Áram és feszültség párhuzamos, soros és vegyes huzalozással

A valódi elektromos áramkörök leggyakrabban nem egy vezetéket tartalmaznak, hanem több vezetéket, amelyek valamilyen módon kapcsolódnak egymáshoz. A legegyszerűbb formájában elektromos áramkör csak egy "bemenet" és egy "kimenet" van, vagyis két kimenet más vezetékekhez való csatlakozáshoz, amelyeken keresztül a töltés (áram) képes befolyni az áramkörbe és elhagyni az áramkört. Az áramkör állandó árama esetén a bemeneti és a kimeneti áramértékek azonosak lesznek.

Ha megnézünk egy több különböző vezetéket tartalmazó elektromos áramkört, és figyelembe veszünk rajta egy pár pontot (bemenet és kimenet), akkor elvileg az áramkör többi része egyetlen ellenállásnak tekinthető (az egyenértékű ellenállását tekintve). ).

Ezzel a megközelítéssel azt mondják, hogy ha az I áram az áramkörben lévő áram, az U feszültség pedig a kapocsfeszültség, vagyis a "bemeneti" és a "kimeneti" pontok közötti elektromos potenciálok különbsége, akkor az U arány / I teljes egészében az egyenértékű ellenállású R áramkör értékének tekinthető.

Ha Ohm törvénye teljesül, az egyenértékű ellenállás meglehetősen egyszerűen kiszámítható.

Áram és feszültség a vezetékek soros csatlakoztatásával

A legegyszerűbb esetben, ha két vagy több vezetéket egy soros áramkörbe csatlakoztatunk, az áram minden egyes vezetőben azonos lesz, és a feszültség a „kimenet” és a „bemenet” között, azaz a kapcsokon. a teljes áramkör, egyenlő lesz az áramkört alkotó ellenállások feszültségeinek összegével. És mivel Ohm törvénye minden ellenállásra érvényes, ezt írhatjuk:

Tehát a következő minták jellemzőek a vezetékek soros csatlakoztatására:

• Az áramkör teljes ellenállásának meghatározásához összeadjuk az áramkört alkotó vezetékek ellenállásait;

• Az áramkörön áthaladó áram egyenlő az áramkört alkotó vezetékeken áthaladó árammal;

• Az áramkör kivezetésein fellépő feszültség egyenlő az áramkört alkotó vezetékek feszültségeinek összegével.

Áram és feszültség a vezetékek párhuzamos csatlakoztatásával

Ha több vezetéket párhuzamosan csatlakoztatnak egymással, az ilyen áramkör kivezetésein a feszültség megegyezik az áramkört alkotó vezetékek feszültségével.

Az összes vezeték feszültsége egyenlő egymással és egyenlő az alkalmazott feszültséggel (U). A teljes áramkörön áthaladó áram - a "bemeneten" és a "kimeneten" - egyenlő az áramkör minden ágában lévő áramok összegével, párhuzamosan kombinálva, és ezt az áramkört alkotják. Ha tudjuk, hogy I = U / R, azt kapjuk, hogy:

Tehát a következő minták jellemzőek a vezetékek párhuzamos csatlakoztatására:

• Az áramkör teljes ellenállásának meghatározásához adja hozzá az áramkört alkotó vezetékek ellenállásának reciprokát;

• Az áramkörön áthaladó áram egyenlő az áramkört alkotó egyes vezetékeken áthaladó áramok összegével;

• Az áramkör kivezetésein fellépő feszültség megegyezik az áramkört alkotó vezetékek feszültségével.

Egyszerű és összetett (kombinált) áramkörök egyenértékű áramkörei

A legtöbb esetben a vezetékek kombinált csatlakoztatását bemutató elektromos diagramok lépésről lépésre egyszerűsíthetők.

Az áramkör sorosan kapcsolt és párhuzamos részeinek csoportjait a fenti elv szerint ekvivalens ellenállásokkal helyettesítjük, lépésről lépésre kiszámítva a darabok ekvivalens ellenállásait, majd az egész áramkör ellenállásának egy ekvivalens értékére hozzák.

És ha elsőre elég zavarosnak tűnik az áramkör, akkor lépésről lépésre leegyszerűsítve kisebb, sorosan és párhuzamosan kapcsolt vezetékekből álló áramkörökre bontható, és így a végén jelentősen leegyszerűsödik.

Mindeközben nem minden séma egyszerűsíthető ilyen egyszerű módon. Egy egyszerűnek tűnő vezetékek "híd" áramkörét így nem lehet vizsgálni. Itt néhány szabályt kell alkalmazni:

• Ohm törvénye minden ellenállás esetében teljesül;

• Minden csomóponton, azaz két vagy több áram konvergencia pontján az áramok algebrai összege nulla: a csomópontba befolyó áramok összege egyenlő a csomópontból kifolyó áramok összegével (Kirchhoff első szabálya);

• Az áramköri szakaszokon a feszültségek összege, amikor a „bemenet” és a „kimenet” közötti utakat megkerüljük, megegyezik az áramkörre adott feszültséggel (Kirchhoff második törvénye).

Híd vezetékek

A fenti szabályok alkalmazásának egy példája érdekében kiszámítunk egy hídáramkörben kombinált vezetékekből összeállított áramkört. Annak érdekében, hogy a számítások ne legyenek túl bonyolultak, feltételezzük, hogy a huzalellenállások egy része megegyezik egymással.

Jelöljük az I, I1, I2, I3 áramok irányait a "bemenettől" az áramkör felé - az áramkör "kimenetéig". Látható, hogy az áramkör szimmetrikus, így az azonos ellenállásokon átmenő áramok azonosak, ezért ugyanazokkal a szimbólumokkal fogjuk jelölni. Valójában, ha megváltoztatja az áramkör "bemenetét" és "kimenetét", akkor az áramkör megkülönböztethetetlen lesz az eredetitől.

Minden csomóponthoz felírhatod az áramegyenleteket, abból kiindulva, hogy a csomópontba befolyó áramok összege egyenlő a csomópontból kifolyó áramok összegével (az elektromos töltés megmaradásának törvénye), kettőt kapsz egyenletek:

A következő lépés az, hogy felírjuk az áramkör egyes szakaszaihoz tartozó feszültségek összegére vonatkozó egyenleteket, miközben különböző módokon körbejárjuk az áramkört a bemenettől a kimenetig. Mivel az áramkör ebben a példában szimmetrikus, két egyenlet elegendő:

A lineáris egyenletrendszer megoldása során képletet kapunk az I áram nagyságának meghatározására a "bemeneti" és a "kimeneti" kapcsok között, az áramkörre adott U feszültség és a vezetékek ellenállása alapján. :

És az áramkör teljes egyenértékű ellenállására, azon a tényen alapulva, hogy R = U / I, a képlet a következő:

Még a megoldás helyességét is ellenőrizheti, például az ellenállásértékek korlátozó és speciális eseteihez vezetve:

Most már tudja, hogyan találja meg az áramot és a feszültséget a párhuzamos, soros, vegyes és akár összekötő vezetékeknél az Ohm-törvény és a Kirchhoff-szabályok alkalmazásával. Ezek az alapelvek nagyon egyszerűek, és segítségükkel a legbonyolultabb elektromos áramkör is végül néhány egyszerű matematikai művelettel elemi formává válik.