Spanning in serieschakelingen
Wat zijn Spanningen in Serie?
Een reekschakeling of serieverbinding verwijst naar wanneer twee of meer elektrische componenten in een kettingachtige schikking binnen een circuit zijn verbonden. In dit soort circuit is er slechts één manier voor de lading om door het circuit te stromen. Het potentiaalverschil van de lading tussen twee punten in een elektrisch circuit wordt spanning genoemd. In dit artikel zullen we gedetailleerd ingaan op spanningen in een reekschakeling.
De accu van een circuit levert energie voor de lading om door de accu te stromen en een potentiaalverschil te creëren tussen de eindpunten van het externe circuit. Als we nu een cel van 2 volt aannemen, zal deze een potentiaalverschil van 2 volt over het externe circuit creëren.
De elektrische potentieelwaarde aan de positieve kant is 2 volt hoger dan die aan de negatieve kant. Dus als de lading van de positieve naar de negatieve kant stroomt, veroorzaakt dit een verlies van 2 volt in elektrisch potentieel.
Dit wordt spanningsval genoemd. Dit gebeurt wanneer de elektrische energie van de lading wordt omgezet in andere vormen (mechanisch, warmte, licht, enz.) terwijl deze door de componenten (weerstanden of belasting) in het circuit stroomt.
Als we een circuit met meer dan één weerstand in serie nemen en deze worden aangedreven door een cel van 2V, is het totale verlies van elektrisch potentieel 2V. Dat wil zeggen, er zal een bepaalde spanningsval in elke verbonden weerstand zijn. Maar we zien dat de som van de spanningsval van alle componenten 2V zal zijn, wat gelijk is aan de spanning van de energiebron.
Wiskundig kunnen we dit uitdrukken als
Door gebruik te maken van Ohm's wet kunnen de individuele spanningsvallen worden berekend als
Nu kunnen we aannemen dat een reekschakeling bestaat uit 3 weerstanden en wordt aangedreven door een energiebron van 9V. Hier gaan we het potentiaalverschil op verschillende locaties tijdens het passeren van de stroom door de reekschakeling ontdekken.
De locaties zijn in rood gemarkeerd in het circuit hieronder. We weten dat de stroom in de richting van de positieve naar de negatieve kant van de bron stroomt. Het negatieve teken van de spanning of potentiaalverschil vertegenwoordigt het verlies in potentieel door de weerstand.
Het elektrische potentiaalverschil van verschillende punten in het circuit kan worden weergegeven met behulp van een diagram genaamd het elektrisch potentiaaldiagram dat hieronder wordt getoond.
In dit voorbeeld is het elektrische potentieel bij A = 9V omdat het de hogere potentieeltermijn is. Het elektrische potentieel bij H = 0V omdat het de negatieve termijn is. Wanneer de stroom door de energiebron van 9V stroomt, krijgt de lading 9V elektrisch potentieel, van H naar A. Terwijl de stroom door het externe circuit stroomt, verliest de lading deze 9V volledig.
Hier gebeurt dit in drie stappen. Er zal een spanningsval zijn wanneer de stroom door de weerstanden stroomt, maar er is geen spanningsval wanneer de stroom door de simpele draad stroomt. Dus we zien dat er tussen de punten AB, CD, EF en GH geen spanningsval is. Maar tussen de punten B en C is de spanningsval 2V.
Dat wil zeggen dat de bronspanning van 9V wordt 7V. Vervolgens, tussen de punten D en E, is de spanningsval 4V. Op dit punt wordt de spanning 7V 3V. Tenslotte, tussen de punten F en G, is de spanningsval 3V. Op dit punt wordt de spanning 3V 0V.
In het gedeelte van het circuit tussen de punten G en H, is er geen energie voor de lading. Dus heeft het een energieboost nodig om opnieuw door het externe circuit te stromen. Dit wordt door de energiebron geleverd wanneer de lading van H naar A stroomt.
Verschillende spanningsbronnen in serie kunnen worden vervangen door één spanningsbron door de som van alle spanningsbronnen te nemen. Maar we moeten de polariteit in acht nemen zoals hieronder wordt weergegeven.
AC Spanningsbronnen in Serie
In het geval van AC spanningsbronnen in serie, kunnen de spanningsbronnen worden samengevoegd tot één bron mits de hoekfrequentie (ω) van de verbonden bronnen identiek is. Als de AC spanningsbronnen in serie verbonden zijn met verschillende hoekfrequenties, kunnen ze worden samengevoegd mits de stroom door de verbonden bronnen hetzelfde is.
Toepassing van Spanning in Reekschakelingen
De toepassingen van spanningen in reekschakelingen omvatten:
