Curent și tensiune cu cabluri paralele, serie și mixte

Circuitele electrice reale includ cel mai adesea nu un fir, ci mai multe fire conectate într-un fel între ele. În forma sa cea mai simplă circuit electric există doar o „intrare” și o „ieșire”, adică două ieșiri pentru conectarea la alte fire prin care sarcina (curentul) are capacitatea de a curge în circuit și de a părăsi circuitul. La un curent constant în circuit, valorile curentului de intrare și de ieșire vor fi aceleași.

Dacă vă uitați la un circuit electric care include mai multe fire diferite și luați în considerare o pereche de puncte (intrare și ieșire) pe el, atunci, în principiu, restul circuitului poate fi considerat ca un singur rezistor (în termeni de rezistență echivalentă). ).

Cu această abordare, ei spun că dacă curentul I este curentul din circuit, iar tensiunea U este tensiunea terminală, adică diferența de potențiale electrice dintre punctele de „intrare” și „ieșire”, atunci raportul U / I poate fi considerat ca valoarea rezistenței echivalente R circuitului în întregime.

Dacă Legea lui Ohm este satisfăcută, rezistența echivalentă poate fi calculată destul de ușor.

Curent și tensiune cu conexiune în serie de fire

În cel mai simplu caz, atunci când doi sau mai mulți conductori sunt conectați împreună într-un circuit în serie, curentul din fiecare conductor va fi același, iar tensiunea dintre "ieșire" și "intrare", adică la bornele întregul circuit, va fi egal cu suma tensiunilor din rezistențele care alcătuiesc circuitul. Și deoarece legea lui Ohm este valabilă pentru fiecare dintre rezistențe, putem scrie:

Deci, următoarele modele sunt caracteristice conexiunii în serie a firelor:

• Pentru a afla rezistența totală a circuitului se adaugă rezistențele firelor care alcătuiesc circuitul;

• Curentul prin circuit este egal cu curentul prin fiecare dintre firele care alcătuiesc circuitul;

• Tensiunea la bornele unui circuit este egală cu suma tensiunilor din fiecare dintre firele care alcătuiesc circuitul.

Curent și tensiune cu conexiune paralelă a firelor

Când mai multe fire sunt conectate în paralel între ele, tensiunea la bornele unui astfel de circuit este tensiunea fiecăruia dintre firele care alcătuiesc circuitul.

Tensiunile tuturor firelor sunt egale între ele și egale cu tensiunea aplicată (U). Curentul prin întregul circuit - la "intrare" și "ieșire" - este egal cu suma curenților din fiecare dintre ramurile circuitului, combinați în paralel și alcătuind acest circuit. Știind că I = U / R, obținem că:

Deci, următoarele modele sunt caracteristice conexiunii paralele a firelor:

• Pentru a găsi rezistența totală a circuitului, adăugați reciprocele rezistențelor firelor care alcătuiesc circuitul;

• Curentul prin circuit este egal cu suma curenților prin fiecare dintre firele care formează circuitul;

• Tensiunea la bornele unui circuit este egală cu tensiunea pe fiecare dintre firele care alcătuiesc circuitul.

Circuite echivalente ale circuitelor simple și complexe (combinate).

În cele mai multe cazuri, schemele electrice care reprezintă o conexiune combinată de fire se pretează la o simplificare pas cu pas.

Grupurile de părți ale circuitului conectate în serie și paralele sunt înlocuite cu rezistențe echivalente conform principiului de mai sus, calculând pas cu pas rezistențele echivalente ale pieselor, apoi aducându-le la o valoare echivalentă a rezistenței întregului circuit.

Și dacă la început circuitul pare destul de confuz, apoi, simplificat pas cu pas, poate fi împărțit în circuite mai mici de fire conectate în serie și paralel și astfel, în final, este mult simplificat.

Între timp, nu toate schemele pot fi simplificate într-un mod atât de simplu. Un circuit de fire „punte” aparent simplu nu poate fi investigat în acest fel. Aici ar trebui să se aplice câteva reguli:

• Pentru fiecare rezistor, legea lui Ohm este îndeplinită;

• La fiecare nod, adică în punctul de convergență a doi sau mai mulți curenți, suma algebrică a curenților este zero: suma curenților care curg în nod este egală cu suma curenților care ies din nod (Prima regulă a lui Kirchhoff);

• Suma tensiunilor de pe secțiunile circuitului la ocolirea fiecărei căi de la „intrare” la „ieșire” este egală cu tensiunea aplicată circuitului (a doua lege a lui Kirchhoff).

Fire de punte

Pentru a lua în considerare un exemplu de utilizare a regulilor de mai sus, calculăm un circuit asamblat din fire combinate într-un circuit de punte. Pentru ca calculele să nu fie prea complicate, vom presupune că unele dintre rezistențele firelor sunt egale între ele.

Să notăm direcțiile curenților I, I1, I2, I3 pe drumul de la "intrare" la circuit - la "ieșirea" circuitului. Se poate observa că circuitul este simetric, deci curenții prin aceleași rezistențe sunt la fel, așa că îi vom desemna cu aceleași simboluri. De fapt, dacă modificați „intrarea” și „ieșirea” circuitului, atunci circuitul va fi imposibil de distins de original.

Pentru fiecare nod puteți scrie ecuațiile de curent, pe baza faptului că suma curenților care curg în nod este egală cu suma curenților care ies din nod (legea conservării sarcinii electrice), obțineți două ecuatii:

Următorul pas este să scrieți ecuațiile pentru sumele tensiunilor pentru secțiuni individuale ale circuitului pe măsură ce parcurgeți circuitul de la intrare la ieșire în moduri diferite. Deoarece circuitul este simetric în acest exemplu, două ecuații sunt suficiente:

În procesul de rezolvare a unui sistem de ecuații liniare, se obține o formulă pentru găsirea mărimii curentului I între bornele „intrare” și „ieșire”, pe baza tensiunii specificate U aplicată circuitului și a rezistențelor firelor. :

Și pentru rezistența echivalentă totală a circuitului, pe baza faptului că R = U / I, urmează formula:

Puteți chiar să verificați corectitudinea soluției, de exemplu, conducând la cazurile limită și speciale ale valorilor rezistenței:

Acum știți cum să găsiți curentul și tensiunea pentru firele paralele, în serie, mixte și chiar de conectare, aplicând legea lui Ohm și regulile lui Kirchhoff. Aceste principii sunt foarte simple și chiar și cel mai complex circuit electric cu ajutorul lor este în cele din urmă redus la o formă elementară prin câteva operații matematice simple.