно з`єднаних резисторів.- Уявіть, що ви розрізаєте піцу на шматки. Якщо ви підрахуєте загальна кількість шматків і складіть їх разом, то знову отримаєте цілу піцу. Подібно до цього загальну напругу є сумою падінь напруги на кожному резисторі ланцюга. Це можна виразити таким рівністю:
- V загальне = V 1 + V 2 + V3
8
Як приклад розглянемо задачу. Користуючись наведеними вище рівняннями, ми можемо розрахувати напругу в наступному прикладі. Три резистора з опорами R1 = 5 Ом, R2 = 10 Ом і R3 = 15 Ом з`єднані послідовно. Через них протікає струм силою 2 A. Необхідно знайти падіння напруги на резистори 1 і загальну напругу в ланцюзі. Розрахуємо загальну напругу за загальним опору ланцюга і току в ній.- R загальне = R 1 + R 2 + R 3
- R загальне = 5 Ом + 10 Ом + 15 Ом
- R загальне = 30 Ом
- V загальне = I загальне R загальне
- V загальне = (2 A) (30 Ом)
- V загальне = 60 В
- Знайдемо V1: V 1 = I 1 R1
- V 1 = (2 A) (5 Ом)
- V 1 = 10 В
Метод 2 з 2: Паралельне з`єднання
1
Ознайомтеся з поняттям паралельного з`єднання. Як випливає з назви, в цьому випадку ланцюг складається з елементів, з`єднаних паралельно один одному. Два або більше резистора безпосередньо приєднані до позитивного і негативного полюсів батареї або іншого джерела напруги.
2
Обчисліть загальний струм в ланцюзі. Оскільки ми тепер знаємо, що таке струм, напруга і опір, можна опустити опис їх фізичної сутності. При паралельному з`єднанні струм протікає по декількох шляхах одночасно, і його сила в кожній гілці визначається її опором.- Уявіть трубу, розділену на дві неоднакові гілки, по них буде протікати різну кількість води. Можна провести паралель між потоком води і електричним струмом. Якщо потік води розщеплюється на два, це означає, що загальний потік являє собою суму двох окремих потоків.
- Це можна застосувати і до струму, що протікає через паралельно з`єднану ланцюг: для знаходження загального струму необхідно скласти струми, що протікають через кожен резистор. Це можна записати наступним чином:
- I загальний = I 1 + I 2 + I 3
3
Знайдіть загальний опір кола. Користуючись все тієї ж аналогією з трубами, уявіть, що станеться, якщо встановити в трубах якісь перешкоди. Яке розташування перешкод більш ефективно для утруднення протоку води: паралельне, або якщо перешкоди розташовані слідом один за одним? Очевидно, паралельне розташування створює менший опір потоку. Подібна картина спостерігається і в разі резисторів. Оскільки резистори перешкоджають протіканню електричного струму, більш ефективно їх послідовне з`єднання.- При паралельному з`єднанні загальний опір менше, ніж при послідовному. Загальний опір при паралельному з`єднанні знаходиться за наступною формулою: 1 / R загальне = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3
4
Визначте загальну напругу в ланцюзі. Згідно з тією ж аналогією, тиск, або "сила", необхідна для переміщення води, незважаючи на кілька гілок, залишається тією ж. Якщо провести аналогію між "силою" і напругою, то напруга в ланцюзі також повинно залишитися незмінним.- Оскільки паралельно з`єднані елементи підключені до одних і тих же полюсів, на них буде однакова напруга, тому можна скористатися наступним рівністю: V загальне = V1 = V2 = V3
5
Як вчинити, якщо не дано загальну напругу? Здавалося б, все ясно, але що, якщо в задачі не наведено значення напруги в колі? У такому випадку можна скористатися законом Ома, описаним вище. Наприклад: три резистора R1 = 5 Ом, R2 = 10 Ом і R3 = 15 Ом з`єднані паралельно. Через них протікають струми силою 2 A, 4 A і 6 A відповідно. Необхідно обчислити загальну напругу і напруги на кожному резисторі. Спочатку знайдемо загальний опір і загальний струм у ланцюзі:- 1 / R загальне = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3
- 1 / R загальне = 1/5 Ом + 1/10 Ом + 1/15 Ом
- 1 / R загальне = 11 Ом / 30 Ом
- R загальне = 2,7273 Ом
- I загальний = I1 + I2 + I3
- I загальний = 2 A + 4 A + 6 A
- I загальний = 12 A
- Тепер, використовуючи закон Ома: V загальне = I загальний R загальне
- V загальне = (2,7273 Ом) (12 A)
- V загальне = 4,4 В
- Згідно з визначенням загальної напруги в паралельній ланцюга, окремі напруги однакові і рівні загального: V загальне = V1 = V2 = V3 = 4,4 В
Поради
- Загальний опір паралельної ланцюга завжди менше, ніж опір БУДЬ входить до ланцюг резистора.
- Засвойте термінологію:
- Ланцюг - набір елементів (наприклад, резисторів, конденсаторів і котушок), з`єднаних дротом так, що через них може проходити електричний струм.
- Резистори, або опору - елементи, що роблять опір протікає через них струму і знижуючі його силу
- Струм - потік електричного заряду через дріт і елементи ланцюга, вимірюється в амперах (А)
- Напруга - робота, витрачається на переміщення одиничного заряду, вимірюється в вольтах (В)
- Опір - міра опору проходженню електричного струму, вимірюється в Омаха (Ом)
