Napětí v sériových obvodech
Co jsou napětí v sérii?
Sériový obvod nebo sériové spojení se týká situace, kdy jsou dva nebo více elektrických součástek propojeny v řetězovém uspořádání v obvodu. V tomto typu obvodu existuje pouze jedna cesta pro průchod nábojem. Potenciální rozdíl náboje mezi dvěma body v elektrickém obvodu se nazývá napětí. V tomto článku podrobně diskutujeme napětí v sériovém obvodu.
Baterie v obvodu poskytuje energii pro průchod nábojem skrz baterii a vytvoření baterie potenciálního rozdílu na koncích externího obvodu. Pokud předpokládáme článek o 2 voletech, vytvoří to potenciální rozdíl 2 voltů v externím obvodu.
Hodnota elektrického potenciálu na kladném terminálu je o 2 vulty vyšší než na záporném terminálu. Když náboj proudí od kladného ke zápornému terminálu, dojde k ztrátě 2 vultů elektrického potenciálu.
Toto se nazývá klesnutí napětí. Toto nastane, když se elektrická energie náboje převede na jiné formy (mechanickou, tepelnou, světelnou atd.) při průchodu komponentami (odpor nebo zátěž) v obvodu.
Pokud uvažujeme obvod s více než jedním odporem spojeným v sérii a poháněným 2V článcem, celková ztráta elektrického potenciálu je 2V. To znamená, že bude určité klesnutí napětí v každém spojeném odporu. Ale můžeme vidět, že součet klesnutí napětí všech komponent bude 2V, což je ekvivalentní napětí zdroje energie.
Matematicky to můžeme vyjádřit jako
Pomocí Ohmovu zákona lze vypočítat individuální klesnutí napětí jako
Nyní můžeme předpokládat sériový obvod složený z 3 odporníků a poháněný 9V zdrojem energie. Zde zjistíme potenciální rozdíl na různých místech během průchodu proudem po celém sériovém obvodu.
Místa jsou označena červenou barvou v následujícím obvodu. Víme, že proud prochází směrem od kladného terminálu k zápornému terminálu zdroje. Záporné znaménko napětí nebo potenciálního rozdílu reprezentuje ztrátu potenciálu kvůli odporníku.
Elektrický potenciální rozdíl různých bodů v obvodu lze znázornit pomocí diagramu zvaného elektrický potenciální diagram, který je zobrazen níže.
V tomto příkladu je elektrický potenciál v A = 9V, protože je to vyšší potenciální terminál. Elektrický potenciál v H = 0V, protože je to záporný terminál. Když proud prochází 9V zdrojem energie, náboj získá 9V elektrického potenciálu, což je od H do A. Během průchodu externím obvodem náboj ztratí tato 9V úplně.
Zde se to stane ve třech krocích. Bude klesnutí napětí, když proud prochází odpor, ale žádné klesnutí napětí se nevyskytne, když průchod probíhá pouze drátem. Takže můžeme vidět, že mezi body AB, CD, EF a GH není žádné klesnutí napětí. Mezi body B a C je klesnutí napětí 2V.
To znamená, že zdrojové napětí 9V se stane 7V. Dále, mezi body D a E, je klesnutí napětí 4V. V tomto bodě se napětí 7V stane 3V. Nakonec, mezi body F a G, je klesnutí napětí 3V. V tomto bodě se napětí 3V stane 0V.
V části obvodu mezi body G a H není žádná energie pro náboj. Proto potřebuje energetický boost pro průchod externím obvodem znovu. To poskytuje zdroj energie, když náboj prochází od H do A.
Různé zdroje napětí v sérii lze nahradit jedním zdrojem napětí, pokud se vezme součet všech zdrojů napětí. Musíme však zohlednit polaritu, jak je ukázáno níže.
Střídavé zdroje napětí v sérii
V případě střídavých zdrojů napětí v sérii lze zdroje napětí přidat nebo kombinovat do jednoho zdroje, pokud jsou uhlové frekvence (ω) připojených zdrojů identické. Pokud jsou střídavé zdroje napětí v sérii spojeny s různými uhlovými frekvencemi, lze je přidat spolu, pokud proud skrz připojené zdroje je stejný.
Aplikace napětí v sériových obvodech
Aplikace napětí v sériových obvodech zahrnují:
