Obsah

• Kroky
• Tipy

Nejjednodušší způsob, jak si představit sériový obvod, je vymyslet řetěz prvků. Tyto prvky jsou uspořádány za sebou na stejné lince. Existuje tedy pouze jedna cesta, kterou mohou vzít elektrony a náboje. Po pochopení podrobností zapojených do sériového spojení se můžete naučit, jak vypočítat celkový elektrický proud.

Kroky

Část 1 ze 4: Výuka základní terminologie

1. 

   Pochopte, co je aktuální. Elektrický proud je uspořádaný tok elektricky nabitých částic (jako jsou elektrony) nebo matematicky tok nábojů za jednotku času. Co je to náboj a elektron? Elektron je záporně nabitá částice. Poplatek je fyzická vlastnost látky, která se používá k identifikaci, zda je nabitá pozitivně nebo negativně. Stejně jako magnety jsou přitahovány náboje stejných signálů a náboje opačných signálů.
   • Jako příklad použijeme vodu. Voda je tvořena H molekulou₂O (dva atomy vodíku a jeden atom kyslíku jsou spojeny dohromady). Víme, že atom kyslíku a atomy vodíku se spojí a vytvoří molekulu H.₂THE.
   • Z těchto molekul je tvořen proud vody. Můžeme porovnat proud vody s elektrickým proudem; molekuly vody jsou ekvivalentní elektronům a elektrický náboj atomů vodíku a kyslíku.

2. 

   
   
   Pochopte, jaký je potenciální rozdíl. Potenciální rozdíl (nazývaný také elektrické napětí) je „síla“, která způsobuje pohyb elektrického proudu. Pro ilustraci toho, jaký je potenciální rozdíl, pojďme myslet na baterii: uvnitř ní je řada chemických reakcí, které vedou k aglomeraci elektronů na jejím kladném pólu.
   • Připojíme-li kladný pól baterie k zápornému pólu drátem, způsobíme, že se elektrony budou pohybovat společně (je to kvůli odpuzování nábojů stejného signálu).
   • Kvůli principu zachování elektrického náboje (říká, že součet elektrických nábojů v izolovaném systému musí být konstantní), se elektrony pokusí vyrovnat náboje v systému od bodu nejvyšší koncentrace do bodu nejnižší koncentrace (tj. od kladného pólu k zápornému pólu baterie).
   • Tento pohyb elektronů vytváří potenciální rozdíl (nebo jednoduše ddp).

3. 

   
   
   Pochopte, co je odpor. Elektrický odpor je opozicí proti toku elektrických nábojů.
   • Rezistory jsou součásti obvodu, které mají významný odpor. Jsou uspořádány v určitých částech obvodu k regulaci toku nábojů nebo elektronů.
   • Pokud v obvodu nejsou žádné odpory, nebude mít kontrola pohybu elektronů žádnou kontrolu. V takovém případě může být zařízení vystaveno nadměrnému zatížení a může dojít k poškození (nebo přehřátí v důsledku přetížení).

Část 2 ze 4: Výpočet celkového elektrického proudu sériového obvodu

1. 

   
   
   Vypočítejte celkový odpor. Vezměte plastovou slámku a vypijte trochu vody. Nyní rozdrťte některé části slámy a znovu vypijte. Všimli jste si nějakého rozdílu? Kapalina by měla přijít v menším množství. Každá prolomená část slámy působí jako odpor; slouží k blokování průchodu vody (která zase hraje roli elektrického proudu). Protože jsou promáčky v řadě, říkáme, že jsou v sérii. Na základě tohoto příkladu můžeme dojít k závěru, že celkový odpor sériového přidružení bude roven:
   • R_(celkový) = R₁ + R₂ + R₃.

2. 

   Vypočítejte rozdíl v celkovém potenciálu. Ve většině věcí bude celková hodnota ddp uvedena ve výpisu; Pokud problém poskytuje jednotlivé hodnoty ddp pro každý odpor, můžeme použít následující rovnici:
   • U_(celkový) = U₁ + U₂ + U₃.
   • Proč tato rovnice? Podívejme se znovu na analogii slámy: co se stane po hnětení? Budete muset tvrději tlačit, aby voda prošla slámou. Celková síla, kterou vytvoříte, závisí na součtu sil požadovaných v každém zmačkaném bodě na slámě.
   • Potřebná „síla“ je potenciální rozdíl; způsobuje průtok vody nebo elektrického proudu. Můžeme tedy dojít k závěru, že celkový ddp bude vypočítán přidáním jednotlivých ddps každého rezistoru.

3. 

   Vypočítejte celkový elektrický proud systému. Opakovaným použitím analogie slámy: mění se po hnětení množství vody? Ne. I když se rychlost kapaliny mění, množství vody, kterou pijete, se nemění. Pokud sledujete, jak voda vniká a opouští drcené části slámy, všimnete si, že tato dvě množství jsou stejná; je to způsobeno stálou rychlostí proudění kapaliny. Můžeme proto potvrdit, že:
   • Já₁ = Já₂ = Já₃ = Já_(celkový).

4. 

   Pamatujte na první zákon Oh M. Kromě znázorněných rovnic můžete také použít rovnici zákona Oh M: týká se rozdílu potenciálu (ddp), celkového proudu a odporu obvodu.
   • U_(celkový) = Já_(celkový) x R_(celkový).

5. 

   Vyřešte následující příklad. Tři odpory, R₁ = 10Ω, R₂ = 2Ω a R₃ = 9Ω, jsou sdruženy v sérii. Potenciální rozdíl aplikovaný na obvod je 2,5V. Vypočítejte hodnotu celkového elektrického proudu. Nejprve si vypočtěte celkový odpor obvodu:
   • R_(celkový) = 10Ω + 2Ω + 9Ω.
   • Proto, R_(celkový)= 21Ω

6. 

   Použít zákon Oh M pro stanovení hodnoty celkového elektrického proudu:
   • U_(celkový) = Já_(celkový) x R_(celkový).
   • Já_(celkový) = U_(celkový)/ R_(celkový).
   • Já_(celkový) = 2,5 V / 21Ω.
   • Já_(celkový) = 0,190A.

Část 3 ze 4: Výpočet celkového elektrického proudu obvodu paralelně

1. 

   Pochopte, co je paralelní obvod. Jak název napovídá, paralelní obvod obsahuje prvky uspořádané paralelně. K tomu se používá více vodičů k vytvoření cest, kterými může elektrický proud cestovat.

2. 

   Vypočítejte rozdíl v celkovém potenciálu. Protože všechny terminologie již byly vysvětleny v předchozí části, jdeme přímo k demonstraci rovnic aplikovaných v paralelních obvodech. Pro ilustraci si představte trubku se dvěma vidlicemi (s různými průměry). Aby voda prošla oběma trubkami, bude nutné na každou z nich vyvinout různé síly? Ne. Budete potřebovat jen tolik síly, aby voda proudila. Proto vzhledem k tomu, že voda hraje roli elektrického proudu a že síla hraje roli potenciálního rozdílu, můžeme říci, že:
   • U_(celkový) = U₁ = U₂ = U₃.

3. 

   Vypočítejte celkový elektrický odpor. Předpokládejme, že chcete regulovat vodu, která prochází oběma trubkami. Jaký by byl nejlepší způsob, jak toho dosáhnout? Na každou vidlici používejte pouze jeden uzavírací ventil nebo postupně instalujte více ventilů? Druhá možnost by byla tou nejlepší volbou. Pro odpory funguje analogie stejným způsobem. Rezistory zapojené do série regulují elektrický proud mnohem účinnějším způsobem, než když jsou zapojeny paralelně. Rovnice použitá pro výpočet celkového odporu v paralelním obvodu je:
   • 1 / R_(celkový) = (1 / R₁) + (1 / R₂) + (1 / R₃).

4. 

   Vypočítejte celkový elektrický proud. Vrátíme se k našemu příkladu: cesta, kterou prochází voda, je rozdělena. Totéž platí pro elektrický proud. Protože existuje více cest, kterými mohou zatížení projíždět, říkáme, že proud je rozdělen. Různé cesty nemusí nutně přijímat stejné množství zatížení. To závisí na odporech a materiálech každého drátu. Rovnice pro výpočet celkového elektrického proudu bude tedy součtem proudů pro každou cestu:
   • Já_(celkový) = Já₁ + Já₂ + Já₃.
   • Tento vzorec nemůžeme použít bez jednotlivých hodnot elektrického proudu. V tomto případě můžeme také použít první zákon ze dne Oh M.

Část 4 ze 4: Řešení příkladu s paralelními a sériovými obvody

1. 

   Vyřešte následující příklad. Čtyři odpory v obvodu jsou paralelně rozděleny na dva dráty. První řetězec obsahuje R₁ = 1Ω a R₂ = 2Ω. Druhý vodič obsahuje R₃ = 0,5Ω a R₄ = 1,5Ω. Rezistory každého drátu jsou sdruženy v sérii. Potenciální rozdíl aplikovaný na první vodič je 3V. Vypočítejte celkovou hodnotu elektrického proudu.

2. 

   Začněte výpočtem celkového odporu. Protože odpory na každém vodiči jsou zapojeny v sérii, vypočítáme nejprve celkový odpor na každém vodiči.
   • 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. 

   Nahraďte hodnoty z předchozího kroku v rovnici pro paralelní asociace. Protože dráty jsou spojeny paralelně, nyní použijeme hodnoty z předchozí položky v rovnici pro paralelní propojení.
   • (1 / R_(celkový)) = (1 / R₍₁₊₂₎) + (1 / R₍₃₊₄₎).
   • (1 / R_(celkový)) = (1/3Ω) + (1/2Ω).
   • (1 / R_(celkový)) = 5/6.
   • R_(celkový) = 1,2Ω.

4. 

   Vypočítejte rozdíl v celkovém potenciálu. Protože potenciální rozdíl je stejný v paralelní asociaci, můžeme říci, že:
   • U_(celkový) = U₁ = 3V.

5. 

   Použít zákon Oh M. Nyní použijte zákon Oh M k určení hodnoty celkového elektrického proudu.
   • U_(celkový) = Já_(celkový) x R_(celkový).
   • Já_(celkový) = U_(celkový)/ R_(celkový).
   • Já_(celkový) = 3V / 1,2Ω.
   • Já_(celkový) = 2,5 A.

Tipy

• Hodnota celkového odporu paralelního obvodu je vždy menší než hodnota odporu Všechno ostatní rezistory ve sdružení.
• Důležité terminologie:
  • Elektrický obvod: sada komponentů (rezistory, kondenzátory a induktory) propojených dráty, kterými prochází elektrický proud v pořádku.
  • Odpory: komponenty, které mohou snížit intenzitu elektrického proudu.
  • Elektrický proud: uspořádaný tok elektrických nábojů. Vaše jednotka S.I. je ampér (THE).
  • Potenciální rozdíl (ddp): práce vyrobená na jednotku elektrického náboje. Vaše jednotka S.I. je volt (PROTI).
  • Elektrický odpor: míra odporu proti průchodu elektrického proudu. Vaše jednotka S.I. je Oh M (Ω).