טיפים שימושיים

חוזק הנוכחי של הסדרה

Pin
Send
Share
Send
Send


מחוקיו של אוהם וכלליו הראשון והשני של קירכוף נובע:

בחיבור מקביל, ההדדיות של ההתנגדות הכוללת שווה לסכום ההתנגדות ההפוכה של הענפים.

עם חיבור מקביל, ההתנגדות הכוללת של המעגל פחותה מהקטנה מהתנגדות הענפים.

מכיוון ש- 1 / R = G, כלומר מוליכות אז
כאשר הם מחוברים במקביל, המוליכות החשמלית של הענפים הבודדים מסתכמת

סדרות וחיבור מקביל של התנגדות

לכל עומס יש התנגדות המונעת את הזרימה החופשית של זרם חשמלי. מסלולו עובר מהמקור הנוכחי, דרך המוליכים לעומס. למעבר רגיל של זרם, המוליך צריך להיות בעל מוליכות טובה ולהקל על האלקטרונים בקלות. הוראה זו תועיל בהרחבה כאשר בוחנים מהו חיבור סדרתי.

מרבית המעגלים החשמליים משתמשים במוליכי נחושת. כל מעגל מכיל מקלטים אנרגטיים - עומסים עם התנגדות שונה. פרמטרי החיבור נצפים בצורה הטובה ביותר עם מעגל מקור זרם חיצוני המורכב משלושה נגדים R1, R2, R3. חיבור טורי כרוך בהכללה רציפה של אלמנטים אלה במעגל סגור. כלומר, ההתחלה של R1 מחוברת לסוף של R2, וההתחלה של R2 מחוברת לסוף של R3 וכן הלאה. יכול להיות כל מספר נגדים בשרשרת כזו. סמלים אלה משתמשים בחיבורים סדרתיים ומקבילים בחישובים.

חוזק הזרם בכל הקטעים יהיה זהה: I = I1 = I2 = I3, והתנגדות המעגל הכוללת תהיה סכום ההתנגדות של כל העומסים: R = R1 + R2 + R3. נותר רק לקבוע מה יהיה המתח בחיבור סדרה. בהתאם לחוקיו של אוהם, מתח הוא חוזק הזרם והתנגדות: U = IR. מכאן עולה כי המתח במקור הנוכחי יהיה שווה לסכום המתחים בכל עומס, מכיוון שהזרם זהה בכל מקום: U = U1 + U2 + U3.

עם ערך מתח קבוע, הזרם במהלך חיבור סדרה יהיה תלוי בהתנגדות המעגל. לכן, כאשר ההתנגדות משתנה לפחות באחד העומסים, ההתנגדות משתנה במעגל כולו. בנוסף, הזרם והמתח בכל עומס ישתנו. החיסרון העיקרי של חיבור סדרתי הוא סיום כל רכיבי המעגל, במקרה של כישלון של אפילו אחד מהם.

מאפיינים שונים לחלוטין של זרם, מתח והתנגדות מתקבלים באמצעות חיבור מקביל. במקרה זה, ההתחלות והקצוות של העומסים מחוברים בשתי נקודות נפוצות. מתרחש מעין הסתעפות של הזרם, מה שמוביל לירידה בהתנגדות הכוללת ולעלייה במוליכות הכוללת של המעגל החשמלי.

כדי להציג את המאפיינים הללו, שוב יהיה צורך בחוק של אוהם. במקרה זה, חוזק הזרם בחיבור מקביל והנוסחה שלו ייראה כך: I = U / R. לפיכך, כאשר המספר התשיעי של נגדים זהים מחובר במקביל, ההתנגדות הכוללת של המעגל תהיה פי n פחות מכל אחד מהם: Rtotal = R / n. זה מצביע על חלוקה פרופורציונית הפוכה של זרמים בעומסים ביחס להתנגדות של עומסים אלה. כלומר עם עלייה בהתנגדות המחוברת במקביל, חוזק הזרם בהם יופחת באופן יחסי. בצורה של נוסחאות, כל המאפיינים מוצגים כדלקמן: חוזק זרם - I = I1 + I2 + I3, מתח - U = U1 = U2 = U3, התנגדות - 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3.

עם ערך קבוע של המתח בין האלמנטים, הזרמים בנגדים אלה אינם תלויים זה בזה. אם נגן אחד או יותר מנותקים מהמעגל, הדבר לא ישפיע על פעולת התקנים אחרים שנותרו דולקים. גורם זה הוא היתרון העיקרי בחיבור מקביל של מכשירי חשמל.

במעגלים בדרך כלל לא משתמשים רק בחיבור סדרתי ובחיבור התנגדות מקבילה, הם משמשים בצורה משולבת, המכונה חיבור מעורב. כדי לחשב את המאפיינים של שרשראות כאלה משתמשים בנוסחאות של שתי הגרסאות. כל החישובים מחולקים למספר שלבים, כאשר נקבעים לראשונה הפרמטרים של קטעים נפרדים, לאחר מכן הם מוסיפים והתוצאה הכוללת מתקבלת.

חוקי סדרות וחיבור מקביל למנצחים

החוק העיקרי הנהוג בחישובי תרכובות מסוגים שונים הוא החוק של אוהם. המיקום העיקרי שלה הוא הנוכחות באתר של עוצמת הזרם במעגל, ביחס ישר למתח וביחס הפוך להתנגדות באזור זה. בצורה של נוסחה החוק הזה נראה כך: I = U / R. זה משמש כבסיס לחישוב מעגלי חשמל המחוברים בסדרות או במקביל. סדר החישובים והתלות של כל הפרמטרים בחוקיו של אוהם מוצגים בבירור באיור. הנוסחה לחיבור הסדרתי נגזרת גם מכך.

חישובים מורכבים יותר הכוללים כמויות אחרות מצריכים יישום של כלל קירכהוף. עמדתו העיקרית היא שכמה ממקורות זרם המחוברים בסדרה יהיו בעלי כוח אלקטרומוטיבי (EMF), המהווה את הסכום האלגברי של ה- EMF של כל אחד מהם. ההתנגדות הכוללת של סוללות אלה תורכב מסכום ההתנגדות של כל סוללה. אם המספר התשיעי של המקורות עם EMF שווה והתנגדות פנימית מחובר במקביל, אז הסכום הכולל של EMF יהיה שווה ל- EMF בכל אחד מהמקורות. ערך ההתנגדות הפנימית יהיה rv = r / n. הוראות אלה רלוונטיות לא רק למקורות הנוכחיים, אלא גם למוליכים, כולל נוסחאות החיבור המקבילות של מוליכים.

במקרה בו ל- emk של המקורות יהיו משמעויות שונות, חלים כללי קירשהוף נוספים על מנת לחשב את חוזק הזרם בחלקים שונים של המעגל.

סוגי מוליכים

המוליכות של זרם חשמלי על ידי חומר קשורה לנוכחותם של נשאי מטען בחינם. מספרם נקבע על ידי תצורה אלקטרונית. לשם כך יש צורך בפורמולה הכימית של החומר, בעזרתה ניתן לחשב את המספר הכולל שלהם. הערך עבור כל אלמנט נלקח מהמערכת התקופתית של דמיטרי איבנוביץ 'מנדלב.

זרם חשמלי הוא התנועה המסודרת של נשאי מטען בחינם המושפעים משדה אלקטרומגנטי. כאשר זרם זורם דרך חומר, זרימת החלקיקים הטעונים מקיימת אינטראקציה עם הצמתים של סריג הגביש, וחלק מהאנרגיה הקינטית של החלקיק מומרת לאנרגיה תרמית. במילים אחרות, חלקיק "פוגע" באטום ואז ממשיך לנוע שוב, צובר מהירות בהשפעת שדה אלקטרומגנטי.

תהליך האינטראקציה של חלקיקים עם צמתים של סריג הגביש מכונה המוליכות החשמלית או ההתנגדות של החומר. יחידת המדידה היא אוהם, וניתן לקבוע אותה באמצעות אוסטר או לחשב. על פי תכונת המוליכות, ניתן לחלק חומרים לשלוש קבוצות:

  1. מוליכים (כל המתכות, הגז המיונן והפתרונות האלקטרוליטיים).
  2. מוליכים למחצה (Si, Ge, GaAs, InP ו- InSb).
  3. שאינם מוליכים (דיאלקטרים ​​או מבודדים).

מוליכים תמיד מוליכים זרם חשמלי מכיוון שהם מכילים אלקטרונים חופשיים, אניונים, קטיונים ויונים במבנה האטומי שלהם. מוליכים למחצה מוליכים חשמל רק בתנאים מסוימים המשפיעים על נוכחותם או היעדרם של אלקטרונים וחורים חופשיים. גורמים המשפיעים על מוליכות כוללים את הדברים הבאים: טמפרטורה, אור וכו '. דיאלקטריקה אינה מוליכה חשמל כלל, מכיוון שאין נושאי מטען בחינם במבנה שלהם. בעת ביצוע חישובים, כל מפעיל רדיו חובב צריך לדעת את תלות ההתנגדות בכמויות פיזיות מסוימות.

תלות בהתנגדות

הערך של מוליכות חשמלית תלוי בכמה גורמים שיש לקחת בחשבון בעת ​​חישוב, ייצור אלמנטים של עומס התנגדות (נגדים), תיקון ועיצוב מכשירים. גורמים אלה כוללים את הדברים הבאים:

  1. טמפרטורת הסביבה והחומר.
  2. כמויות חשמל.
  3. התכונות הגיאומטריות של החומר.
  4. סוג החומר ממנו עשוי המוליך (מוליך למחצה).

הערכים החשמליים כוללים את ההבדל הפוטנציאלי (מתח), כוח אלקטרוני (EMF) וכוח זרם. הגיאומטריה של המוליך היא אורכה ושטח חתך.

כמויות חשמל

תלות המוליכות בפרמטרים של חשמל נקבעת על פי חוק אוהם. יש שני ניסוחים: אחד לעלילה, והשני לשרשרת השלמה. במקרה הראשון היחס נקבע על סמך ערכי חוזק הזרם (I) והמתח (U) על ידי נוסחה פשוטה: I = U / R. מהיחס ניתן לראות תלות פרופורציונית ישירה של הזרם בערך המתח, וגם פרופורציונלית הפוכה להתנגדות. אתה יכול לבטא R: R = U / I.

כדי לחשב את המוליכות החשמלית של כל החלק, יש להשתמש ביחס שבין EMF (e), חוזק הזרם (i), כמו גם בהתנגדות הפנימית של ספק הכוח (Rin): i = e / (R + Rin). במקרה זה, הערך של R מחושב על ידי הנוסחה: R = (e / i) - Rin. עם זאת, בעת ביצוע חישובים, יש צורך לקחת בחשבון גם את הפרמטרים הגיאומטריים ואת סוג המוליך, מכיוון שהם יכולים להשפיע באופן משמעותי על החישובים.

פרמטרים סוג וגיאומטרי

המאפיין של החומר למוליכות החשמל נקבע על ידי מבנה סריג הגביש, כמו גם מספר המובילים החופשיים. בהתבסס על זה, סוג החומר הוא גורם מפתח שקובע את כמות המוליכות החשמלית. במדע, המקדם הקובע את סוג החומר מציין את האות "p" ונקרא התנגדות. את הערך שלו לחומרים שונים (בטמפרטורה של +20 מעלות צלזיוס) ניתן למצוא בטבלאות מיוחדות.

לפעמים, לנוחיות החישובים, משתמשים בערך הפוך, המכונה מוליכות ספציפית (σ). זה קשור להתנגדות על ידי הקשר הבא: p = 1 / σ. אזור החתך (S) משפיע על ההתנגדות החשמלית. מנקודת מבט פיזית ניתן להבין את התלות כדלקמן: עם חתך רוחב קטן מתרחשות אינטראקציות תכופות יותר של חלקיקי זרם חשמלי עם צמתים של סריג הגביש. ניתן לחשב את חתך הרוחב על ידי אלגוריתם מיוחד:

  1. מודדים את הפרמטרים הגיאומטריים של המוליך (קוטר או אורך הצדדים) בעזרת קליפר.
  2. חזותית לקבוע את צורת החומר.
  3. חשב את שטח החתך לפי הנוסחה שנמצאת בספר העזר או באינטרנט.

במקרה שלמוליך יש מבנה מורכב, יש צורך לחשב את ערך ה- S של אלמנט אחד, ואז להכפיל את התוצאה במספר האלמנטים הכלולים בהרכבו. לדוגמה, אם החוט תקוע, יש לחשב את S עבור ליבה אחת. לאחר מכן, עליכם להכפיל את הערך המתקבל של S במספר הליבות. ניתן לכתוב את התלות של R בערכים שלעיל בצורה של יחס: R = p * L / S. האות "L" היא אורך המוליך. עם זאת, כדי לקבל חישובים מדויקים, יש לקחת בחשבון את מדדי הטמפרטורה של הסביבה והמוליך.

מדדי טמפרטורה

יש עדויות לתלות בטמפרטורה של ההתנגדות של החומר על בסיס ניסוי פיזי. כדי לבצע את הניסוי, יש צורך להרכיב מעגל חשמלי המורכב מהיסודות הבאים: מקור כוח, ספירלה של ניכרום, חוטי חיבור של מד זרם וולט מד. דרושים התקנים למדידת זרם ומתח בהתאמה. כאשר חשמל זורם, קפיץ ניכרום מתחמם. כשהוא מתחמם, קריאות מד זרם פוחתות. במקרה זה, ירידת מתח משמעותית מתרחשת בקטע המעגל, כפי שמעיד המתח.

בהנדסת רדיו, ירידה בעוצמת המתח נקראת הכרה או טבילה. הנוסחה לתלות של p בטמפרטורה כוללת את הצורה הבאה: p = p0 * [1 + a * (t - 20)]. הערך p0 הוא ההתנגדות של החומר שנלקח מהטבלה, והאות "t" היא הטמפרטורה של המוליך.

מקדם הטמפרטורה "a" גוזל את הערכים הבאים: למתכות - a> 0, ולפתרונות אלקטרוליטיים - שילוב של רכיבי רדיו עמידים.

כדי להשיג את ערך ההתנגדות הנדרש, משתמשים בשני סוגים של חיבור נגדים: מקבילי וטורי. אם הם מחוברים במקביל, עליכם לחבר שני סיכות של נגדי אחד לשני סיכות של השנייה. אם החיבור הוא סדרתי, אז מסוף אחד של הנגד מחובר למסוף אחד של הנגד השני. חיבורים משמשים להשגת ערכי ההתנגדות הנדרשים, כמו גם להגדלת פיזור כוח הזרם הזורם במעגל.

לכל אחד מהתרכובות מאפיינים מסוימים. בנוסף, ניתן לשלב מספר נגדים בסדרות או במקביל. ניתן לערבב גם תרכובות, כלומר משתמשים בשני סוגים של שילוב של רכיבי רדיו.

חיבור מקביל

עם חיבור מקביל, ערך המתח על כל הנגדים זהה, וכוח הזרם פרופורציוני הפוך לסך ההתנגדות שלהם. באינטרנט, מפתחי אתרים יצרו מחשבון מקוון כדי לחשב את ההתנגדות הכוללת של החיבור המקביל של נגדים.

ההתנגדות הכוללת לחיבור מקביל מחושבת על ידי הנוסחה: 1 / Rtotal = (1 / R1) + (1 / R2) + ... + (1 / Rn). אם אתה מבצע טרנספורמציות מתמטיות ומוביל למכנה משותף, אתה מקבל נוסחת חיבור מקבילה נוחה לחישוב Rtotal. יש לו את הטופס הבא: Rtotal = (R1 * R2 * ... * Rn) / (R1 + R2 + ... + Rn). אם יש צורך לחשב את הערך של Rtotal עבור שני רכיבי רדיו בלבד, אז לנוסחת ההתנגדות המקבילה יש את הצורה הבאה: Rtotal = (R1 * R2) / (R1 + R2).

בעת תיקון או תכנון מעגל התקנים, מתעוררת הבעיה בשילוב של מספר אלמנטים התנגדים לקבלת ערך התנגדות ספציפי. לדוגמה, הערך של Rtotal עבור שרשרת אלמנטים מסוימת הוא 8 אוהם, שהושג בחישובים. חובב הרדיו מתמודד עם המשימה אשר יש לבחור בערכים נומינליים בכדי להשיג את הערך הרצוי (בשורת הנגדים הרגילה אין רכיב רדיו עם ערך נומינלי של 8 אוהם, אלא רק 7.5 ו 8.2). במקרה זה, עליכם למצוא את ההתנגדות בחיבור מקביל של יסודות התנגדות. ניתן לחשב את הערך של Rtotal לשני אלמנטים באופן הבא:

  1. נגן של 16 אוהם יעשה.
  2. תחליף בנוסחה: R = (16 * 16) / (16 + 16) = 256/32 = 8 (אוהם).

במקרים מסוימים, עליכם להקדיש זמן רב יותר לבחירת הערכים הנדרשים. אתה יכול להחיל לא רק שניים, אלא גם שלושה אלמנטים. העוצמה הנוכחית מחושבת באמצעות החוק הראשון של קירכהוף. נוסח החוק הוא כדלקמן: הערך הכולל של הזרם שנכנס וזורם לאורך המעגל שווה לערך הפלט שלו. עוצמה נוכחית למעגל המורכב משני נגדים (חיבור מקביל) מחושב על ידי האלגוריתם הבא:

  1. הזרם שזורם דרך R1 ו- R2: I1 = U / R1 ו- I2 = U / R2, בהתאמה.
  2. הזרם הכולל הוא תוספת זרמים בנגדים: Itotal = I1 + I2.

לדוגמה, אם המעגל מורכב משני נגדים המחוברים במקביל לדירוגים של 16 ו 7.5 אוהם. הם מופעלים על ידי ספק כוח של 12 V. הערך הנוכחי בנגד הראשון מחושב כך: I1 = 12/16 = 0.75 (A). בנגד השני הזרם יהיה שווה ל: I2 = 12 / 7.5 = 1.6 (A). הזרם הכולל נקבע על פי החוק של קירכהוף: I = I1 + I2 = 1.6 + 0.75 = 2.35 (A).

חיבור סידורי

חיבור הסדרה של נגדים משמש גם בהנדסת רדיו. השיטות למציאת ההתנגדות הכוללת, המתח והזרם שונות מחיבור מקביל. כללי החיבור הבסיסיים הם כדלקמן:

  1. הזרם לא משתנה במעגל.
  2. המתח הכולל שווה לסכום ירידות המתח על פני כל נגדי.
  3. Rtotal = R1 + R2 + ... + Rn.

דוגמה למשימה היא כדלקמן: שרשרת המורכבת משני נגדים (16 ו- 7.5 אוהם) מופעלת על ידי מקור 12 וולט וזרם של 0.5 A. יש צורך לחשב את הפרמטרים החשמליים עבור כל אלמנט. נוהל החישוב הוא כדלקמן:

  1. I = I1 = I2 = 0.5 (A).
  2. Rtotal = R1 + R2 = 16 + 7.5 = 23.5 (אוהם).
  3. ירידות מתח: U1 = I * R1 = 0.5 * 16 = 8 (V) ו- U2 = I * R2 = 0.5 * 7.5 = 3.75 (V).

שוויון המתח לא תמיד מרוצה (12 וולט אינו שווה ל 8 + 3.75 = 11.75 וולט), מכיוון שלא מתייחסים בחשבון זה להתנגדות של חוטי החיבור. אם המעגל מורכב, ויש בו שני סוגים של חיבורים, עליכם לבצע חישובים באתרים. קודם כל, חישוב לחיבור מקביל, ואז לסדרתיים.

כך, משתמשים בחיבור מקביל וסידורי של נגדים להשגת ערכי התנגדות מדויקים יותר, כמו גם בהיעדר דירוג רכיבי הרדיו הנדרש בעת תכנון או תיקון מכשירים.

Pin
Send
Share
Send
Send