Sadržaj

• koraci
• Savjet

Najjednostavniji način zamisliti serijski krug je misliti na lanac elemenata. Ovi su elementi složeni uzastopno, na istoj liniji. Dakle, postoji samo jedan put koji elektroni i naboji mogu krenuti. Nakon razumijevanja detalja uključenih u serijsku povezanost, možete naučiti kako izračunati ukupnu električnu struju.

koraci

Dio 1 od 4: Učenje osnovne terminologije

1. 

   Shvatite što je trenutno. Električna struja je uređeni protok električno nabijenih čestica (poput elektrona) ili, matematički, protok naboja po jedinici vremena. Ali što je naboj i elektron? Elektroni su negativno nabijena čestica. Naplata je fizičko svojstvo materije koja se koristi za utvrđivanje je li pozitivno ili negativno nabijeno. Poput magneta, privlače se naboji jednakih signala i naboji suprotnih signala.
   • Upotrijebimo vodu kao primjer. Voda nastaje molekulom H₂O (dva atoma vodika i jedan atom kisika spojeni zajedno). Znamo da se atom kisika i vodikovi atomi zajedno formiraju u molekuli H₂KD.
   • Struja vode sastoji se od milijuna i milijuna tih molekula. Struju vode možemo usporediti s električnom; molekule vode jednake su elektronima, a električni naboj atomima vodika i kisika.

2. 

   
   
   Shvatite što je potencijalna razlika. Razlika potencijala (koja se naziva i električni napon) je "sila" koja uzrokuje pomicanje električne struje. Da bismo ilustrirali koja je potencijalna razlika, razmislimo o bateriji: unutar nje se nalazi niz kemijskih reakcija koje dovode do aglomeracije elektrona na njenom pozitivnom polu.
   • Ako putem žice povežemo pozitivni pol akumulatora na negativni pol, prouzročit ćemo pomicanje elektrona (to se događa zbog odbijanja naboja istog signala).
   • Zbog principa očuvanja električnog naboja (on kaže da zbroj električnih naboja u izoliranom sustavu mora biti konstantan), elektroni će pokušati uravnotežiti naboje u sustavu od točke najviše koncentracije do točke najniže koncentracije (tj. od pozitivnog pola do negativnog pola baterije).
   • Ovo kretanje elektrona stvara potencijalnu razliku (ili jednostavno ddp).

3. 

   
   
   Shvatite što je otpor. Električni otpor je suprotnost protoku električnih naboja.
   • Otpornici su komponente kruga koji imaju značajan otpor. Oni su raspoređeni u određenim dijelovima kruga za regulaciju protoka naboja ili elektrona.
   • Ako u krugu nema otpornika, neće biti kontrole kretanja elektrona. U tom slučaju oprema može primiti višak opterećenja i na kraju biti oštećena (ili pregrijavanje zbog preopterećenja).

Dio 2 od 4: Izračunavanje ukupne električne struje serijskog kruga

1. 

   
   
   Izračunajte ukupni otpor. Uzmi plastičnu slamu i popij malo vode. Sada drobite neke dijelove slame i ponovno pijte. Jeste li primijetili neku razliku? Tekućina bi trebala doći u manjoj količini. Svaki ugušeni dio slame djeluje kao otpornik; služe za blokiranje prolaska vode (koja zauzvrat igra ulogu električne struje). Kako su udubine u nizu, kažemo da su u seriji. Na temelju ovog primjera, možemo zaključiti da će ukupni otpor asocijacije na seriju biti jednak:
   • R_(Ukupno) = R₁ + R₂ + R₃.

2. 

   Izračunajte razliku u ukupnom potencijalu. U većini slučajeva ukupna vrijednost ddp bit će navedena u izjavi; ako problem pruža pojedinačne vrijednosti DDP-a za svaki otpornik, možemo upotrijebiti sljedeću jednadžbu:
   • U_(Ukupno) = U₁ + U₂ + U₃.
   • Zašto ova jednadžba? Ponovno razmotrimo analogiju slame: nakon što je mijesite, što se događa? Morat ćete se snažnije gurnuti da voda prođe kroz slamu. Ukupna sila koju stvarate ovisi o zbroju sila potrebnih u svakoj zgužvanoj točki na slami.
   • Potrebna "snaga" je razlika potencijala; izaziva protok vode ili električne struje. Stoga možemo zaključiti da će se ukupni ddp izračunati dodavanjem pojedinih ddps svakog otpornika.

3. 

   Izračunajte ukupnu električnu struju u sustavu. Ponovno korištenje analogije s slamom: nakon što je mijesite, mijenja li se količina vode? Ne. Iako se brzina tekućine mijenja, količina vode koju pijete ne mijenja se. Ako promatrate kako voda ulazi i izlazi iz zdrobljenih dijelova slame, primijetit ćete da su ove dvije količine iste; to je zbog fiksne brzine protoka tekućine. Stoga možemo potvrditi da:
   • ja₁ = Ja₂ = Ja₃ = Ja_(Ukupno).

4. 

   Sjetite se prvog zakona od Oh M. Uz prikazane jednadžbe možete koristiti i jednadžbu zakona od Oh M: odnosi se na potencijalnu razliku (ddp), ukupnu struju i otpor kruga.
   • U_(Ukupno) = Ja_(Ukupno) x R_(Ukupno).

5. 

   Riješite sljedeći primjer. Tri otpornika, R₁ = 10Ω, R₂ = 2Ω i R₃ = 9Ω, pridruženi su u nizu. Razlika potencijala primijenjena na krug je 2,5 V. Izračunajte vrijednost ukupne električne struje. Za početak, izračunajmo ukupni otpor kruga:
   • R_(Ukupno) = 10Ω + 2Ω + 9Ω.
   • Stoga, R_(Ukupno)= 21Ω

6. 

   Primijeni zakon iz Oh M za određivanje ukupne vrijednosti električne struje:
   • U_(Ukupno) = Ja_(Ukupno) x R_(Ukupno).
   • ja_(Ukupno) = U_(Ukupno)/ R_(Ukupno).
   • ja_(Ukupno) = 2,5 V / 21Ω.
   • ja_(Ukupno) = 0,1190A.

Dio 3 od 4: Izračunavanje paralelne ukupne električne struje kruga

1. 

   Shvatite što je paralelni krug. Kao što naziv govori, paralelni krug sadrži elemente raspoređene paralelno. Za to se koristi više žica za stvaranje staza kroz koje može prolaziti električna struja.

2. 

   Izračunajte razliku u ukupnom potencijalu. Kako su sve terminologije već objašnjene u prethodnom odjeljku, prijelazimo izravno na demonstraciju jednadžbi primijenjenih u paralelnim krugovima. Za ilustraciju, zamislite cijev s dvije vilice (različitog promjera). Da bi voda mogla proći kroz dvije cijevi, bit će potrebno primijeniti različite sile na svaku od njih? Ne. Trebat će vam samo dovoljna snaga da bi voda tekla. Stoga, smatrajući da voda igra ulogu električne struje i da sila igra ulogu potencijalne razlike, možemo reći da:
   • U_(Ukupno) = U₁ = U₂ = U₃.

3. 

   Izračunajte ukupni električni otpor. Pretpostavimo da želite regulirati vodu koja prolazi kroz dvije cijevi. Koji bi bio najbolji način za to? Koristite samo jedan zaporni ventil na svakom vilicu ili ugradite više ventila uzastopno? Druga bi opcija bila najbolji izbor. Kod otpora analogija djeluje na isti način. Otpornici spojeni serijski reguliraju električnu struju na mnogo učinkovitiji način nego kad su paralelno spojeni. Jednadžba koja se koristi za izračunavanje ukupnog otpora u paralelnom krugu je:
   • 1 / R_(Ukupno) = (1 / R₁) + (1 / R₂) + (1 / R₃).

4. 

   Izračunajte ukupnu električnu struju. Vratimo se našem primjeru: put kroz koji prolazi voda je podijeljen. Isto vrijedi i za električnu struju. Kako postoji više staza kroz koje može proći teret, kažemo da je struja podijeljena. Različite staze ne moraju nužno dobiti istu količinu tereta. To ovisi o otporima i materijalima svake žice. Stoga će jednadžba za izračun ukupne električne struje biti zbroj struja za svaki put:
   • ja_(Ukupno) = Ja₁ + Ja₂ + Ja₃.
   • Ne možemo koristiti ovu formulu bez pojedinačnih vrijednosti električne struje. U ovom slučaju možemo primijeniti i prvi zakon iz Oh M.

Dio 4 od 4: Rješavanje primjera s paralelnim i serijskim krugovima

1. 

   Riješite sljedeći primjer. Četiri otpornika u jednom krugu podijeljena su paralelno na dvije žice. Prvi niz sadrži R₁ = 1Ω i R₂ = 2Ω. Druga žica sadrži R₃ = 0,5Ω i R₄ = 1,5Ω. Otpornici svake žice povezani su u nizu. Razlika potencijala primijenjena na prvu žicu je 3V. Izračunajte ukupnu vrijednost električne struje.

2. 

   Započnite s izračunavanjem ukupnog otpora. Budući da su otpornici na svakoj žici serijski povezani, prvo izračunavamo ukupni otpor na svakoj žici.
   • 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. 

   Zamijenite vrijednosti iz prethodnog koraka u jednadžbi za paralelne asocijacije. Kako su žice paralelno povezane, sada za jednadžbu primjenjujemo vrijednosti iz prethodne točke u jednadžbi.
   • (1 / R_(Ukupno)) = (1 / R₍₁₊₂₎) + (1 / R₍₃₊₄₎).
   • (1 / R_(Ukupno)) = (1/3Ω) + (1/2Ω).
   • (1 / R_(Ukupno)) = 5/6.
   • R_(Ukupno) = 1,2Ω.

4. 

   Izračunajte razliku u ukupnom potencijalu. Kako je razlika u potencijalima jednaka u paralelnoj asocijaciji, možemo reći da:
   • U_(Ukupno) = U₁ = 3V.

5. 

   Primijeni zakon iz Oh M. Koristite zakon od Oh M odrediti vrijednost ukupne električne struje.
   • U_(Ukupno) = Ja_(Ukupno) x R_(Ukupno).
   • ja_(Ukupno) = U_(Ukupno)/ R_(Ukupno).
   • ja_(Ukupno) = 3V / 1,2Ω.
   • ja_(Ukupno) = 2,5 A.

Savjet

• Vrijednost ukupnog otpora paralelnog kruga uvijek je manja od vrijednosti otpora svi ostali otpornici u udruzi.
• Važne terminologije:
  • Električni krug: skup komponenti (otpornici, kondenzatori i induktori) povezani žicama kroz koje prolazi električna struja u redu.
  • Otpornici: komponente koje mogu smanjiti intenzitet električne struje.
  • Električna struja: naređeni protok električnih naboja. Vaša S.I. jedinica je amper (U).
  • Potencijalna razlika (ddp): rad proizveden po jedinici električnog naboja. Vaša S.I. jedinica je volt (V).
  • Električni otpor: mjera suprotnosti prolasku električne struje. Vaša S.I. jedinica je Oh M (Ω).