Ako vypočítať celkový prúd (s obrázkami)

Najjednoduchší spôsob, ako si predstaviť sériové zapojenie obvodu, je reťaz prvkov. Prvky sa sčítavajú dôsledne a v rovnakom riadku. Existuje len jedna cesta, ktorou môžu prúdiť elektróny a náboje. Keď máte základnú predstavu o tom, čo zahŕňa sériové zapojenie obvodu, môžete sa naučiť vypočítať celkový prúd.

Časť 1 zo 4:Pochopenie základnej terminológie


Oboznámte sa s tým, čo je to prúd. Prúd je tok elektricky nabitých nosičov, ako sú elektróny, alebo tok náboja za jednotku času. Ale čo je to náboj a čo je to elektrón? Elektrón je záporne nabitá častica. Náboj je vlastnosť hmoty, ktorá sa používa na klasifikáciu toho, či je vec kladne alebo záporne nabitá. Podobne ako pri magnetoch sa rovnaké náboje odpudzujú a protiklady priťahujú.[1]

  • Môžeme to ilustrovať na príklade vody. Voda sa skladá z molekuly H2O, čo znamená 2 atómy vodíka a 1 atóm kyslíka spojené dohromady. Vieme, že atóm kyslíka a atómy vodíka tvoria molekulu H2O.
  • Tečúca voda sa skladá z miliónov a miliónov tejto molekuly. Tečúce teleso vody môžeme prirovnať k prúdu; molekulu k elektrónu; a náboj k atómom.


Pochopiť, čo znamená napätie. Napätie je „sila“, ktorá poháňa tok prúdu. Aby sme čo najlepšie ilustrovali napätie, použijeme ako príklad batériu. Vo vnútri batérie prebieha rad reakcií na chemickej báze, ktoré vytvárajú nahromadenie elektrónov v kladnom póle batérie.[2]

  • Ak teraz pripojíme médium (napr. drôt) od kladného pólu k zápornému pólu batérie, nahromadené elektróny sa teraz budú pohybovať tak, aby sa od seba vzdialili, pretože ako sme si povedali, rovnaké náboje sa odpudzujú.
  • Okrem toho, vzhľadom na zákon zachovania náboja, ktorý hovorí, že čistý náboj izolovanej sústavy by mal zostať konštantný, sa elektróny budú snažiť vyrovnať náboje prechodom od vyššej koncentrácie elektrónov k nižšej koncentrácii elektrónov, resp. od kladného pólu k zápornému pólu.
  • Tento pohyb spôsobuje rozdiel potenciálov na jednotlivých svorkách, ktorý teraz môžeme nazvať napätím.


Vedzte, aký je odpor. Na druhej strane odpor je odpor určitých prvkov voči toku náboja.[3]

  • Rezistory sú prvky so značným odporom. Sú umiestnené v určitých častiach obvodu, aby regulovali tok náboja alebo elektrónov.
  • Ak nie sú odpory, elektróny nie sú regulované, zariadenie môže dostať príliš veľký náboj a poškodí sa alebo spôsobí požiar v dôsledku prebíjania.

Časť 2 zo 4: Zistenie celkového prúdu sériového zapojenia obvodu


Zistite celkový odpor obvodu. Predstavte si slamku, z ktorej pijete. Niekoľkokrát ho stlačte. Čo ste si všimli? Prúdiaca voda sa zmenší. Tieto štipce sú odpory. Blokujú vodu, ktorá je prúdom. Keďže sú štipce v priamke, sú v sériovom zapojení. Ak vychádzame z tohto príkladu, celkový odpor rezistorov v sérii je: [4]

  • R(spolu) = R1 + R2 + R3.


Určte celkové napätie rezistora. Väčšinou je celkové napätie ľahko dané, ale v prípadoch, keď sú dané jednotlivé napätia, môžeme použiť rovnicu: [5]

  • V(total) = V1 + V2 + V3.
  • Ale prečo je to tak? Ak opäť použijete analógiu so slamkou, čo očakávate po zovretí slamky?? Potrebujete väčšiu silu, aby voda prešla slamkou. Celkovú silu, ktorú dodávate, spôsobuje individuálna sila, ktorú potrebujú jednotlivé štipce.
  • „Sila“, ktorú potrebujete, je napätie, pretože poháňa tok vody alebo prúd. Preto je logické, že celkové napätie vznikne súčtom jednotlivých napätí na jednotlivých rezistoroch.


Vypočítajte celkový prúd sústavy. Použite opäť analýzu so slamkou, či sa aj v prítomnosti štipcov zmenilo množstvo vody, ktoré ste získali? Nie. Hoci sa rýchlosť, akou sa voda dostáva, mení, množstvo vody, ktoré môžete vypiť, je pevné. A ak sa bližšie pozriete na množstvo vstupujúcej a vystupujúcej vody, štipce sú rovnaké kvôli pevnej rýchlosti, ktorou voda tečie, preto môžeme povedať, že:[6]

  • I1 = I2 = I3 = I(spolu)


Spomeňte si na Ohmov zákon. Tým to však nekončí! Nezabudnite, že nemáme k dispozícii žiadne z týchto údajov, preto môžeme použiť Ohmov zákon, ktorý dáva do súvislosti napätie, prúd a odpor: [7]

  • V = IR.


Skúste pracovať s príkladom. Tri rezistory, R1 = 10Ω R2=2Ω R3 = 9Ω, sú zapojené do série. Celkové napätie 2.Do obvodu sa privedie 5 V. Vypočítajte celkový prúd obvodu. Najprv vypočítajme celkový odpor:[8]

  • R(spolu) = 10Ω R2 + 2Ω R3 + 9Ω
  • Preto R(spolu) = 21Ω


Na výpočet celkového prúdu použite Ohmov zákon:[9]

  • V(spolu) = I(spolu) x R(spolu).
  • I(spolu) = V(spolu) / R(spolu).
  • I(total) = 2.5V / 21Ω.
  • I(spolu) = 0.1190A.

Časť 3 zo 4:Zistenie celkového prúdu paralelných obvodov


Pochopte, čo je to paralelný obvod. Rovnako ako jeho názov, paralelný obvod obsahuje prvky, ktoré sú usporiadané paralelne. Využíva sa pri ňom usporiadanie viacerých vodičov, ktoré vytvárajú cesty, ktorými môže prechádzať prúd.[10]


Vypočítajte celkové napätie. Keďže sme v predchádzajúcej časti vyriešili terminológiu, môžeme teraz prejsť priamo k výpočtom. Vezmite si za príklad potrubie rozdelené na dve cesty s rôznymi priemermi. Aby voda tiekla do oboch potrubí, musíte použiť nerovnaké sily v každom z potrubí? Žiadne. Potrebujete len dostatočnú silu na to, aby voda tiekla. Preto s použitím analógie, že voda je prúd a sila je napätie, môžeme povedať, že: [11]

  • V(spolu) = V1 + V2 + V3.[12]


Vypočítajte celkový odpor. Povedzme, že chcete regulovať vodu prúdiacu v potrubí. Ako zablokujete potrubia? Umiestnite na každú cestu len jednu blokádu alebo umiestnite viacero blokád usporiadaných za sebou, aby ste kontrolovali prietok vody? Potrebovali by ste urobiť posledný. V prípade odporov je táto analógia rovnaká. Sériovo zapojené odpory regulujú prúd oveľa lepšie ako paralelne usporiadané odpory. Rovnica pre celkový odpor v paralelnom obvode je: [13]

  • 1/R(spolu) = (1/R1) + (1/R2) + (1/R3).


Vypočítajte celkový prúd. Ak sa vrátime k nášmu príkladu, voda prúdiaca zo zdroja do rozdelenej cesty sa rozdelí. To isté platí pre prúd. Keďže existuje viacero ciest, ktorými môžu prúdiť náboje, možno povedať, že byť rozdelený. Cesty nemusia nevyhnutne dostávať rovnaké množstvo náboja. Závisí od odporov a materiálov, ktoré majú prvky v každej dráhe. Rovnica celkového prúdu je teda len súčtom všetkých prúdov vo všetkých dráhach:[14]

  • I(spolu) = I1 + I2 + I3.
  • Samozrejme, zatiaľ to nemôžeme použiť, pretože nemáme k dispozícii jednotlivé prúdy. V tomto prípade sa môže použiť aj Ohmov zákon.

Časť 4 zo 4:Riešenie príkladu paralelných obvodov


Vyskúšajte príklad. 4 rezistory rozdelené do dvoch ciest, ktoré sú zapojené paralelne. Cesta 1 obsahuje, R1 = 1Ω R2=2Ω, zatiaľ čo cesta 2 obsahuje, R3 = 0.5Ω R4=1.5Ω. Rezistory v každej ceste sú zapojené do série. Napätie privedené v ceste 1 je 3V. Nájdite celkový prúd.


Nájdite celkový odpor. Keďže rezistory v každej ceste sú zapojené sériovo, nájdeme riešenie pre celkový odpor v každej ceste.

  • R(celkom 1&2) = R1 +R2.
  • R(total 1&2) = 1Ω + 2Ω.
  • R(spolu 1&2) = 3Ω.
  • R(celkom 3&4) = R3 + R4.
  • R(total 3&4) = 0.5Ω + 1.5Ω.
  • R(spolu 3&4) = 2Ω.


Zapojte rovnicu pre paralelné zapojenie. Teraz, keďže cesty sú zapojené paralelne, použijeme teraz rovnicu pre paralelné zapojenie

  • (1/R(spolu)) = (1/R(spolu 1&2)) + (1/R(spolu 3&4)).
  • (1/R(celkový)) = (1/3Ω) + (1/2Ω).
  • (1/R(total)) = ⅚.
  • R(spolu) = 1.2Ω.


Nájdite celkové napätie. Teraz vypočítajte celkové napätie. Keďže celkové napätie sa rovná všetkým napätiam:

  • V(celkom) = V1 = 3V.

  • Na zistenie celkového prúdu použite Ohmov zákon. Teraz môžeme vypočítať celkový prúd pomocou Ohmovho zákona.

    • V(spolu) = I(spolu) x R(spolu).
    • I(celkový) = V(celkový)/R(celkový).
    • I(celkom) = 3V/1.2Ω.
    • I(celkový) = 2.5A.
  • Odkazy