Sarjapiirien jännite
Mikä on sarjaan kytketty jännite?
Sarjakytkentä tai sarjayhdistelmä tarkoittaa tilannetta, jossa kaksi tai useampi sähkökomponentti yhdistetään ketjuun piirissä. Tällaisessa piirissä on vain yksi reitti, joka varautumisvirta voi kulkea. Kaksipisteen välisen potentiaalimuutoksen sähköpiirissä kutsutaan jännitteeksi. Tässä artikkelissa keskustelemme yksityiskohtaisesti sarjapiirin jännitteistä.
Piirin akku tarjoaa energian, jotta virta voi kulkea akun läpi ja luoda potentiaaliero ulkopuolisen piirin päätepisteiden välillä. Oletetaan nyt 2 voltin solu, joka luo 2 voltin potentiaalieron ulkopuolisessa piirissä.
Positiivisen napin sähköinen potentiaali on 2 volttia suurempi kuin negatiivisen napin. Kun varaus kulkee positiivisesta negatiiviseen nappeen, se aiheuttaa 2 voltin sähköisen potentiaalin menetyksen.
Tätä kutsutaan jännitteen pudotukseksi. Tämä tapahtuu, kun sähköenergia muunnetaan muotoon (mekaaniseksi, lämmöksi, valoksi jne) komponenttien (vastus tai kuorma) läpi piirissä.
Jos otamme huomioon piirin, jossa on useita vastuksia sarjakytkennässä ja ne toimivat 2V solulla, kokonaismenetys sähköisessä potentiaalissa on 2V. Tämä tarkoittaa, että jokaisessa yhdistetyn vastuksen kohdalla on tietty jännitteen pudotus. Mutta voimme nähdä, että kaikkien komponenttien jännitteen pudotuksen summa on 2V, mikä on yhtäsuuri kuin jännitteen arvo voimanlähdeltä.
Matemaattisesti voimme ilmaista sen seuraavasti
Käyttämällä Ohmin lakia yksittäiset jännitteen pudotukset voidaan laskea seuraavasti
Nyt voimme olettaa, että sarjapiiri koostuu kolmesta vastuksesta ja toimii 9V energialähteellä. Tässä aiotamme selvittää potentiaalieron eri paikoissa, kun virta kulkee sarjapiirin läpi.
Paikat on merkitty punaisella värillä alla olevassa piirissä. Tiedämme, että virta kulkee positiivisesta napasta negatiiviseen lähdepaikkaan. Jännitteen tai potentiaalieron negatiivinen merkki edustaa menetystä vastuksen kautta.
Erilaisten pisteiden sähköinen potentiaaliero piirissä voidaan esittää avulla diagrammia, jota kutsutaan sähköisen potentiaalin diagrammiksi, joka on näkyvissä alla.
Tässä esimerkissä sähköinen potentiaali A:ssa = 9V, koska se on korkeampi potentiaalitermi. Sähköinen potentiaali H:ssa = 0V, koska se on negatiivinen termi. Kun virta kulkee 9V energialähteen kautta, varaus saa 9V sähköistä potentiaalia, joka on H:stä A:han. Kun virta kulkee ulkopuolisen piirin läpi, varaus häviää tämän 9V:n kokonaan.
Tässä tapahtuu kolmessa vaiheessa. On jännitteen pudotus, kun virta kulkee vastusten kautta, mutta ei ole jännitteen pudotusta, kun kulku on pelkästään johtojen kautta. Joten näemme, että pisteiden AB, CD, EF ja GH välillä ei ole jännitteen pudotusta. Mutta pisteiden B ja C välillä jännitteen pudotus on 2V.
Tämä tarkoittaa, että lähdet jännite 9V tulee 7V:ksi. Seuraavaksi pisteiden D ja E välillä jännitteen pudotus on 4V. Tässä vaiheessa jännite 7V tulee 3V:ksi. Lopuksi pisteiden F ja G välillä jännitteen pudotus on 3V. Tässä vaiheessa jännite 3V tulee 0V:ksi.
Piirin osassa pisteiden G ja H välillä ei ole energiaa varaukselle. Joten se tarvitsee energiapumpun uudelleen kuljetusta ulkopuolisessa piirissä. Tämä tarjotaan energialähteeltä, kun varaus kulkee H:stä A:han.
Useat jännitelähteet sarjassa voidaan korvata yhdellä jännitelähteellä ottamalla kaikkien jännitelähteiden summa. Mutta meidän täytyy ottaa huomioon polaarisyys, kuten alla näytetään.
Vaihtovirtajännitelähteet sarjassa
Vaihtovirtajännitelähteiden tapauksessa sarjassa jännitelähteitä voidaan yhdistää yhdeksi lähteeksi, jos yhdistettävien lähteiden kulmakulmataajuus (ω) on sama. Jos sarjassa yhdistetyt vaihtovirtajännitelähteet ovat eri kulmakulmataajuudella, ne voidaan yhdistää, jos läpi kulkeva virta on sama.
Sarjapiirien jännitteen sovellukset
Sarjapiirien jännitteen sovellukset sisältävät:
