Ako vypočítať napätie cez odpor (s obrázkami)

Predtým, ako budete môcť vypočítať napätie na rezistore, budete musieť najprv určiť, aký druh obvodu používate. Ak si potrebujete zopakovať základné pojmy alebo trochu pomôcť s pochopením obvodov, začnite prvou časťou. V opačnom prípade prejdite na typ obvodu, ktorý máte vyriešiť.

Časť 1 z 3:Pochopenie obvodov


Naučte sa o prúde. O prúde uvažujme pomocou analógie: predstavte si, že do misky nasypete vrecko kukuričných zŕn. Každé kukuričné zrnko je elektrón a prúd zrniek prúdiacich do misky je prúd.[1]
Serway, R.A. a John W. Jewett, Jr., Fyzika pre vedcov a inžinierov s modernou fyzikou. 8. vydanie. Kalifornia: Brooks/Cole. 2010. Ebook
Keď hovoríte o toku, opíšete ho tak, že poviete, koľko jadier pretečie každú sekundu. Keď hovoríte o prúde, meriate ho v Ampér (ampéroch) alebo určitom (veľmi veľkom) počte elektrónov, ktoré pretečú za sekundu.


Myslite na elektrický náboj. Elektróny majú „záporný“ elektrický náboj. To znamená, že priťahujú (alebo prúdia k) objekty s kladným nábojom a odpudzujú (alebo prúdia od) objekty so záporným nábojom. Keďže sú všetky záporné, elektróny sa vždy snažia odpútať od iných elektrónov a šíria sa všade, kde sa dá.


Pochopiť napätie. Napätie meria rozdiel elektrického náboja medzi dvoma bodmi. Čím väčší je rozdiel, tým viac sa obe strany energeticky priťahujú. Tu je príklad s bežnou batériou:

  • Vo vnútri batérie prebiehajú chemické reakcie, pri ktorých sa hromadia elektróny. Elektróny prechádzajú na záporný koniec, zatiaľ čo kladný koniec zostáva väčšinou prázdny. (Tieto svorky sa nazývajú záporná a kladná svorka.) Čím dlhšie to trvá, tým väčšie je napätie medzi oboma koncami.
  • Keď medzi záporný a kladný koniec zapojíte vodič, elektróny na zápornom konci majú zrazu kam ísť. Vystreľujú smerom ku kladnému koncu, čím sa vytvára prúd. Čím väčšie je napätie, tým viac elektrónov sa každú sekundu presunie na kladný koniec.


Zistite odpor. Odpor je presne taký, ako znie. Čím väčší odpor niečo má, tým ťažšie sa elektróny pretláčajú. Tým sa spomalí prúd, pretože každú sekundu sa môže pretlačiť menej elektrónov.

  • Rezistor je čokoľvek v obvode, čo pridáva odpor. Skutočný „rezistor“ si môžete kúpiť v obchode s elektronikou, ale v problémoch s obvodmi môže predstavovať žiarovku alebo čokoľvek iné s odporom.


Zapamätajte si Ohmov zákon. Medzi prúdom, napätím a odporom existuje veľmi jednoduchý vzťah. Tento postup si zapíšte alebo zapamätajte; budete ho často používať pri riešení problémov s obvodmi:

  • Prúd = napätie delené odporom
  • Toto sa zvyčajne píše: I = V / R
  • Premýšľajte o tom, čo sa stane, keď zvýšite V (napätie) alebo R (odpor). Zodpovedá to tomu, čo ste sa naučili vo vysvetlivkách vyššie?

Časť 2 z 3:Výpočet napätia na rezistore (sériový obvod)


Pochopte sériový obvod. Sériový obvod sa dá ľahko identifikovať. Je to len jedna slučka drôtu, v ktorej je všetko usporiadané za sebou. Prúd tečie okolo celej slučky, pričom prechádza každým rezistorom alebo prvkom v poradí.

  • prúd je vždy rovnaký v ktoromkoľvek bode obvodu.[2]
  • Pri výpočte napätia nezáleží na tom, kde sa rezistor v obvode nachádza. Môžete zdvihnúť rezistory a premiestniť ich a stále budete mať na každom z nich rovnaké napätie.
  • Použijeme príklad zapojenia s tromi rezistormi v sérii: R1, R2, a R3. Toto je napájané 12 voltovou batériou. Zistíme napätie na každom z nich.


Vypočítajte celkový odpor. Súčet všetkých hodnôt odporu v obvode. Odpoveďou je celkový odpor sériového obvodu.

  • Napríklad tri rezistory R1, R2, a R3 majú odpory 2 Ω (ohmy), 3 Ω a 5 Ω resp. Celkový odpor je 2 + 3 + 5 = 10 ohmov.


Nájdite prúd. Pomocou Ohmovho zákona zistite prúd celého obvodu. Nezabudnite, že prúd je rovnaký kdekoľvek v sériovom obvode. Keď takto vypočítame prúd, môžeme ho použiť pri všetkých našich výpočtoch.

  • Ohmov zákon hovorí, že prúd I = V / R. Napätie na celom obvode je 12 voltov a celkový odpor je 10 ohmov. Odpoveď je I = 12 / 10 = 1.2 ampéry.


Upravte Ohmov zákon na riešenie napätia. Pomocou základnej algebry môžeme Ohmov zákon zmeniť tak, aby sme namiesto prúdu riešili napätie:

  • I = V / R
  • IR = VR / R
  • IR = V
  • V = IR


Vypočítajte napätie na každom rezistore. Poznáme odpor, poznáme prúd a máme našu rovnicu. Zapojte čísla a vyriešte ich. Tu je náš príklad problému vyriešený pre všetky tri rezistory:

  • Napätie na R1 = V1 = (1.2A)() = 2.4 volty.
  • Napätie na R2 = V2 = (1.2A)() = 3.6 voltov.
  • Napätie na R3 = V3 = (1.2A)() = 6.0 voltov.


Skontrolujte svoju odpoveď. V sériovom obvode sa súčet všetkých vašich odpovedí musí rovnať celkovému napätiu.[3]
Sčítajte každé napätie, ktoré ste vypočítali, a zistite, či dostanete napätie celého obvodu. Ak sa vám to nepodarilo, vráťte sa späť a skontrolujte chyby.

  • V našom príklade 2.4 + 3.6 + 6.0 = 12 voltov, napätie na celom obvode.
  • Ak je vaša odpoveď mierne nesprávna (napríklad 11.97 namiesto 12), pravdepodobne ste v niektorom bode zaokrúhlili číslo. Vaša odpoveď je stále správna.
  • Pamätajte si, že napätie meria rozdiely v nábojoch alebo počtoch elektrónov. Predstavte si, že počítate počet nových elektrónov, ktoré vidíte počas cesty pozdĺž obvodu. Ak ich správne spočítate, dostanete celkovú zmenu elektrónov od začiatku do konca.

Časť 3 z 3:Výpočet napätia na rezistore (paralelný obvod)


Pochopte paralelné obvody. Predstavte si, že vodič opúšťa jeden koniec batérie a potom sa rozdelí na dva samostatné vodiče. Tieto dva vodiče idú paralelne vedľa seba a potom sa opäť spoja, než sa dostanú na druhý koniec batérie. Ak je na ľavom vodiči rezistor a na pravom vodiči rezistor, tieto dva rezistory sú zapojené „paralelne.“[4]

  • V paralelnom obvode môžete mať ľubovoľný počet vodičov. Tieto pokyny budú fungovať aj v prípade obvodu, ktorý sa rozdelí na sto vodičov a vráti sa späť.


Premýšľajte o tom, ako prúd tečie. V paralelnom obvode tečie prúd cez každú cestu, ktorú má k dispozícii. Prúd bude tiecť vodičom na ľavej strane, prejde cez ľavý rezistor a dosiahne druhý koniec. Súčasne bude vodičom vpravo tiecť prúd, prejde cez pravý rezistor a dosiahne koniec. Žiadna časť prúdu sa nezdvojí alebo nepreteká cez dva paralelné rezistory.


Použite celkové napätie na zistenie napätia na každom rezistore. Ak poznáte napätie na celom obvode, odpoveď je prekvapivo jednoduchá. Každý paralelný vodič má rovnaké napätie ako celý obvod.[5]
Povedzme, že obvod s dvoma paralelnými rezistormi je napájaný 6 V batériou. Napätie na ľavom rezistore je 6 voltov a napätie na pravom rezistore je 6 voltov. Nezáleží ani na tom, aký veľký je odpor. Aby ste pochopili prečo, spomeňte si na sériové obvody opísané vyššie:

  • Zapamätajte si, že sčítaním úbytkov napätia v sériovom obvode vždy vznikne celkové napätie na obvode.
  • Každú cestu, ktorou prúd prechádza, si predstavte ako sériový obvod. To isté platí aj pre tento prípad: ak spočítate všetky úbytky napätia, dostanete celkové napätie.
  • Keďže prúd prechádzajúci každým z dvoch vodičov prechádza len jedným rezistorom, napätie na tomto rezistore sa musí rovnať celkovému napätiu.


Vypočítajte celkový prúd obvodu. Ak vám úloha nepovie, aké je celkové napätie obvodu, budete musieť vykonať niekoľko ďalších krokov. Začnite zistením celkového prúdu prechádzajúceho obvodom. V paralelnom obvode sa celkový prúd rovná súčtu prúdov pretekajúcich každou paralelnou cestou.[6]
Serway, R.A. a John W. Jewett, Jr., Fyzika pre vedcov a inžinierov s modernou fyzikou. 8. vydanie. Kalifornie: Brooks/Cole. 2010. Ebook

  • Z matematického hľadiska: Icelkový = I1 + I2 + I3
  • Ak máte problém s pochopením, predstavte si vodovodné potrubie rozdelené na dve cesty. Celkové množstvo prietoku vody je práve množstvo prietoku vody v každom potrubí, ktoré sa sčíta.


Vypočítajte celkový odpor obvodu. Odpory nie sú v paralelnom obvode také účinné, pretože blokujú len prúd prechádzajúci jedným vodičom. V skutočnosti platí, že čím viac je vodičov, tým ľahšie si prúd nájde cestu. Ak chcete zistiť celkový odpor, vyriešte Rcelkom v tejto rovnici:

  • 1 / Rcelkom = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3
  • Napríklad obvod má paralelne odpor 2 ohmy a odpor 4 ohmy. 1 / Rcelkom = 1/2 + 1/4 = 3/4 → 1 = (3/4)Rcelkom → Rcelkový = 1/(3/4) = 4/3 = ~1.33 ohmov.

  • Z odpovedí zistite napätie. Pamätajte si, že po zistení celkového napätia obvodu sme zistili napätie na ktoromkoľvek z paralelných vodičov. Vyriešte celý obvod pomocou Ohmovho zákona. Tu je príklad:

    • Obvodom preteká prúd 5 ampérov. Celkový odpor je 1.33 ohmov.
    • Podľa Ohmovho zákona I = V / R, teda V = IR
    • V = (5A)(1.33Ω) = 6.65 voltov.
  • Odkazy

      Serway, R.A. a John W. Jewett, Jr., Fyzika pre vedcov a inžinierov s modernou fyzikou. 8. vydanie. Kalifornia: Brooks/Cole. 2010. Ebook

      https://www.swtc.edu/ag_power/electrical/lecture/series_circuits.htm

      https://www.swtc.edu/ag_power/electrical/lecture/series_circuits.htm

      http://www.electronics-tutorials.ws/resistor/res_4.html

      http://www.Physicsclassroom.com/class/circuits/Lesson-4/Parallel-Circuits

      Serway, R.A. a John W. Jewett, Jr., Fyzika pre vedcov a inžinierov s modernou fyzikou. 8. vydanie. Kalifornia: Brooks/Cole. 2010. Ebook

      http://www.elektronika-tutoriály.ws/resistor/res_5.html