Tensione nei circuiti in serie
Cos'è la tensione in serie?
Un circuito in serie o connessione in serie si riferisce a quando due o più componenti elettrici sono collegati in una disposizione a catena all'interno di un circuito. In questo tipo di circuito, c'è solo un modo per il carico di passare attraverso il circuito. La variazione di potenziale del carico tra due punti in un circuito elettrico è nota come tensione. In questo articolo, discuteremo in dettaglio le tensioni in un circuito in serie.
La batteria del circuito fornisce energia per il carico che passa attraverso la batteria e crea una differenza di potenziale tra le estremità del circuito esterno. Ora, se assumiamo una cella da 2 volt, creerà una differenza di potenziale di 2 volt nel circuito esterno.
Il valore del potenziale elettrico al terminale positivo è 2 volt superiore rispetto al terminale negativo. Quindi, quando il carico fluisce dal terminale positivo a quello negativo, causa una perdita di 2 volt di potenziale elettrico.
Questo è chiamato caduta di tensione. Questo accade quando l'energia elettrica del carico viene convertita in altre forme (meccanica, calore, luce, ecc.) mentre passa attraverso i componenti (resistenze o carichi) nel circuito.
Se consideriamo un circuito con più di una resistenza connessa in serie e alimentata con una cella da 2V, la perdita totale di potenziale elettrico è 2V. Ciò significa che ci sarà una certa caduta di tensione in ogni resistenza connessa. Ma possiamo vedere che la somma delle cadute di tensione di tutti i componenti sarà 2V, che è equivalente alla tensione di sorgente di alimentazione.
Matematicamente, possiamo esprimerlo come
Utilizzando la legge di Ohm, le cadute di tensione individuali possono essere calcolate come
Ora, possiamo assumere un circuito in serie composto da 3 resistenze e alimentato da una sorgente di energia da 9V. Qui, stiamo per scoprire la differenza di potenziale in diverse posizioni durante il passaggio della corrente attraverso il circuito in serie.
Le posizioni sono contrassegnate in rosso nel circuito qui sotto. Sappiamo che la corrente passa nella direzione dal terminale positivo verso il terminale negativo della sorgente. Il segno negativo della tensione o della differenza di potenziale rappresenta la perdita di potenziale dovuta alla resistenza.
La differenza di potenziale elettrico tra diversi punti del circuito può essere rappresentata con l'aiuto di un diagramma chiamato diagramma di potenziale elettrico, mostrato di seguito.
In questo esempio, il potenziale elettrico in A = 9V poiché è il terminale di maggiore potenziale. Il potenziale elettrico in H = 0V poiché è il terminale negativo. Quando la corrente passa attraverso la sorgente di alimentazione da 9V, la carica guadagna 9V di potenziale elettrico, che va da H ad A. Mentre la corrente passa attraverso il circuito esterno, la carica perde completamente questi 9V.
Qui, ciò avviene in tre fasi. Ci sarà una caduta di tensione quando la corrente passa attraverso le resistenze, ma non ci sarà caduta di tensione quando il passaggio avviene attraverso il semplice filo. Quindi, possiamo vedere che tra i punti AB, CD, EF e GH, non c'è caduta di tensione. Ma tra i punti B e C, la caduta di tensione è di 2V.
Cioè, la tensione di sorgente di 9V diventa 7V. Successivamente, tra i punti D ed E, la caduta di tensione è di 4V. A questo punto, la tensione di 7V diventa 3V. Infine, tra i punti F e G, la caduta di tensione è di 3V. A questo punto, la tensione di 3V diventa 0V.
Nella porzione del circuito tra i punti G e H, non c'è energia per la carica. Quindi, desidera un impulso energetico per il passaggio attraverso il circuito esterno di nuovo. Questo è fornito dalla sorgente di alimentazione mentre la carica passa da H ad A.
Le diverse sorgenti di tensione in serie possono essere sostituite da una singola sorgente di tensione prendendo la somma totale di tutte le sorgenti di tensione. Ma dobbiamo considerare la polarità come mostrato di seguito.
Sorgenti di tensione AC in serie
Nel caso di sorgenti di tensione AC in serie, le sorgenti di tensione possono essere aggiunte o combinate insieme per formare una singola sorgente a condizione che la frequenza angolare (ω) delle sorgenti connesse sia identica. Se le sorgenti di tensione AC connesse in serie hanno frequenze angolari diverse, possono essere aggiunte insieme a condizione che la corrente attraverso le sorgenti connesse sia la stessa.
Applicazioni della tensione nei circuiti in serie
Le applicazioni della tensione nei circuiti in serie includono:
