Napon u serijskim strujnim krugovima
Što su naponi u seriji?
Serija strujnih krugova ili serijska veza odnosi se na situaciju kada su dva ili više električnih komponenta povezana lančanom aranžmanom unutar strujnog kruga. U ovakvom krugu postoji samo jedan put za prolaz napona kroz krug. Potencijalna razlika u nabijenosti između dvije točke u električnom krugu poznata je kao napon. U ovom članku detaljno ćemo raspraviti o naponima u serijskom krugu.
Baterija strujnog kruga pruža energiju da bi se nabijenost mogla proći kroz bateriju i stvoriti baterija potencijalnu razliku među krajevima vanjskog kruga. Pretpostavimo da imamo bateriju od 2 volta, ona će stvoriti potencijalnu razliku od 2 volti na vanjskom krugu.
Vrijednost električnog potencijala na pozitivnom završcu je 2 volti veća od negativnog završca. Dakle, kada se nabijenost kreće od pozitivnog do negativnog završca, uzrokuje gubitak 2 volti električnog potencijala.
To se naziva pad napon. To se događa kada se električna energija nabijenosti pretvara u neke druge oblike (mekanički, toplinski, svjetlosni itd.) dok prolazi kroz komponente ( otpornike ili opterećenja) u krugu.
Ako promatramo krug s više od jednog otpornika povezanog u seriju i napajanjem od 2V baterije, ukupan gubitak električnog potencijala je 2V. To znači da će biti određeni pad napona u svakom povezanom otporniku. No, možemo vidjeti da zbroj padova napona svih komponenti bit će 2V, što je ekvivalentno naponu snage izvora.
Matematički, to možemo izraziti kao
Korištenjem Ohmovog zakona pojedinačne padove napona možemo izračunati kao
Sada, pretpostavimo serijski krug koji sastoji se od 3 otpornika i napajan je izvorom energije od 9V. Ovdje ćemo otkriti potencijalnu razliku na različitim lokacijama tijekom prolaska struje kroz serijski krug.
Lokacije su označene crvenom bojom u krugu ispod. Znamo da struja prolazi u smjeru od pozitivnog završca prema negativnom završcu izvora. Negativni znak napona ili potencijalne razlike predstavlja gubitak potencijala zbog otpornika.
Električna potencijalna razlika različitih točaka u krugu može se prikazati pomoću dijagrama zvanog dijagram električnog potencijala, prikazanog ispod.
U ovom primjeru, električni potencijal u A = 9V jer je to točka s visokim potencijalom. Električni potencijal u H = 0V jer je to negativna točka. Kada struja prođe kroz izvor snage od 9V, nabijenost dobiva 9V električnog potencijala, od H do A. Dok struja prođe kroz vanjski krug, nabijenost potpuno izgubi te 9V.
Ovdje se to dešava u tri koraka. Bit će pad napona kada struja prođe kroz otpornike, ali neće doći do pada napona kada prolaz ide kroz samo žice. Dakle, možemo vidjeti da između točaka AB, CD, EF i GH ne postoji pad napona. Ali između točaka B i C, pad napon je 2V.
To znači da izvorna snaga 9V postaje 7V. Sljedeće, između točaka D i E, pad napon je 4V. U toj točki, napon 7V postaje 3V. Na kraju, između točaka F i G, pad napon je 3V. U toj točki, napon 3V postaje 0V.
Dio kruga između točaka G i H, nema energije za nabijenost. Stoga treba podmlad energije kako bi se ponovno prošla kroz vanjski krug. To pruža izvor snage kada nabijenost prođe od H do A.
Više izvora napona u seriji može se zamijeniti jednim izvorom napona uzimajući ukupnu sumu svih izvora napona. Međutim, moramo uzeti u obzir polaritet kako je prikazano ispod.
AC izvori napona u seriji
U slučaju AC izvora napona u seriji, izvori napona mogu se dodati ili kombinirati u jedan izvor pod uvjetom da su kutna frekvencija (ω) povezanih izvora identična. Ako su AC izvori napona povezani u seriji s različitim kutnim frekvencijama, mogu se dodati zajedno pod uvjetom da je struja kroz povezane izvore ista.
Primjena napona u serijskim krugovima
Primjena napona u serijskim krugovima uključuje:
