Spenning i seriekretser
Hva er spenninger i serie?
En seriekrets eller seriekobling refererer til når to eller flere elektriske komponenter kobles sammen i en kjedeformet anordning i en krets. I denne type krets er det bare én vei for ladede partikler å passere gjennom kretsen. Potensialet som varierer i ladning mellom to punkter i en elektrisk krets kalles spenning. I denne artikkelen vil vi diskutere spenninger i en seriekrets i detalj.
Batteriet i en krets gir energi for at ladningen skal kunne passere gjennom batteriet og opprette et batteri potensiell forskjell mellom endene av den eksterne kretsen. La oss nå anta en celle på 2 volt, som vil skape en potensiell forskjell på 2 volt over den eksterne kretsen.
Den elektriske potensielle verdien ved positiv terminal er 2 volt høyere enn negativ terminal. Så når ladning flyter fra den positive til den negative terminalen, fører dette til en tap av 2 volt i elektrisk potensial.
Dette kalles spenningstap. Dette skjer når den elektriske energien i ladningen konverteres til andre former (mekanisk, varm, lys osv.) mens den passerer gjennom komponentene (motstander eller belastning) i kretsen.
Hvis vi betrakter en krets med mer enn en motstand koblet i serie og strømført med en 2V celle, vil det totale tapet av elektrisk potensial være 2V. Det vil si at det vil være et visst spenningstap i hver koblet motstand. Men vi kan se at summen av spenningstapet for alle komponentene vil være 2V, som tilsvarer spenningen på strømkilden.
Matematisk kan vi uttrykke det som
Ved hjelp av Ohms lov kan de individuelle spenningstapene beregnes som
La oss nå anta en seriekrets som består av 3 motstander og strømført med en 9V energikilde. Her skal vi finne ut om potensiell forskjell på ulike steder under passering av strøm gjennom hele seriekretsen.
Stedene er markert i rødt i kretsen nedenfor. Vi vet at strøm passerer i retning fra den positive terminalen mot den negative terminalen av kilden. Den negative tegnet på spenningen eller potensiell forskjell representerer tapet i potensial på grunn av motstanden.
Den elektriske potensielle forskjellen mellom ulike punkter i kretsen kan vises med hjelp av et diagram kalt elektrisk potensialdiagram som vist nedenfor.
I dette eksemplet er det elektriske potensialet ved A = 9V siden det er den høyeste potensielle terminalen. Det elektriske potensialet ved H = 0V siden det er den negative terminalen. Når strøm passerer gjennom 9V strømkilden, får ladningen 9V av elektrisk potensial, som er fra H til A. Mens strøm passerer gjennom den eksterne kretsen, mister ladningen disse 9V fullstendig.
Her skjer dette i tre trinn. Det vil være et spenningstap når strøm passerer gjennom motstander, men ingen spenningstap skjer når passeringen er gjennom ren tråd. Så vi kan se at mellom punktene AB, CD, EF og GH; er det ingen spenningstap. Men mellom punktene B og C, er spenningstapet 2V.
Det vil si at kilde-spenningen 9V blir 7V. Deretter, mellom punktene D og E, er spenningstapet 4V. På dette punktet, er spenningen 7V blir 3V. Til slutt, mellom punktene F og G, er spenningstapet 3V. På dette punktet, blir spenningen 3V 0V.
I delen av kretsen mellom punktene G og H, er det ingen energi for ladningen. Så det trenger en energiforhøyelse for å passere igjen gjennom den eksterne kretsen. Dette leveres av strømkilden da ladningen passerer fra H til A.
Flere spenningskilder i serie kan erstattes med en enkelt spenningskilde ved å ta summen av alle spenningskildene. Men vi må ta hensyn til polariteten som vist nedenfor.
Alternativspenningskilder i serie
I tilfelle alternativspenningskilder i serie, kan spenningskildene legges sammen eller kombineres til en enkelt kilde, gitt at vinkelhastigheten (ω) til de koblet kildene er identiske. Hvis alternativspenningskildene koblet i serie har ulike vinkelhastigheter, kan de legges sammen gitt at strømmen gjennom de koblet kildene er den samme.
Anvendelse av spenninger i seriekretser
Anvendelsen av spenninger i seriekretser inkluderer:
