Spänning i seriekopplade kretsar
Vad är spänningar i serie?
En seriekoppling eller seriekrets avser när två eller flera elektriska komponenter är sammanlänkade i en kedjeformig ordning inom en krets. I denna typ av krets finns det endast en väg för laddningen att passera genom kretsen. Den potentiella variationen i laddning mellan två punkter i en elektrisk krets kallas spänning. I denna artikel kommer vi att diskutera i detalj spänningar i en seriekrets.
Batteriet i en krets tillhandahåller energi för laddningen att passera genom batteriet och skapa en potentiell skillnad mellan ändarna av den externa kretsen. Om vi antar en cell på 2 volt, kommer den att skapa en potentiell skillnad på 2 volt över den externa kretsen.
Den elektriska potentialens värde vid det positiva terminalen är 2 volt högre än vid det negativa terminalen. När laddningen flyter från det positiva till det negativa terminalen orsakar det en förlust av 2 volt i elektrisk potential.
Detta kallas spänningsfall. Detta inträffar när den elektriska energin hos laddningen omvandlas till andra former (mekanisk, värme, ljus etc.) medan den passerar genom komponenterna (motstånd eller belastning) i kretsen.
Om vi betraktar en krets med mer än ett motstånd anslutet i serie och drivs av en 2V-cell, är den totala förlusten av elektrisk potential 2V. Det vill säga, det kommer att finnas ett visst spänningsfall i varje anslutet motstånd. Men vi kan se att summan av spänningsfallet för alla komponenter kommer att vara 2V, vilket motsvarar spänningen hos strömkällan.
Matematiskt kan vi uttrycka det som
Genom att använda Ohms lag kan de enskilda spänningsfallen beräknas som
Nu kan vi anta en seriekrets som består av 3 motstånd och drivs av en 9V-energikälla. Här ska vi ta reda på den potentiella skillnaden vid olika platser under strömmens genomgång genom seriekretsen.
Platserna är markerade i rött i kretsen nedan. Vi vet att ström passerar i riktning från det positiva terminalen till det negativa terminalen av källan. Negativt tecken på spänningen eller den potentiella skillnaden representerar förlusten i potential på grund av motståndet.
Den elektriska potentialskillnaden vid olika punkter i kretsen kan representeras med hjälp av ett diagram som kallas elektriskt potentialdiagram som visas nedan.
I detta exempel är den elektriska potentialen vid A = 9V eftersom det är det högre potentialterminalen. Den elektriska potentialen vid H = 0V eftersom det är det negativa terminalen. När strömmen passerar genom den 9V-strömkällan vinner laddningen 9V i elektrisk potential, vilket är från H till A. Medan strömmen passerar genom den externa kretsen förlorar laddningen dessa 9V helt.
Här inträffar detta i tre steg. Det kommer att finnas ett spänningsfall när strömmen passerar genom motstånden, men inget spänningsfall inträffar när passage sker genom bara tråd. Så vi kan se att mellan punkterna AB, CD, EF och GH; finns det inget spänningsfall. Men mellan punkterna B och C, är spänningsfallet 2V.
Det vill säga källspänningen 9V blir 7V. Sedan, mellan punkterna D och E, är spänningsfallet 4V. Vid denna punkt blir spänningen 7V till 3V. Till sist, mellan punkterna F och G, är spänningsfallet 3V. Vid denna punkt blir spänningen 3V till 0V.
I det delen av kretsen mellan punkterna G och H finns det ingen energi för laddningen. Så den behöver en energiförstärkning för att kunna passera igenom den externa kretsen igen. Detta tillhandahålls av strömkällan när laddningen passerar från H till A.
De flera spänningskällorna i serie kan ersättas av en enda spänningskälla genom att ta summan av alla spänningskällor. Men vi måste ta hänsyn till polariteten som visas nedan.
Växelspänningskällor i serie
I fallet med växelspänningskällor i serie, kan spänningskällorna adderas eller kombineras för att forma en enda källa förutsatt att den vinkelfrekvensen (ω) av de anslutna källorna är identiska. Om växelspänningskällorna anslutna i serie har olika vinkelfrekvenser, kan de adderas tillsammans förutsatt att strömmen genom de anslutna källorna är densamma.
Tillämpning av spänning i seriekretsar
Tillämpningarna av spänningar i seriekretsar inkluderar:
