Soros áramkörökben az egyes elemeken mért feszültség

Mik a sorban kötött feszültségek?

Egy sorozatos áramkör vagy sorozatos kapcsolás akkor áll fenn, ha két vagy több elektromos komponens láncformában van összekötve egy áramkörben. Ilyen áramkörben csak egy útja van a töltésnek, hogy áthaladjon az áramkörön. A töltés potenciális változása két pont között egy elektromos áramkörben feszültség néven ismert. Ebben a cikkben részletesen tárgyaljuk a sorban kötött áramkörökben lévő feszültségeket.

Az áramkör akkuja energiát szolgáltat a töltésnek, hogy áthaladjon az akkon és létrehozzon egy potenciális különbséget az áramkör külső végpontjai között. Ha például egy 2 voltos elemet használunk, 2 voltos potenciális különbséget hoz létre a külső áramkörben.

A pozitív terminál elektrikus potenciál értéke 2 volttal nagyobb, mint a negatív terminál. Tehát, amikor a töltés a pozitív terminálról a negatív terminálra halad, 2 voltos veszteséggel jár az elektrikus potenciálban.

Ezt nevezik feszültség-leesésnek. Ez történik, amikor a töltés elektrikus energiája más formákká (mechanikus, hő, fény stb.) alakul, miközben áthalad a komponenseken (ellenállásokon vagy terhelésen) az áramkörben.

Ha egy olyan áramkört vizsgálunk, amelyben egynél több ellenállás van sorban kötve, és 2V-os akkummal van ellátva, az elektrikus potenciál teljes vesztesége 2V. Azaz, minden csatlakoztatott ellenállásban bizonyos feszültség-leesés lesz. De azt látjuk, hogy az összes komponens feszültség-leesésének összege 2V, ami megegyezik a feszültség-értékkel, amely a energiaforrást jellemzi.

Matematikailag kifejezhetjük, mint

A Ohm-törvény segítségével a feszültség-leesést kiszámíthatjuk, mint

Most feltételezzük, hogy egy sorban kötött áramkörben 3 ellenállás található, és 9V-os energiaforrás vezényli. Itt megvizsgáljuk a potenciális különbséget a sorban kötött áramkör különböző helyein a áram áthaladásakor.

A helyek piros színnel vannak jelölve az áramkörben. Tudjuk, hogy az áram a forrás pozitív termináljától a negatív terminál felé halad. A feszültség vagy a potenciális különbség negatív előjelű értéke jelzi a ellenállás miatti potenciális veszteséget.

Az áramkör különböző pontjainak elektrikus potenciális különbsége ábrázolható egy olyan diagrammal, amelyet elektrikus potenciális diagramnak nevezünk, amely a következőképpen látható:

Ebben a példában az A pont elektrikus potenciálja 9V, mivel ez a magasabb potenciálú terminál. Az H pont elektrikus potenciálja 0V, mivel ez a negatív terminál. Amikor az áram áthalad a 9V-os energiaforráson, a töltés 9V elektrikus potenciált nyer, ami H-től A-ig. Ahogy az áram áthalad a külső áramkörön, a töltés teljesen elveszti ezt a 9V-ot.

Ez három lépésben történik. Feszültség-leesés történik, amikor az áram áthalad az ellenállásokon, de nincs feszültség-leesés, amikor a töltés áthalad egyszerű vezetéken. Tehát, AB, CD, EF és GH pontok között nincs feszültség-leesés. B és C pontok között a feszültség-leesés 2V.

Tehát a forrás 9V-os feszültsége 7V-re csökken. Következőleg, D és E pontok között a feszültség-leesés 4V. Ezen a ponton a feszültség 7V 3V-ra csökken. Végül, F és G pontok között a feszültség-leesés 3V. Ezen a ponton a feszültség 3V 0V-ra csökken.

A G és H pontok közötti áramkör-részben nincs energia a töltésnek. Így energiatöbbletre van szüksége, hogy újra áthaladjon a külső áramkörön. Ez az energiaforrás szolgáltatja, ahogy a töltés H-től A-ig halad.

A sorban kötött feszültség-források egyetlen feszültség-forrással helyettesíthetők, ha összeadjuk az összes feszültség-forrás értékét. De figyelembe kell venni a polaritást, ahogy az alábbiakban látható.

Sorban kötött AC feszültség-források

A sorban kötött AC feszültség-források esetén a feszültség-források összeadhatók vagy kombinálhatók egyetlen forrássá, feltéve, hogy a kapcsolódott források szögfrekvenciája (ω) azonos. Ha a sorban kötött AC feszültség-források különböző szögfrekvenciájúak, akkor is összeadhatók, ha az általuk átmenő áram ugyanaz.

A sorban kötött áramkörökben lévő feszültség alkalmazása