แรงดันไฟฟ้าในวงจรอนุกรม

อะไรคือแรงดันไฟฟ้าในวงจรอนุกรม

วงจรอนุกรมหรือการเชื่อมต่อแบบอนุกรมหมายถึงเมื่อสองหรือมากกว่าสองส่วนประกอบทางไฟฟ้าถูกเชื่อมต่อกันในลักษณะคล้ายโซ่ภายในวงจร ในวงจรประเภทนี้มีทางเดียวสำหรับประจุผ่านวงจร ความแตกต่างของศักยภาพระหว่างสองจุดในวงจรไฟฟ้าเรียกว่าแรงดันไฟฟ้า ในบทความนี้เราจะพูดถึงแรงดันไฟฟ้าในวงจรอนุกรมอย่างละเอียด

แบตเตอรี่ในวงจรให้พลังงานสำหรับประจุผ่านแบตเตอรี่และสร้างความต่างศักย์ระหว่างปลายวงจรภายนอก ตอนนี้ถ้าเราสมมติว่าเซลล์มีแรงดัน 2 โวลต์ มันจะสร้างความต่างศักย์ 2 โวลต์ขึ้นที่วงจรภายนอก

ค่าศักย์ไฟฟ้าที่เทอร์มินัลบวกสูงกว่าเทอร์มินัลลบ 2 โวลต์ ดังนั้นเมื่อประจุไหลจากเทอร์มินัลบวกไปเทอร์มินัลลบ จะทำให้เกิดการสูญเสียศักย์ไฟฟ้า 2 โวลต์

เรียกว่าแรงดันตก เกิดขึ้นเมื่อพลังงานไฟฟ้าของประจุถูกแปลงเป็นรูปแบบอื่น (เช่น กลไก ความร้อน แสง เป็นต้น) ขณะผ่านองค์ประกอบ (ตัวต้านทานหรือโหลด) ในวงจร

หากเราพิจารณาวงจรที่มีตัวต้านทานมากกว่าหนึ่งตัวเชื่อมต่อกันแบบอนุกรมและใช้เซลล์ 2V แรงดันไฟฟ้าที่สูญเสียทั้งหมดจะเป็น 2V นั่นคือจะมีแรงดันตกในแต่ละตัวต้านทานที่เชื่อมต่อ แต่เราจะเห็นว่าผลรวมของแรงดันตกขององค์ประกอบทั้งหมดจะเป็น 2V ซึ่งเท่ากับแรงดันของแหล่งกำเนิดไฟฟ้า

ทางคณิตศาสตร์ เราสามารถแสดงได้ว่า

โดยใช้กฎของโอห์มแรงดันตกแต่ละตัวสามารถคำนวณได้ว่า

ตอนนี้เราสามารถสมมติว่าวงจรอนุกรมประกอบด้วยตัวต้านทาน 3 ตัวและใช้แหล่งกำเนิดพลังงาน 9V ที่นี่เราจะหาความต่างศักย์ที่ตำแหน่งต่างๆ ในระหว่างการผ่านกระแสไฟฟ้าตลอดวงจรอนุกรม

ตำแหน่งเหล่านี้ถูกทำเครื่องหมายด้วยสีแดงในวงจรด้านล่าง เราทราบว่ากระแสผ่านจากเทอร์มินัลบวกไปยังเทอร์มินัลลบของแหล่งกำเนิด พลังงาน ความต่างศักย์หรือแรงดันไฟฟ้าที่เป็นลบแสดงถึงการสูญเสียศักย์เนื่องจากตัวต้านทาน

ความต่างศักย์ไฟฟ้าของจุดต่างๆ ในวงจรสามารถแสดงได้ด้วยแผนภาพที่เรียกว่าแผนภาพศักย์ไฟฟ้าดังที่แสดงด้านล่าง

ในตัวอย่างนี้ ศักย์ไฟฟ้าที่ A = 9V เนื่องจากเป็นเทอร์มินัลที่มีศักย์สูง ส่วนศักย์ไฟฟ้าที่ H = 0V เนื่องจากเป็นเทอร์มินัลลบ เมื่อกระแสผ่านแหล่งกำเนิดพลังงาน 9V ประจุจะได้รับศักย์ไฟฟ้า 9V ซึ่งจาก H ไป A ขณะที่กระแสผ่านวงจรภายนอก ประจุจะสูญเสียศักย์ไฟฟ้า 9V ทั้งหมด

ที่นี่ การนี้เกิดขึ้นในสามขั้นตอน จะมีแรงดันตกเมื่อกระแสผ่านตัวต้านทาน แต่ไม่มีแรงดันตกเมื่อผ่านสายไฟธรรมดา ดังนั้นเราสามารถเห็นว่าระหว่างจุด AB, CD, EF และ GH ไม่มีแรงดันตก แต่ระหว่างจุด B และ C แรงดันตกคือ 2V

นั่นคือแรงดันไฟฟ้าแหล่งกำเนิด 9V กลายเป็น 7V ต่อมาระหว่างจุด D และ E แรงดันตกคือ 4V ที่จุดนี้ แรงดันไฟฟ้า 7V กลายเป็น 3V ท้ายที่สุดระหว่างจุด F และ G แรงดันตกคือ 3V ที่จุดนี้ แรงดันไฟฟ้า 3V กลายเป็น 0V

ส่วนวงจรระหว่างจุด G และ H ไม่มีพลังงานสำหรับประจุ ดังนั้นจำเป็นต้องมีการเพิ่มพลังงานใหม่เพื่อผ่านวงจรภายนอกอีกครั้ง ซึ่งจะได้รับจากการผ่านจาก H ไป A

แหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าหลายแหล่งในวงจรอนุกรมสามารถแทนที่ด้วยแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าเดียวโดยการรวมแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดเข้าด้วยกัน แต่เราต้องพิจารณาขั้วตามที่แสดงด้านล่าง

แหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้า AC ในวงจรอนุกรม

ในกรณีของแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้า AC ในวงจรอนุกรม แหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าสามารถรวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าเดียวได้ โดยที่ความถี่เชิงมุม (ω) ของแหล่งกำเนิดที่เชื่อมต่อเหมือนกัน หากแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้า AC ที่เชื่อมต่อในวงจรอนุกรมมีความถี่เชิงมุมต่างกัน สามารถรวมเข้าด้วยกันได้โดยที่กระแสผ่านแหล่งกำเนิดที่เชื่อมต่อเหมือนกัน

การใช้งานแรงดันไฟฟ้าในวงจรอนุกรม

การใช้งานแรงดันไฟฟ้าในวงจรอนุกรมรวมถึง:

• ทิป