เนื้อหา

• ขั้นตอน
• เคล็ดลับ

วิธีที่ง่ายที่สุดในการจินตนาการถึงวงจรอนุกรมคือการคิดถึงห่วงโซ่ขององค์ประกอบ องค์ประกอบเหล่านี้จัดเรียงต่อเนื่องกันในบรรทัดเดียวกัน ดังนั้นจึงมีเส้นทางเดียวที่อิเล็กตรอนและประจุสามารถใช้ หลังจากทำความเข้าใจรายละเอียดที่เกี่ยวข้องกับการเชื่อมโยงแบบอนุกรมแล้วคุณสามารถเรียนรู้วิธีคำนวณกระแสไฟฟ้าทั้งหมด

ขั้นตอน

ส่วนที่ 1 ของ 4: การเรียนรู้คำศัพท์พื้นฐาน

1. 

   เข้าใจสิ่งที่เป็นปัจจุบัน กระแสไฟฟ้าเป็นการไหลตามลำดับของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า (เช่นอิเล็กตรอน) หรือในทางคณิตศาสตร์การไหลของประจุต่อหน่วยเวลา แต่ประจุและอิเล็กตรอนคืออะไร? อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่มีประจุลบ ประจุเป็นคุณสมบัติทางกายภาพของสสารที่ใช้ในการระบุว่ามีประจุบวกหรือลบ เช่นเดียวกับแม่เหล็กจะดึงดูดประจุของสัญญาณที่เท่ากันและประจุของสัญญาณตรงกันข้าม
   • ลองใช้น้ำเป็นตัวอย่าง น้ำเกิดจากโมเลกุล H₂O (อะตอมของไฮโดรเจนสองอะตอมและออกซิเจนหนึ่งอะตอมยึดติดกัน) เรารู้ว่าอะตอมของออกซิเจนและอะตอมของไฮโดรเจนรวมตัวกันเป็นโมเลกุล H₂
   • กระแสน้ำประกอบด้วยโมเลกุลเหล่านี้นับล้านล้านโมเลกุล เราสามารถเปรียบเทียบกระแสของน้ำกับกระแสไฟฟ้า โมเลกุลของน้ำเทียบเท่ากับอิเล็กตรอนและประจุไฟฟ้าให้กับอะตอมของไฮโดรเจนและออกซิเจน

2. 

   
   
   ทำความเข้าใจว่าอะไรคือความต่างศักย์ ความต่างศักย์ (เรียกอีกอย่างว่าแรงดันไฟฟ้า) คือ "แรง" ที่ทำให้กระแสไฟฟ้าเคลื่อนที่ เพื่อแสดงให้เห็นว่าความต่างศักย์คืออะไรลองนึกถึงแบตเตอรี่ภายในแบตเตอรี่มีปฏิกิริยาเคมีหลายชุดที่นำไปสู่การรวมตัวของอิเล็กตรอนที่ขั้วบวก
   • หากเราเชื่อมต่อขั้วบวกของแบตเตอรี่กับขั้วลบผ่านสายไฟเราจะทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่เข้าหากัน (เนื่องจากการผลักประจุของสัญญาณเดียวกัน)
   • เนื่องจากหลักการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า (เขาบอกว่าผลรวมของประจุไฟฟ้าในระบบแยกต้องคงที่) อิเล็กตรอนจะพยายามปรับสมดุลของประจุในระบบจากจุดที่มีความเข้มข้นสูงสุดไปยังจุดที่มีความเข้มข้นต่ำสุด (นั่นคือ จากขั้วบวกไปยังขั้วลบของแบตเตอรี่)
   • การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนนี้ก่อให้เกิดความต่างศักย์ (หรือเรียกง่ายๆว่า ddp)

3. 

   
   
   ทำความเข้าใจว่าความต้านทานคืออะไร ความต้านทานไฟฟ้าเป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับการไหลของประจุไฟฟ้า
   • ตัวต้านทานเป็นส่วนประกอบของวงจรที่มีความต้านทานอย่างมีนัยสำคัญ พวกมันถูกจัดเรียงในบางส่วนของวงจรเพื่อควบคุมการไหลของประจุหรืออิเล็กตรอน
   • หากไม่มีตัวต้านทานในวงจรจะไม่มีการควบคุมการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ในกรณีนี้อุปกรณ์อาจรับน้ำหนักมากเกินไปและสุดท้ายได้รับความเสียหาย (หรือร้อนเกินไปเนื่องจากการใช้งานเกินพิกัด)

ส่วนที่ 2 จาก 4: การคำนวณกระแสไฟฟ้าทั้งหมดของวงจรอนุกรม

1. 

   
   
   คำนวณความต้านทานทั้งหมด ใช้ฟางพลาสติกและดื่มน้ำ ตอนนี้บดฟางบางส่วนแล้วดื่มอีกครั้ง คุณสังเกตเห็นความแตกต่างหรือไม่? ของเหลวควรมาในปริมาณที่น้อยลง ฟางแต่ละส่วนเว้าแหว่งทำหน้าที่เป็นตัวต้านทาน พวกเขาทำหน้าที่ปิดกั้นทางเดินของน้ำ (ซึ่งจะมีบทบาทของกระแสไฟฟ้า) เนื่องจากรอยบุบเรียงตามลำดับเราจึงบอกว่าเป็นอนุกรม จากตัวอย่างนี้เราสามารถสรุปได้ว่าความต้านทานรวมของการเชื่อมโยงอนุกรมจะเท่ากับ:
   • R_(รวม) = ร₁ + ร₂ + ร₃.

2. 

   คำนวณความแตกต่างของศักยภาพทั้งหมด ในเรื่องส่วนใหญ่ค่า ddp ทั้งหมดจะระบุไว้ในคำสั่ง หากปัญหาให้ค่า ddp แต่ละตัวสำหรับตัวต้านทานแต่ละตัวเราสามารถใช้สมการต่อไปนี้:
   • ยู_(รวม) = U₁ + U₂ + U₃.
   • ทำไมสมการนี้? ลองพิจารณาเปรียบเทียบฟางอีกครั้ง: หลังจากนวดแล้วจะเกิดอะไรขึ้น? คุณจะต้องดันให้หนักขึ้นเพื่อให้น้ำไหลผ่านฟาง แรงทั้งหมดที่คุณทำขึ้นอยู่กับผลรวมของแรงที่ต้องการในแต่ละจุดที่ยู่ยี่บนฟาง
   • "ความแข็งแกร่ง" ที่จำเป็นคือความต่างศักย์ ทำให้เกิดการไหลของน้ำหรือกระแสไฟฟ้า ดังนั้นเราสามารถสรุปได้ว่า ddp ทั้งหมดจะถูกคำนวณโดยการเพิ่ม ddps แต่ละตัวของตัวต้านทานแต่ละตัว

3. 

   คำนวณกระแสไฟฟ้าทั้งหมดของระบบ ใช้การเปรียบเทียบฟางอีกครั้ง: หลังจากนวดแล้วปริมาณน้ำเปลี่ยนไปหรือไม่? ไม่ถึงแม้ว่าความเร็วของของเหลวจะเปลี่ยนไป แต่ปริมาณน้ำที่คุณดื่มก็ไม่เปลี่ยนแปลง หากคุณดูน้ำเข้าและออกจากส่วนที่บดแล้วของฟางคุณจะสังเกตได้ว่าปริมาณทั้งสองนี้เท่ากัน นี่เป็นเพราะความเร็วคงที่ของการไหลของของเหลว ดังนั้นเราสามารถยืนยันได้ว่า:
   • ผม₁ = ฉัน₂ = ฉัน₃ = ฉัน_(รวม).

4. 

   จำกฎข้อแรกของ โอ้ม. นอกจากสมการที่แสดงแล้วคุณยังสามารถใช้สมการของกฎของ โอ้ม: มันเกี่ยวข้องกับความต่างศักย์ (ddp) กระแสรวมและความต้านทานของวงจร
   • ยู_(รวม) = ฉัน_(รวม) x R_(รวม).

5. 

   แก้ไขตัวอย่างต่อไปนี้ ตัวต้านทานสามตัว R₁ = 10Ω, R₂ = 2Ωและ R₃ = 9Ωมีความเกี่ยวข้องในอนุกรม ความต่างศักย์ที่ใช้กับวงจรคือ 2.5V คำนวณค่าของกระแสไฟฟ้าทั้งหมด ในการเริ่มต้นให้คำนวณความต้านทานรวมของวงจร:
   • R_(รวม) = 10Ω + 2Ω + 9Ω.
   • ดังนั้น, R_(รวม)= 21Ω

6. 

   ใช้กฎหมายของ โอ้ม เพื่อกำหนดค่ากระแสไฟฟ้าทั้งหมด:
   • ยู_(รวม) = ฉัน_(รวม) x R_(รวม).
   • ผม_(รวม) = U_(รวม)/ ร_(รวม).
   • ผม_(รวม) = 2.5V / 21 โอห์ม.
   • ผม_(รวม) = 0.1190A.

ส่วนที่ 3 ของ 4: การคำนวณกระแสไฟฟ้าทั้งหมดของวงจรแบบขนาน

1. 

   ทำความเข้าใจว่าวงจรขนานคืออะไร ตามชื่อแสดงว่าวงจรขนานมีองค์ประกอบที่จัดเรียงแบบขนาน สำหรับสิ่งนี้จะใช้สายไฟหลายเส้นเพื่อสร้างเส้นทางที่กระแสไฟฟ้าสามารถเดินทางได้

2. 

   คำนวณความแตกต่างของศักยภาพทั้งหมด เนื่องจากคำศัพท์ทั้งหมดได้อธิบายไปแล้วในหัวข้อก่อนหน้านี้เราจึงไปที่การสาธิตสมการที่ใช้ในวงจรคู่ขนานโดยตรง เพื่อเป็นตัวอย่างให้นึกภาพท่อที่มีส้อมสองอัน (มีเส้นผ่านศูนย์กลางต่างกัน) เพื่อให้น้ำไหลผ่านท่อทั้งสองท่อแต่ละท่อจำเป็นต้องใช้แรงต่างกันหรือไม่? ไม่ได้คุณจะต้องมีความแข็งแรงเพียงพอที่จะทำให้น้ำไหลได้ ดังนั้นเมื่อพิจารณาว่าน้ำมีบทบาทของกระแสไฟฟ้าและแรงนั้นมีบทบาทของความต่างศักย์เราสามารถพูดได้ว่า:
   • ยู_(รวม) = U₁ = U₂ = U₃.

3. 

   คำนวณความต้านทานไฟฟ้าทั้งหมด สมมติว่าคุณต้องการควบคุมน้ำที่ไหลผ่านท่อทั้งสอง วิธีที่ดีที่สุดในการทำเช่นนี้คืออะไร? ใช้วาล์วหยุดเพียงตัวเดียวที่ส้อมแต่ละตัวหรือติดตั้งวาล์วหลายตัวติดต่อกัน? ตัวเลือกที่สองจะเป็นทางเลือกที่ดีที่สุด สำหรับความต้านทานการเปรียบเทียบจะทำงานในลักษณะเดียวกัน ตัวต้านทานที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมจะควบคุมกระแสไฟฟ้าด้วยวิธีที่มีประสิทธิภาพมากกว่าเมื่อเชื่อมต่อแบบขนาน สมการที่ใช้คำนวณความต้านทานรวมในวงจรขนานคือ:
   • 1 / ร_(รวม) = (1 / ร₁) + (1 / R₂) + (1 / R₃).

4. 

   คำนวณกระแสไฟฟ้าทั้งหมด กลับไปที่ตัวอย่างของเรา: เส้นทางที่น้ำไหลผ่านจะถูกแบ่งออก เช่นเดียวกับกระแสไฟฟ้า เนื่องจากมีหลายเส้นทางที่สามารถเดินทางได้เราจึงบอกว่ากระแสถูกแบ่งออก เส้นทางที่แตกต่างกันจะไม่จำเป็นต้องได้รับโหลดเท่ากัน ขึ้นอยู่กับความต้านทานและวัสดุของลวดแต่ละเส้น ดังนั้นสมการสำหรับการคำนวณกระแสไฟฟ้าทั้งหมดจะเป็นผลรวมของกระแสสำหรับแต่ละเส้นทาง:
   • ผม_(รวม) = ฉัน₁ + ฉัน₂ + ฉัน₃.
   • เราไม่สามารถใช้สูตรนี้ได้หากไม่มีค่ากระแสไฟฟ้าแต่ละค่า สำหรับกรณีนี้เราสามารถใช้กฎข้อแรกของ โอ้ม.

ส่วนที่ 4 ของ 4: การแก้ตัวอย่างด้วยวงจรขนานและอนุกรม

1. 

   แก้ไขตัวอย่างต่อไปนี้ ตัวต้านทานสี่ตัวในวงจรแบ่งออกเป็นสองสายแบบขนาน สายแรกประกอบด้วย R₁ = 1Ωและ R₂ = 2Ω. สายที่สองประกอบด้วย R₃ = 0.5Ωและ R₄ = 1.5 โอห์ม ตัวต้านทานของแต่ละสายสัมพันธ์กันเป็นอนุกรม ความต่างศักย์ที่ใช้กับสายแรกคือ 3V คำนวณมูลค่ารวมของกระแสไฟฟ้า

2. 

   เริ่มต้นด้วยการคำนวณความต้านทานทั้งหมด เนื่องจากตัวต้านทานของแต่ละสายเชื่อมต่อเป็นอนุกรมอันดับแรกเราจึงคำนวณความต้านทานรวมของแต่ละสาย
   • R₍₁₊₂₎ = ร₁ + ร₂.
   • R₍₁₊₂₎ = 1Ω + 2Ω.
   • R₍₁₊₂₎ = 3Ω.
   • R₍₃₊₄₎ = ร₃ + ร₄.
   • R₍₃₊₄₎ = 0,5Ω + 1,5Ω.
   • R₍₃₊₄₎ = 2Ω.

3. 

   แทนค่าจากขั้นตอนก่อนหน้าในสมการสำหรับการเชื่อมโยงแบบขนาน เนื่องจากสายไฟเชื่อมโยงแบบขนานตอนนี้เราจึงใช้ค่าจากรายการก่อนหน้าในสมการสำหรับการเชื่อมต่อแบบขนาน
   • (1 / ร_(รวม)) = (1 / ร₍₁₊₂₎) + (1 / R₍₃₊₄₎).
   • (1 / ร_(รวม)) = (1/3Ω) + (1/2Ω).
   • (1 / ร_(รวม)) = 5/6.
   • R_(รวม) = 1,2Ω.

4. 

   คำนวณความแตกต่างของศักยภาพทั้งหมด เนื่องจากความต่างศักย์นั้นเหมือนกันในการเชื่อมโยงแบบขนานเราจึงสามารถพูดได้ว่า:
   • ยู_(รวม) = U₁ = 3V.

5. 

   ใช้กฎหมายของ โอ้ม. ตอนนี้ใช้กฎหมายของ โอ้ม เพื่อกำหนดค่าของกระแสไฟฟ้าทั้งหมด
   • ยู_(รวม) = ฉัน_(รวม) x R_(รวม).
   • ผม_(รวม) = U_(รวม)/ ร_(รวม).
   • ผม_(รวม) = 3V / 1.2 โอห์ม.
   • ผม_(รวม) = 2.5 ก.

เคล็ดลับ

• ค่าของความต้านทานรวมของวงจรขนานจะน้อยกว่าค่าความต้านทานของเสมอ ทั้งหมด ตัวต้านทานอื่น ๆ ในสมาคม
• คำศัพท์ที่สำคัญ:
  • วงจรไฟฟ้า: ชุดส่วนประกอบ (ตัวต้านทานตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำ) เชื่อมต่อด้วยสายไฟที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตามลำดับ
  • ตัวต้านทาน: ส่วนประกอบที่สามารถลดความเข้มของกระแสไฟฟ้า
  • กระแสไฟฟ้า: การไหลของประจุไฟฟ้าตามลำดับ หน่วย S.I. ของคุณคือ กระแสไฟ (THE)
  • ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น (ddp): งานที่ผลิตต่อหน่วยของประจุไฟฟ้า หน่วย S.I. ของคุณคือ โวลต์ (V)
  • ความต้านทานไฟฟ้า: การวัดความขัดแย้งกับทางเดินของกระแสไฟฟ้า หน่วย S.I. ของคุณคือ โอ้ม (Ω).