توالی در مدارهای سری

چه چیزی به عنوان ولتاژ در سری است؟

مدار سری یا اتصال سری به موقعیتی اشاره دارد که دو یا چند مولفه الکتریکی به صورت زنجیره‌ای در یک مدار پیوند داده شده باشند. در این نوع مدار، فقط یک راه برای عبور بار از مدار وجود دارد. تغییر پتانسیل بار در دو نقطه در یک مدار الکتریکی به عنوان ولتاژ شناخته می‌شود. در این مقاله، به طور دقیق درباره ولتاژها در مدار سری صحبت خواهیم کرد.

باتری یک مدار انرژی را برای عبور بار از باتری و ایجاد یک پتانسیل تفاوت بین انتهای مدار خارجی فراهم می‌کند. حالا، اگر یک سلول 2 ولت را در نظر بگیریم، این سلول یک پتانسیل تفاوت 2 ولت در مدار خارجی ایجاد می‌کند.

مقدار پتانسیل الکتریکی در ترمینال مثبت 2 ولت بیشتر از ترمینال منفی است. بنابراین، وقتی بار از ترمینال مثبت به ترمینال منفی جریان می‌یابد، یک تلف 2 ولت در پتانسیل الکتریکی ایجاد می‌شود.

این به آن چیزی که سقوط ولتاژ نامیده می‌شود. این اتفاق می‌افتد که انرژی الکتریکی بار در حال عبور از مولفه‌ها (مانند مقاومت‌ها یا بار) در مدار به فرم‌های دیگر (مکانیکی، حرارتی، نوری و غیره) تبدیل می‌شود.

اگر یک مدار با بیش از یک مقاومت متصل به سری و توسط یک سلول 2 ولت تغذیه شود، تلف کلی پتانسیل الکتریکی 2 ولت خواهد بود. یعنی، سقوط ولتاژ مشخصی در هر مقاومت متصل خواهد بود. اما می‌توانیم ببینیم که مجموع سقوط ولتاژ تمام مولفه‌ها 2 ولت خواهد بود که معادل ولتاژ منبع قدرت است.

به صورت ریاضی، می‌توانیم آن را به صورت زیر بیان کنیم

با استفاده از قانون اهم سقوط‌های ولتاژ فردی می‌توانند محاسبه شوند

حالا، می‌توانیم یک مدار سری شامل 3 مقاومت و توسط یک منبع انرژی 9 ولت تغذیه شده را در نظر بگیریم. در اینجا، ما قصد داریم تفاوت پتانسیل در مکان‌های مختلف در طول عبور جریان در مدار سری را پیدا کنیم.

مکان‌ها در مدار زیر با رنگ قرمز مشخص شده‌اند. ما می‌دانیم که جریان در جهت از ترمینال مثبت به ترمینال منفی منبع عبور می‌کند. علامت منفی ولتاژ یا تفاوت پتانسیل نشان‌دهنده تلف پتانسیل به دلیل مقاومت است.

تفاوت پتانسیل الکتریکی نقاط مختلف در مدار می‌تواند با استفاده از یک نمودار به نام نمودار پتانسیل الکتریکی که در زیر نشان داده شده است، نمایش داده شود.

در این مثال، پتانسیل الکتریکی در A = 9 ولت است زیرا این ترمینال با پتانسیل بالاتر است. پتانسیل الکتریکی در H = 0 ولت است زیرا این ترمینال منفی است. وقتی جریان از منبع انرژی 9 ولت عبور می‌کند، بار 9 ولت پتانسیل الکتریکی کسب می‌کند که از H به A است. در حالی که جریان در مدار خارجی عبور می‌کند، بار این 9 ولت کاملاً از دست می‌دهد.

در اینجا، این اتفاق در سه مرحله اتفاق می‌افتد. سقوط ولتاژی ایجاد می‌شود وقتی جریان از مقاومت‌ها عبور می‌کند اما سقوط ولتاژی در زمان عبور از سیم خالص ایجاد نمی‌شود. بنابراین، می‌توانیم ببینیم که بین نقاط AB، CD، EF و GH؛ سقوط ولتاژی وجود ندارد. اما بین نقاط B و C، سقوط ولتاژ 2 ولت است.

یعنی ولتاژ منبع 9 ولت به 7 ولت تبدیل می‌شود. بعداً، بین نقاط D و E، سقوط ولتاژ 4 ولت است. در این نقطه، ولتاژ 7 ولت به 3 ولت تبدیل می‌شود. در نهایت، بین نقاط F و G، سقوط ولتاژ 3 ولت است. در این نقطه، ولتاژ 3 ولت به 0 ولت تبدیل می‌شود.

بخش مدار بین نقاط G و H، انرژی برای بار وجود ندارد. بنابراین، نیاز به یک تقویت انرژی برای عبور از مدار خارجی مجدد دارد. این تقویت توسط منبع انرژی ارائه می‌شود زمانی که بار از H به A عبور می‌کند.

چندین منبع ولتاژ در سری می‌توانند با یک منبع ولتاژ واحد جایگزین شوند با در نظر گرفتن مجموع کلی منابع ولتاژ. اما باید قطبیت را مانند نمایش داده شده در نظر بگیریم.

منابع ولتاژ AC در سری

در مورد منابع ولتاژ AC در سری، منابع ولتاژ می‌توانند با یکدیگر ترکیب شوند تا یک منبع واحد ایجاد کنند به شرطی که فرکانس زاویه‌ای (ω) منابع متصل شده یکسان باشد. اگر منابع ولتاژ AC متصل شده در سری دارای فرکانس‌های زاویه‌ای متفاوت باشند، می‌توانند با یکدیگر ترکیب شوند به شرطی که جریان از طریق منابع متصل شده یکسان باشد.

انعام