Katika muhtasari uliopita, ilianzishwa kuwa nguvu ya sasa katika kondakta inategemea voltage katika mwisho wake. Ikiwa unabadilisha waendeshaji katika jaribio, na kuacha voltage juu yao bila kubadilika, basi unaweza kuonyesha kuwa kwa voltage ya mara kwa mara kwenye mwisho wa kondakta, nguvu ya sasa ni kinyume na upinzani wake. Kuchanganya utegemezi wa sasa kwenye voltage na utegemezi wake juu ya upinzani wa kondakta, tunaweza kuandika: I = U/R . Sheria hii, iliyoanzishwa kwa majaribio, inaitwa Sheria ya Ohm(kwa sehemu ya mnyororo).

Sheria ya Ohm kwa sehemu ya mzunguko: Nguvu ya sasa katika kondakta ni sawa sawa na voltage inayotumiwa hadi mwisho wake na inversely sawia na upinzani wa kondakta. Awali ya yote, sheria daima ni kweli kwa waendeshaji wa chuma imara na kioevu. Na pia kwa vitu vingine (kawaida ni ngumu au kioevu).

Watumiaji wa nishati ya umeme (balbu za mwanga, resistors, nk) wanaweza kushikamana kwa kila mmoja kwa njia tofauti katika mzunguko wa umeme. Dva aina kuu ya uhusiano kondakta : mfululizo na sambamba. Na pia kuna viunganisho viwili zaidi ambavyo ni nadra: mchanganyiko na daraja.

Uunganisho wa mfululizo wa waendeshaji

Wakati wa kuunganisha waendeshaji katika mfululizo, mwisho wa kondakta mmoja utaunganishwa na mwanzo wa kondakta mwingine, na mwisho wake hadi mwanzo wa tatu, nk. Kwa mfano, kuunganisha balbu za mwanga kwenye kamba ya mti wa Krismasi. Wakati waendeshaji wameunganishwa katika mfululizo, sasa hupita kupitia balbu zote. Katika kesi hiyo, malipo sawa hupitia sehemu ya msalaba wa kila conductor kwa wakati wa kitengo. Hiyo ni, malipo hayakusanyiko katika sehemu yoyote ya kondakta.

Kwa hiyo, wakati wa kuunganisha waendeshaji katika mfululizo Nguvu ya sasa katika sehemu yoyote ya mzunguko ni sawa:mimi 1 = mimi 2 = I .

Upinzani wa jumla wa waendeshaji waliounganishwa mfululizo ni sawa na jumla ya upinzani wao: R1 + R2 = R . Kwa sababu wakati waendeshaji wameunganishwa katika mfululizo, urefu wao wote huongezeka. Ni kubwa zaidi kuliko urefu wa kila conductor binafsi, na upinzani wa waendeshaji huongezeka ipasavyo.

Kulingana na sheria ya Ohm, voltage kwenye kila kondakta ni sawa na: U 1 = mimi* R1 ,U 2 = I*R 2 . Katika kesi hii, jumla ya voltage ni sawa na U = mimi ( R1+ R 2) . Kwa kuwa nguvu ya sasa katika waendeshaji wote ni sawa, na upinzani wa jumla ni sawa na jumla ya upinzani wa waendeshaji, basi. jumla ya voltage kwenye waendeshaji waliounganishwa mfululizo ni sawa na jumla ya voltages kwenye kila conductor: U = U 1 + U 2 .

Kutoka kwa usawa hapo juu inafuata kwamba uunganisho wa mfululizo wa waendeshaji hutumiwa ikiwa voltage ambayo watumiaji wa nishati ya umeme wameundwa ni chini ya jumla ya voltage katika mzunguko.

Kwa uunganisho wa mfululizo wa kondakta, sheria zifuatazo zinatumika: :

1) nguvu ya sasa katika waendeshaji wote ni sawa; 2) voltage kwenye uunganisho mzima ni sawa na jumla ya voltages kwenye waendeshaji binafsi; 3) upinzani wa uunganisho mzima ni sawa na jumla ya upinzani wa waendeshaji binafsi.

Uunganisho wa sambamba wa waendeshaji

Mfano uunganisho sambamba waendeshaji hutumikia kuunganisha watumiaji wa nishati ya umeme katika ghorofa. Kwa hivyo, balbu za mwanga, kettle, chuma, nk huwashwa kwa sambamba.

Wakati wa kuunganisha waendeshaji kwa sambamba, waendeshaji wote kwa mwisho mmoja wanaunganishwa na hatua moja katika mzunguko. Na mwisho wa pili hadi hatua nyingine kwenye mnyororo. Voltmeter iliyounganishwa na pointi hizi itaonyesha voltage kwenye kondakta 1 na conductor 2. Katika kesi hii, voltage katika mwisho wa waendeshaji wote waliounganishwa sambamba ni sawa: U 1 = U 2 = U .

Wakati waendeshaji wameunganishwa kwa sambamba, mzunguko wa umeme hutoka nje. Kwa hiyo, sehemu ya malipo ya jumla hupitia kondakta mmoja, na sehemu kupitia nyingine. Kwa hiyo, wakati wa kuunganisha waendeshaji kwa sambamba, nguvu ya sasa katika sehemu isiyo na matawi ya mzunguko ni sawa na jumla ya nguvu za sasa katika waendeshaji binafsi: Mimi = Mimi 1 + mimi 2 .

Kulingana na sheria ya Ohm I = U/R, I 1 = U 1 /R 1, I 2 = U 2 /R 2 . Hii ina maana: U/R = U 1 /R 1 + U 2 /R 2, U = U 1 = U 2, 1/R = 1/R 1 + 1/R 2 Upinzani wa jumla wa upinzani wa waendeshaji wanaounganishwa sambamba ni sawa na jumla ya upatanisho wa upinzani wa kila kondakta.

Wakati waendeshaji wameunganishwa kwa sambamba, upinzani wao wote ni chini ya upinzani wa kila conductor. Hakika, ikiwa waendeshaji wawili wana upinzani sawa wameunganishwa kwa sambamba G, basi upinzani wao kamili ni sawa na: R = g/2. Hii inafafanuliwa na ukweli kwamba wakati wa kuunganisha waendeshaji kwa sambamba, eneo lao la sehemu ya msalaba huongezeka. Matokeo yake, upinzani hupungua.

Kutoka kwa fomula hapo juu ni wazi kwa nini watumiaji wa nishati ya umeme wanaunganishwa kwa sambamba. Zote zimeundwa kwa voltage fulani inayofanana, ambayo katika vyumba ni 220 V. Kujua upinzani wa kila mtumiaji, unaweza kuhesabu nguvu za sasa katika kila mmoja wao. Na pia mawasiliano ya jumla ya nguvu ya sasa kwa kiwango cha juu kinachoruhusiwa cha sasa.

Kwa uunganisho sambamba wa kondakta, sheria zifuatazo zinatumika:

1) voltage kwenye waendeshaji wote ni sawa; 2) nguvu ya sasa katika makutano ya waendeshaji ni sawa na jumla ya mikondo katika waendeshaji binafsi; 3) thamani ya usawa ya upinzani wa unganisho lote ni sawa na jumla ya maadili ya usawa ya upinzani wa waendeshaji binafsi.

Viunganisho vya mfululizo, sambamba na mchanganyiko wa resistors. Idadi kubwa ya wapokeaji waliojumuishwa kwenye mzunguko wa umeme (taa za umeme, vifaa vya kupokanzwa umeme, n.k.) zinaweza kuzingatiwa kama vitu vingine ambavyo vina sifa fulani. upinzani. Hali hii inatupa fursa, wakati wa kuchora na kusoma nyaya za umeme, kuchukua nafasi ya wapokeaji maalum na vipinga na upinzani fulani. Kuna njia zifuatazo viunganisho vya kupinga(wapokeaji wa nishati ya umeme): serial, sambamba na mchanganyiko.

Uunganisho wa mfululizo wa resistors. Kwa uunganisho wa serial resistors kadhaa, mwisho wa kupinga kwanza ni kushikamana na mwanzo wa pili, mwisho wa pili hadi mwanzo wa tatu, nk Kwa uhusiano huu, vipengele vyote vya mzunguko wa mfululizo hupita.
mkondo huo huo I.
Uunganisho wa serial wa wapokeaji unaonyeshwa kwenye Mtini. 25, a.
.Kubadilisha taa na resistors na upinzani R1, R2 na R3, tunapata mzunguko ulioonyeshwa kwenye Mchoro. 25, b.
Ikiwa tunadhani kwamba Ro = 0 kwenye chanzo, basi kwa vipinga vitatu vilivyounganishwa mfululizo, kulingana na sheria ya pili ya Kirchhoff, tunaweza kuandika:

E = IR 1 + IR 2 + IR 3 = I(R 1 + R 2 + R 3) = IR eq (19)

Wapi R eq =R 1 + R 2 + R 3.
Kwa hiyo, upinzani sawa wa mzunguko wa mfululizo ni sawa na jumla ya upinzani wa vipinga vyote vilivyounganishwa mfululizo Tangu voltages katika sehemu za kibinafsi za mzunguko ni kulingana na sheria ya Ohm: U 1 =IR 1; U 2 = IR 2, U 3 = IR 3 na katika kesi hii E = U, kisha kwa mzunguko unaozingatiwa.

U = U 1 + U 2 + U 3 (20)

Kwa hiyo, voltage U kwenye vituo vya chanzo ni sawa na jumla ya voltages katika kila moja ya vipinga vilivyounganishwa mfululizo.
Kutoka kwa fomula hizi pia inafuata kwamba voltages husambazwa kati ya vipinga vilivyounganishwa kwa safu kulingana na upinzani wao:

U 1: U 2: U 3 = R 1: R 2: R 3 (21)

yaani, upinzani mkubwa wa mpokeaji yeyote katika mzunguko wa mfululizo, zaidi ya voltage inayotumiwa nayo.

Ikiwa kadhaa, kwa mfano n, vipinga vilivyo na upinzani sawa R1 vinaunganishwa katika mfululizo, upinzani sawa wa mzunguko wa Rek utakuwa n mara zaidi kuliko upinzani R1, yaani Rek = nR1. Voltage U1 kwenye kila kipingamizi katika kesi hii ni n mara n chini ya jumla ya voltage U:

Wakati wapokeaji wameunganishwa katika mfululizo, mabadiliko katika upinzani wa mmoja wao mara moja hujumuisha mabadiliko ya voltage kwenye wapokeaji wengine waliounganishwa nayo. Wakati mzunguko wa umeme umezimwa au umevunjika, sasa katika moja ya wapokeaji na katika wapokeaji waliobaki huacha. Kwa hiyo, uunganisho wa mfululizo wa wapokeaji hutumiwa mara chache - tu katika kesi wakati voltage ya chanzo cha nishati ya umeme ni kubwa kuliko voltage iliyopimwa ambayo mtumiaji ameundwa. Kwa mfano, voltage katika mtandao wa umeme ambayo magari ya subway yanaendeshwa ni 825 V, wakati voltage ya majina ya taa za umeme zinazotumiwa katika magari haya ni 55 V. Kwa hiyo, katika magari ya chini ya ardhi, taa za umeme zinawashwa mfululizo, 15 taa katika kila mzunguko.
Uunganisho wa sambamba wa resistors. Katika uhusiano sambamba wapokeaji kadhaa, wameunganishwa kati ya pointi mbili za mzunguko wa umeme, na kutengeneza matawi ya sambamba (Mchoro 26, a). Kubadilisha

taa na resistors na upinzani R1, R2, R3, tunapata mzunguko ulioonyeshwa kwenye Mtini. 26, b.
Wakati wa kuunganishwa kwa sambamba, voltage U sawa inatumika kwa vipinga vyote. Kwa hiyo, kulingana na sheria ya Ohm:

I 1 =U/R 1; I 2 =U/R 2; I 3 =U/R 3.

Sasa katika sehemu isiyo na matawi ya mzunguko kulingana na sheria ya kwanza ya Kirchhoff I = I 1 + I 2 + I 3, au

I = U / R 1 + U / R 2 + U / R 3 = U (1/R 1 + 1/R 2 + 1/R 3) = U / R eq (23)

Kwa hiyo, upinzani sawa wa mzunguko unaozingatiwa wakati vipinga vitatu vinaunganishwa sambamba imedhamiriwa na formula.

1/R eq = 1/R 1 + 1/R 2 + 1/R 3 (24)

Kwa kuanzisha katika fomula (24) badala ya maadili 1/R eq, 1/R 1, 1/R 2 na 1/R 3 kanuni zinazolingana G eq, G 1, G 2 na G 3, tunapata: upitishaji sawa wa mzunguko sambamba ni sawa na jumla ya midundo ya vipingamizi vilivyounganishwa sambamba.:

G eq = G 1 + G 2 + G 3 (25)

Kwa hiyo, kwa kuwa idadi ya vipinga vinavyounganishwa katika ongezeko la sambamba, conductivity inayotokana ya mzunguko wa umeme huongezeka, na upinzani unaosababishwa hupungua.
Kutoka kwa fomula hapo juu inafuata kwamba mikondo inasambazwa kati ya matawi ya sambamba kwa uwiano wa kinyume na upinzani wao wa umeme au moja kwa moja sawa na conductivity yao. Kwa mfano, na matawi matatu

I 1: I 2: I 3 = 1/R 1: 1/R 2: 1/R 3 = G 1 + G 2 + G 3 (26)

Katika suala hili, kuna mlinganisho kamili kati ya usambazaji wa mikondo pamoja na matawi ya mtu binafsi na usambazaji wa mtiririko wa maji kupitia mabomba.
Fomula zilizopewa hufanya iwezekanavyo kuamua upinzani sawa wa mzunguko kwa kesi mbalimbali maalum. Kwa mfano, na vipinga viwili vilivyounganishwa kwa sambamba, upinzani wa mzunguko unaosababishwa ni

R eq =R 1 R 2 /(R 1 +R 2)

na vipinga vitatu vilivyounganishwa kwa sambamba

R eq =R 1 R 2 R 3 /(R 1 R 2 +R 2 R 3 +R 1 R 3)

Wakati kadhaa, kwa mfano n, vipinga vilivyo na upinzani sawa R1 vinaunganishwa kwa sambamba, upinzani wa mzunguko unaosababisha Rec utakuwa n mara chini ya upinzani R1, i.e.

R eq = R1/n(27)

I1 ya sasa inayopitia kila tawi, katika kesi hii, itakuwa n mara n chini ya jumla ya sasa:

I1 = mimi/n (28)

Wakati wapokeaji wameunganishwa kwa sambamba, wote ni chini ya voltage sawa, na hali ya uendeshaji ya kila mmoja wao haitegemei wengine. Hii ina maana kwamba sasa kupita kwa yeyote kati ya wapokezi hakutakuwa na athari kubwa kwa wapokezi wengine. Wakati wowote kipokezi chochote kinapozimwa au kutofaulu, vipokezi vilivyobaki vinasalia kuwashwa.

thamani. Kwa hivyo, unganisho sambamba una faida kubwa juu ya unganisho la serial, kama matokeo ambayo hutumiwa sana. Hasa, taa za umeme na motors iliyoundwa kufanya kazi kwa voltage fulani (iliyopimwa) daima huunganishwa kwa sambamba.
Kwenye injini za umeme za DC na injini zingine za dizeli, injini za traction lazima ziwashwe kwa voltages tofauti wakati wa kudhibiti kasi, kwa hivyo hubadilika kutoka kwa unganisho la mfululizo hadi unganisho sambamba wakati wa kuongeza kasi.

Uunganisho wa mchanganyiko wa resistors. Mchanganyiko mchanganyiko Huu ni uhusiano ambao baadhi ya vipinga huunganishwa katika mfululizo, na baadhi kwa sambamba. Kwa mfano, katika mchoro wa Mtini. 27, na kuna resistors mbili zilizounganishwa na mfululizo na upinzani wa R1 na R2, kupinga kwa upinzani R3 imeunganishwa kwa sambamba nao, na kupinga kwa upinzani R4 imeunganishwa kwa mfululizo na kundi la kupinga na upinzani R1, R2 na R3. .
Upinzani sawa wa mzunguko katika uunganisho mchanganyiko kawaida huamua na njia ya uongofu, ambayo mzunguko tata hubadilishwa kuwa rahisi katika hatua zinazofuatana. Kwa mfano, kwa mchoro katika Mtini. 27, na kwanza kuamua upinzani sawa wa R12 wa vipinga vinavyounganishwa na mfululizo na upinzani wa R1 na R2: R12 = R1 + R2. Katika kesi hii, mchoro kwenye Mtini. 27, lakini inabadilishwa na mzunguko sawa katika Mtini. 27, b. Kisha upinzani sawa wa R123 wa upinzani uliounganishwa sambamba na R3 imedhamiriwa kwa kutumia formula.

R 123 = R 12 R 3 / (R 12 + R 3) = (R 1 + R 2) R 3 / (R 1 + R 2 + R 3).

Katika kesi hii, mchoro kwenye Mtini. 27, b inabadilishwa na mzunguko sawa wa Mtini. 27, v. Baada ya hayo, upinzani sawa wa mzunguko mzima hupatikana kwa muhtasari wa upinzani R123 na upinzani wa R4 uliounganishwa katika mfululizo nayo:

R eq = R 123 + R 4 = (R 1 + R 2) R 3 / (R 1 + R 2 + R 3) + R 4

Uunganisho wa mfululizo, sambamba na mchanganyiko hutumiwa sana kubadili upinzani wa kuanzia rheostats wakati wa kuanza mmea wa nguvu za umeme. uk. mkondo wa moja kwa moja.

Moja ya nguzo ambazo dhana nyingi katika umeme hutegemea ni dhana ya uunganisho wa serial na sambamba wa waendeshaji. Ni muhimu tu kujua tofauti kuu kati ya aina hizi za uunganisho. Bila hii, haiwezekani kuelewa na kusoma mchoro mmoja.

Kanuni za msingi

Umeme wa sasa hutembea kupitia kondakta kutoka chanzo hadi kwa watumiaji (mzigo). Mara nyingi, cable ya shaba huchaguliwa kama kondakta. Hii ni kutokana na mahitaji yaliyowekwa kwenye kondakta: ni lazima kutolewa kwa urahisi elektroni.

Bila kujali njia ya uunganisho, mkondo wa umeme husogea kutoka kwa pamoja hadi minus. Ni katika mwelekeo huu kwamba uwezo hupungua. Inafaa kukumbuka kuwa waya ambayo sasa inapita pia ina upinzani. Lakini umuhimu wake ni mdogo sana. Ndio maana wamepuuzwa. Upinzani wa kondakta unachukuliwa kuwa sifuri. Ikiwa kondakta ana upinzani, kwa kawaida huitwa kupinga.

Uunganisho sambamba

Katika kesi hii, vitu vilivyojumuishwa kwenye mnyororo vinaunganishwa na nodi mbili. Hawana uhusiano na nodes nyingine. Sehemu za mzunguko na unganisho kama hilo kawaida huitwa matawi. Mchoro wa uunganisho wa sambamba unaonyeshwa kwenye takwimu hapa chini.

Ili kuiweka kwa lugha inayoeleweka zaidi, katika kesi hii waendeshaji wote wanaunganishwa kwa mwisho mmoja katika node moja, na mwisho mwingine kwa pili. Hii inaongoza kwa ukweli kwamba sasa umeme umegawanywa katika vipengele vyote. Kutokana na hili, conductivity ya mzunguko mzima huongezeka.

Wakati wa kuunganisha waendeshaji katika mzunguko kwa njia hii, voltage ya kila mmoja wao itakuwa sawa. Lakini nguvu ya sasa ya mzunguko mzima itaamuliwa kama jumla ya mikondo inayopita kupitia vitu vyote. Kwa kuzingatia sheria ya Ohm, muundo wa kuvutia hupatikana kwa njia ya mahesabu rahisi ya hisabati: usawa wa upinzani wa jumla wa mzunguko mzima umedhamiriwa kama jumla ya upatanisho wa upinzani wa kila kipengele cha mtu binafsi. Katika kesi hii, vipengele tu vinavyounganishwa kwa sambamba vinazingatiwa.

Uunganisho wa serial

Katika kesi hiyo, vipengele vyote vya mlolongo vinaunganishwa kwa namna ambayo hazifanyi node moja. Njia hii ya uunganisho ina drawback moja muhimu. Iko katika ukweli kwamba ikiwa mmoja wa waendeshaji hushindwa, vipengele vyote vinavyofuata haviwezi kufanya kazi. Mfano wa kushangaza wa hali kama hiyo ni taji ya kawaida. Ikiwa moja ya balbu za mwanga huwaka, taji nzima itaacha kufanya kazi.

Uunganisho wa mfululizo wa vipengele ni tofauti kwa kuwa nguvu za sasa katika waendeshaji wote ni sawa. Kuhusu voltage ya mzunguko, ni sawa na jumla ya voltages ya vipengele vya mtu binafsi.

Katika mzunguko huu, waendeshaji wanaunganishwa na mzunguko mmoja mmoja. Hii ina maana kwamba upinzani wa mzunguko mzima utakuwa na upinzani wa mtu binafsi tabia ya kila kipengele. Hiyo ni, upinzani wa jumla wa mzunguko ni sawa na jumla ya upinzani wa waendeshaji wote. Utegemezi huo huo unaweza kutolewa kwa hisabati kwa kutumia sheria ya Ohm.

Miradi iliyochanganywa

Kuna hali wakati kwenye mchoro mmoja unaweza kuona uhusiano wa serial na sambamba wa vipengele. Katika kesi hii, wanazungumza juu ya mchanganyiko wa mchanganyiko. Mahesabu ya nyaya hizo hufanyika tofauti kwa kila kikundi cha waendeshaji.

Kwa hiyo, ili kuamua upinzani wa jumla, ni muhimu kuongeza upinzani wa vipengele vilivyounganishwa kwa sambamba na upinzani wa vipengele vilivyounganishwa katika mfululizo. Katika kesi hii, unganisho la serial ni kubwa. Hiyo ni, ni mahesabu ya kwanza. Na tu baada ya hii upinzani wa mambo na uhusiano sambamba imedhamiriwa.

Kuunganisha LEDs

Kujua misingi ya aina mbili za vipengele vya kuunganisha katika mzunguko, unaweza kuelewa kanuni ya kujenga nyaya kwa vifaa mbalimbali vya umeme. Hebu tuangalie mfano. kwa kiasi kikubwa inategemea voltage ya chanzo cha sasa.

Kwa voltage ya chini ya mtandao (hadi 5 V), LED zimeunganishwa katika mfululizo. Katika kesi hii, capacitor ya aina ya kupita na vipinga vya mstari vitasaidia kupunguza kiwango cha kuingiliwa kwa umeme. Conductivity ya LEDs huongezeka kupitia matumizi ya modulators za mfumo.

Kwa voltage ya mtandao ya 12 V, viunganisho vya mtandao vya serial na sambamba vinaweza kutumika. Katika kesi ya uunganisho wa serial, vifaa vya umeme vya kubadili hutumiwa. Ikiwa mlolongo wa LEDs tatu umekusanyika, basi unaweza kufanya bila amplifier. Lakini ikiwa mzunguko unajumuisha idadi kubwa ya vipengele, basi amplifier ni muhimu.

Katika kesi ya pili, yaani, kwa uunganisho sambamba, ni muhimu kutumia vipinga viwili vya wazi na amplifier (pamoja na bandwidth juu ya 3 A). Zaidi ya hayo, upinzani wa kwanza umewekwa mbele ya amplifier, na pili - baada.

Kwa voltage ya juu ya mtandao (220 V), huamua uunganisho wa serial. Katika kesi hii, amplifiers za kufanya kazi na vifaa vya nguvu vya kushuka chini hutumiwa zaidi.

Siku njema kwa wote. Katika makala ya mwisho, niliangalia nyaya za umeme zilizo na vyanzo vya nishati. Lakini uchambuzi na muundo wa nyaya za umeme, pamoja na sheria ya Ohm, pia inategemea sheria za usawa, inayoitwa sheria ya kwanza ya Kirchhoff, na usawa wa voltage katika sehemu za mzunguko, inayoitwa sheria ya pili ya Kirchhoff, ambayo tutazingatia katika makala hii. Lakini kwanza, hebu tujue jinsi wapokeaji wa nishati wameunganishwa kwa kila mmoja na ni uhusiano gani kati ya mikondo, voltages, nk.

Wapokeaji wa nishati ya umeme wanaweza kuunganishwa kwa kila mmoja kwa njia tatu tofauti: kwa mfululizo, kwa sambamba au mchanganyiko (mfululizo - sambamba). Kwanza, hebu fikiria njia ya uunganisho wa mlolongo, ambayo mwisho wa mpokeaji mmoja huunganishwa na mwanzo wa mpokeaji wa pili, na mwisho wa mpokeaji wa pili unaunganishwa na mwanzo wa tatu, na kadhalika. Takwimu hapa chini inaonyesha uunganisho wa mfululizo wa wapokeaji wa nishati na uhusiano wao na chanzo cha nishati

Mfano wa uunganisho wa serial wa wapokeaji wa nishati.

Katika kesi hii, mzunguko una wapokeaji watatu wa nishati ya serial na upinzani R1, R2, R3 iliyounganishwa na chanzo cha nishati na U. Mzunguko wa umeme wa nguvu mimi hupita kupitia mzunguko, yaani, voltage katika kila upinzani itakuwa sawa na bidhaa ya sasa na upinzani

Kwa hivyo, kushuka kwa voltage kwenye upinzani uliounganishwa kwa mfululizo ni sawia na maadili ya upinzani huu.

Kutoka hapo juu, sheria ya upinzani wa mfululizo sawa hufuata, ambayo inasema kwamba upinzani unaounganishwa kwa mfululizo unaweza kuwakilishwa na upinzani sawa wa mfululizo, thamani ambayo ni sawa na jumla ya upinzani unaounganishwa mfululizo. Utegemezi huu unawakilishwa na mahusiano yafuatayo

ambapo R ni upinzani sawa wa mfululizo.

Utumiaji wa unganisho la serial

Kusudi kuu la uunganisho wa mfululizo wa wapokeaji wa nguvu ni kutoa voltage inayohitajika chini ya voltage ya chanzo cha nguvu. Moja ya maombi hayo ni mgawanyiko wa voltage na potentiometer

Kigawanyiko cha voltage (kushoto) na potentiometer (kulia).

Vipimo vilivyounganishwa kwa mfululizo hutumiwa kama vigawanyiko vya voltage, katika kesi hii R1 na R2, ambayo hugawanya voltage ya chanzo cha nishati katika sehemu mbili U1 na U2. Voltage U1 na U2 zinaweza kutumika kuendesha vipokezi tofauti vya nishati.

Mara nyingi, mgawanyiko wa voltage unaoweza kubadilishwa hutumiwa, ambayo ni upinzani wa kutofautiana R. Upinzani wa jumla umegawanywa katika sehemu mbili kwa kutumia mawasiliano ya kusonga, na hivyo voltage U2 kwenye mpokeaji wa nishati inaweza kubadilishwa vizuri.

Njia nyingine ya kuunganisha wapokeaji wa nishati ya umeme ni uunganisho wa sambamba, ambao unajulikana na ukweli kwamba warithi kadhaa wa nishati wanaunganishwa na nodes sawa za mzunguko wa umeme. Mfano wa uunganisho huo unaonyeshwa kwenye takwimu hapa chini

Mfano wa uunganisho sambamba wa wapokeaji wa nishati.

Mzunguko wa umeme katika takwimu una matawi matatu yanayofanana na upinzani wa mzigo R1, R2 na R3. Mzunguko unaunganishwa na chanzo cha nishati na U voltage, sasa ya umeme yenye nguvu mimi inapita kupitia mzunguko. Hivyo, sasa inapita kupitia kila tawi sawa na uwiano wa voltage kwa upinzani wa kila tawi.

Kwa kuwa matawi yote ya mzunguko iko chini ya voltage U sawa, mikondo ya wapokeaji wa nishati ni sawia na upinzani wa wapokeaji hawa, na kwa hivyo wapokeaji wa nishati wanaounganishwa wanaweza kuonekana kama mpokeaji mmoja wa nishati na upinzani sawa sawa, kulingana na maneno yafuatayo

Kwa hiyo, kwa uunganisho wa sambamba, upinzani sawa daima ni chini ya ndogo zaidi ya upinzani unaounganishwa.

Uunganisho mchanganyiko wa wapokeaji wa nishati

Kuenea zaidi ni uhusiano mchanganyiko wa wapokeaji wa nishati ya umeme. Uunganisho huu ni mchanganyiko wa mfululizo na vipengele vilivyounganishwa vilivyounganishwa. Hakuna formula ya jumla ya kuhesabu aina hii ya uunganisho, kwa hiyo katika kila kesi ya mtu binafsi ni muhimu kuonyesha sehemu za mzunguko ambapo kuna aina moja tu ya uunganisho wa mpokeaji - serial au sambamba. Kisha, kwa kutumia kanuni za upinzani sawa, hatua kwa hatua kurahisisha hatima hizi na hatimaye kuwaleta kwa fomu rahisi na upinzani mmoja, wakati wa kuhesabu mikondo na voltages kulingana na sheria ya Ohm. Takwimu hapa chini inaonyesha mfano wa uunganisho mchanganyiko wa wapokeaji wa nishati

Mfano wa uunganisho mchanganyiko wa wapokeaji wa nishati.

Kwa mfano, hebu tuhesabu mikondo na voltages katika sehemu zote za mzunguko. Kwanza, hebu tutambue upinzani sawa wa mzunguko. Hebu tuchague sehemu mbili na uunganisho sambamba wa wapokeaji wa nishati. Hizi ni R1||R2 na R3||R4||R5. Kisha upinzani wao sawa utakuwa wa fomu

Kama matokeo, tulipata mzunguko wa wapokeaji wawili wa nishati ya serial R 12 R 345 upinzani sawa na sasa inapita kati yao itakuwa.

Kisha kushuka kwa voltage kwenye sehemu itakuwa

Kisha mikondo inapita kwa kila mpokeaji wa nishati itakuwa

Kama nilivyosema tayari, sheria za Kirchhoff, pamoja na sheria ya Ohm, ni za msingi katika uchambuzi na mahesabu ya nyaya za umeme. Sheria ya Ohm ilijadiliwa kwa undani katika makala mbili zilizopita, sasa ni zamu ya sheria za Kirchhoff. Kuna mbili tu kati yao, ya kwanza inaelezea uhusiano kati ya mikondo katika nyaya za umeme, na ya pili inaelezea uhusiano kati ya EMF na voltage katika mzunguko. Hebu tuanze na ya kwanza.

Sheria ya kwanza ya Kirchhoff inasema kwamba jumla ya algebraic ya mikondo katika nodi ni sawa na sifuri. Hii inaelezewa na usemi ufuatao

ambapo ∑ inaashiria jumla ya aljebra.

Neno "algebraic" linamaanisha kwamba mikondo lazima izingatiwe kwa kuzingatia ishara, yaani, mwelekeo wa uingiaji. Kwa hivyo, mikondo yote inayoingia kwenye nodi hupewa ishara nzuri, na zile zinazotoka kwenye nodi hupewa ishara hasi inayolingana. Kielelezo hapa chini kinaonyesha sheria ya kwanza ya Kirchhoff

Picha ya sheria ya kwanza ya Kirchhoff.

Takwimu inaonyesha nodi ambayo sasa inapita kutoka upande wa upinzani R1, na sasa inapita kutoka upande wa upinzani R2, R3, R4, basi equation ya sasa ya sehemu hii ya mzunguko itakuwa na fomu.

Sheria ya kwanza ya Kirchhoff haitumiki tu kwa nodes, bali pia kwa mzunguko wowote au sehemu ya mzunguko wa umeme. Kwa mfano, nilipozungumza juu ya uunganisho sambamba wa wapokeaji wa nishati, ambapo jumla ya mikondo kupitia R1, R2 na R3 ni sawa na sasa inayoingia I.

Kama ilivyoelezwa hapo juu, sheria ya pili ya Kirchhoff huamua uhusiano kati ya EMF na voltages katika mzunguko uliofungwa na ni kama ifuatavyo: jumla ya algebraic ya EMF katika mzunguko wowote wa mzunguko ni sawa na jumla ya algebraic ya matone ya voltage kwenye vipengele vya mzunguko huu. Sheria ya pili ya Kirchhoff inafafanuliwa na usemi ufuatao

Kama mfano, fikiria mchoro ufuatao hapa chini, ulio na mzunguko fulani

Mchoro unaoonyesha sheria ya pili ya Kirchhoff.

Kwanza unahitaji kuamua juu ya mwelekeo wa kuvuka contour. Kimsingi, unaweza kuchagua moja kwa moja au kinyume chake. Nitachagua chaguo la kwanza, ambayo ni, vitu vitahesabiwa kwa mpangilio ufuatao E1R1R2R3E2, kwa hivyo equation kulingana na sheria ya pili ya Kirchhoff itaonekana kama hii.

Sheria ya pili ya Kirchhoff haitumiki tu kwa nyaya za DC, lakini pia kwa nyaya za AC na nyaya zisizo za mstari.
Katika makala inayofuata nitaangalia mbinu za msingi za kuhesabu nyaya ngumu kwa kutumia sheria ya Ohm na sheria za Kirchhoff.

Nadharia ni nzuri, lakini bila matumizi ya vitendo ni maneno tu.

Maudhui:

Kama unavyojua, uunganisho wa kipengele chochote cha mzunguko, bila kujali kusudi lake, unaweza kuwa wa aina mbili - uunganisho wa sambamba na uunganisho wa serial. Mchanganyiko mchanganyiko, yaani, uunganisho wa mfululizo-sambamba pia unawezekana. Yote inategemea madhumuni ya sehemu na kazi inayofanya. Hii ina maana kwamba resistors si kuepuka sheria hizi. Mfululizo na upinzani sambamba wa resistors kimsingi ni sawa na uunganisho wa sambamba na mfululizo wa vyanzo vya mwanga. Katika mzunguko wa sambamba, mchoro wa uunganisho unahusisha pembejeo kwa vipinga vyote kutoka kwa hatua moja, na pato kutoka kwa mwingine. Wacha tujaribu kujua jinsi unganisho la serial hufanywa na jinsi unganisho sambamba hufanywa. Na muhimu zaidi, ni tofauti gani kati ya viunganisho kama hivyo na katika hali gani ni serial na katika uhusiano gani sambamba ni muhimu? Inafurahisha pia kuhesabu vigezo kama jumla ya voltage na upinzani wa jumla wa mzunguko katika kesi za mfululizo au uhusiano sambamba. Wacha tuanze na ufafanuzi na sheria.

Njia za uunganisho na sifa zao

Aina za viunganisho vya watumiaji au vipengele vina jukumu muhimu sana, kwa sababu sifa za mzunguko mzima, vigezo vya nyaya za mtu binafsi, na kadhalika hutegemea hii. Kwanza, hebu tujaribu kujua unganisho la serial la vitu kwenye mzunguko.

Uunganisho wa serial

Uunganisho wa serial ni uhusiano ambapo vipinga (pamoja na watumiaji wengine au vipengele vya mzunguko) vinaunganishwa moja baada ya nyingine, na pato la uliopita limeunganishwa na pembejeo ya ijayo. Aina hii ya ubadilishaji wa vitu hutoa kiashiria sawa na jumla ya upinzani wa vitu hivi vya mzunguko. Hiyo ni, ikiwa r1 = 4 Ohms, na r2 = 6 Ohms, basi wanapounganishwa katika mzunguko wa mfululizo, upinzani wa jumla utakuwa 10 Ohms. Ikiwa tunaongeza upinzani mwingine wa 5 ohm katika mfululizo, kuongeza nambari hizi zitatoa 15 ohms - hii itakuwa upinzani wa jumla wa mzunguko wa mfululizo. Hiyo ni, jumla ya maadili ni sawa na jumla ya upinzani wote. Wakati wa kuhesabu kwa vipengele vinavyounganishwa katika mfululizo, hakuna maswali yanayotokea - kila kitu ni rahisi na wazi. Ndio maana hakuna haja ya kukaa kwa umakini zaidi juu ya hili.

Kanuni na kanuni tofauti kabisa hutumiwa kuhesabu upinzani wa jumla wa kupinga wakati wa kushikamana kwa sambamba, kwa hiyo ni mantiki kukaa juu yake kwa undani zaidi.

Uunganisho sambamba

Uunganisho wa sambamba ni uunganisho ambao pembejeo zote za kupinga zimeunganishwa kwa hatua moja, na matokeo yote kwa pili. Jambo kuu la kuelewa hapa ni kwamba upinzani wa jumla na uunganisho huo daima utakuwa chini kuliko parameter sawa ya kupinga ambayo ina ndogo zaidi.

Ni mantiki kuchambua kipengele kama hicho kwa kutumia mfano, basi itakuwa rahisi kuelewa. Kuna vipinga viwili vya 16 ohm, lakini ohm 8 tu zinahitajika kwa ajili ya ufungaji sahihi wa mzunguko. Katika kesi hii, wakati wa kutumia wote wawili, wakati wanaunganishwa kwa sambamba na mzunguko, ohms 8 zinazohitajika zitapatikana. Hebu jaribu kuelewa kwa mahesabu ya formula gani inawezekana. Kigezo hiki kinaweza kuhesabiwa kama ifuatavyo: 1/Rtotal = 1/R1+1/R2, na wakati wa kuongeza vipengele, jumla inaweza kuendelea kwa muda usiojulikana.

Hebu tujaribu mfano mwingine. Vipimo 2 vinaunganishwa kwa sambamba, na upinzani wa 4 na 10 ohms. Kisha jumla itakuwa 1/4 + 1/10, ambayo itakuwa sawa na 1: (0.25 + 0.1) = 1: 0.35 = 2.85 ohms. Kama unavyoona, ingawa vipinga vilikuwa na upinzani mkubwa, vilipounganishwa sambamba, thamani ya jumla ikawa chini sana.

Unaweza pia kuhesabu upinzani wa jumla wa vipinga vinne vilivyounganishwa vilivyounganishwa, na thamani ya nominella ya 4, 5, 2 na 10 ohms. Mahesabu, kulingana na fomula, yatakuwa kama ifuatavyo: 1/Rtotal = 1/4+1/5+1/2+1/10, ambayo itakuwa sawa na 1:(0.25+0.2+0.5+0.1)= 1/1.5 = 0.7 Ohm.

Kuhusu sasa inapita kupitia vipinga vilivyounganishwa sambamba, hapa ni muhimu kurejelea sheria ya Kirchhoff, ambayo inasema "nguvu ya sasa katika muunganisho sambamba unaoacha mzunguko ni sawa na sasa inayoingia kwenye mzunguko." Kwa hiyo, hapa sheria za fizikia huamua kila kitu kwa ajili yetu. Katika kesi hii, viashiria vya jumla vya sasa vimegawanywa katika maadili ambayo ni kinyume na upinzani wa tawi. Ili kuiweka kwa urahisi, juu ya thamani ya upinzani, mikondo ndogo itapita kwa kupinga hii, lakini kwa ujumla, sasa ya pembejeo itakuwa bado kwenye pato. Katika uunganisho wa sambamba, voltage kwenye pato pia inabakia sawa na kwenye pembejeo. Mchoro wa uunganisho wa sambamba umeonyeshwa hapa chini.

Uunganisho wa mfululizo-sambamba

Uunganisho wa mfululizo-sambamba ni wakati mzunguko wa uunganisho wa mfululizo una upinzani sambamba. Katika kesi hii, upinzani wa mfululizo wa jumla utakuwa sawa na jumla ya watu binafsi sawa sawa. Njia ya hesabu ni sawa katika kesi husika.

Fanya muhtasari

Kwa muhtasari wa yote hapo juu, tunaweza kupata hitimisho zifuatazo:

1. Wakati wa kuunganisha resistors katika mfululizo, hakuna formula maalum zinazohitajika kuhesabu upinzani wa jumla. Unahitaji tu kuongeza viashiria vyote vya kupinga - jumla itakuwa upinzani wa jumla.
2. Wakati wa kuunganisha vipinga kwa sambamba, upinzani wa jumla huhesabiwa kwa kutumia formula 1/Rtot = 1/R1+1/R2...+Rn.
3. Upinzani sawa katika uunganisho wa sambamba daima ni chini ya thamani ya chini sawa ya moja ya vipinga vilivyojumuishwa kwenye mzunguko.
4. Ya sasa, pamoja na voltage, katika uunganisho wa sambamba bado haibadilika, yaani, voltage katika uhusiano wa mfululizo ni sawa katika pembejeo na pato.
5. Uunganisho wa serial-sambamba wakati wa mahesabu ni chini ya sheria sawa.

Kwa hali yoyote, chochote uunganisho, ni muhimu kuhesabu wazi viashiria vyote vya vipengele, kwa sababu vigezo vina jukumu muhimu sana wakati wa kufunga nyaya. Na ikiwa utafanya makosa ndani yao, basi mzunguko hautafanya kazi, au vitu vyake vitawaka tu kutoka kwa upakiaji. Kwa kweli, sheria hii inatumika kwa mzunguko wowote, hata katika mitambo ya umeme. Baada ya yote, sehemu ya msalaba wa waya pia huchaguliwa kulingana na nguvu na voltage. Na ikiwa utaweka balbu ya mwanga iliyopimwa kwa volts 110 katika mzunguko na voltage ya 220, ni rahisi kuelewa kwamba itawaka mara moja. Vile vile huenda kwa vipengele vya umeme vya redio. Kwa hivyo, usikivu na uangalifu katika mahesabu ndio ufunguo wa operesheni sahihi ya mzunguko.