Az áramkör azon elemek összessége, amelyek lehetővé teszik az elektromos áram létrehozását. Általánosságban elmondható, hogy a következő öt típusú elem található (amelyeket később részletesen tárgyalunk):
Egy áramkört vagy alkatrészt állítólag zárva amikor lehetővé teszi az áram áramlását, és hogy van nyitott ha nem engedi.
KÖZVETLEN ÉS ALTERNÁLÓ FOLYAMAT
Azt mondjuk, hogy egy áram folyamatos, ha az elektronok mozgása mindig ugyanabban az irányban történik. Ezt az áramot használják kis áramkörökben, például a háztartási elektronikában. Nagy teljesítményű telepítéseknél azonban egy másik típusú áramot használnak, amelyben az elektronok mozgása reciprok mozgás, amelyet váltakozó áramnak neveznek.
A V feszültséggenerátorral és az R ellenállás-vevővel ellátott áramkörön átáramló áram kiszámításához közvetlenül alkalmazható Ohm-törvény:
pm. = 9V: A generátor az elektronoknak 9V energiát ad.
Feszültségesés = 9V: Az ellenállásban az elektronok 9V energiát költenek.
Ohm ellenállási törvényének alkalmazása:
I = V/R = e/R = 9V/3Ω = 3A
Ha több vevőt csatlakoztatnak oly módon, hogy az áramnak egymás után kell átfolynia, akkor azt mondják, hogy csatlakoznak sorozatosan. Az akkumulátor feszültsége a két ellenállás között van eltöltve, és mindegyikükben elvész az energia része, amit feszültségesésnek nevezünk.
A számítások elvégzéséhez ezekben az áramkörökben azzal kezdjük, hogy megjegyezzük, hogy az ellenállás, amelyet a generátornak le kell győznie, a vevők összes ellenállásának összege. Így számíthatja ki az áramkörön átáramló áramot.
És kiszámítják az áramkörön keringő intenzitást:
I = V/R = 10V/5Ω = 2A
Ezután a feszültségesést úgy számítják ki, hogy Ohm törvényét alkalmazzák az egyes ellenállásokra:
Az első ellenálláshoz:
e 1 = I R 1 = 2A 3Ω = 6V
A második ellenálláshoz:
e 2 = I R 2 = 2A 2Ω = 4V
A számítás befejeződött (egyelőre) az áram irányának kitöltésével, értékének feltüntetésével és a feszültségesés figyelembevételével. Vagyis a következő módon:
A vevők csatlakoztatásának másik alapvető módját összekötésnek nevezzük párhuzamosan, és abból áll, hogy az áramnak egy ponton el kell válnia ahhoz, hogy áthaladjon az összes receptoron, majd egy másik ponton újra csatlakozzon.
Ebben az esetben meg kell jegyezni, hogy mindegyik ellenállás más és más áramot ad át, de mindegyikben ugyanazt a feszültséget használják. Ezért az egyeseken áthaladó intenzitás egyszerű módon kiszámítható.
Az átélt intenzitás
az 1. ellenállás:
I 1 = V/R 1 = 12 V/6Ω = 2A
Az átélt intenzitás
a 2. ellenállás:
I 2 = V/R 2 = 12 V/4 Ω = 3A
és a generátornak intenzitást kell mozgatnia:
I ÖSSZESEN = I 1 + I 2 = 2A + 3A = 5A
Ez az intenzitás nagyon magas, mintha a generátor egy nagyon alacsony ellenállású vevőhöz lenne csatlakoztatva. A párhuzamos rögzítéssel egyenértékű ellenállás mindig kisebb, mint az összes ellenállás, és a következő kifejezéssel számítják:
A vevők soros és párhuzamos kombinációja vegyes kapcsolatok ez nagyon bonyolulttá válhat. Ezen áramkörök megoldásához le kell egyszerűsíteni az egyes társulási típusok egyenértékű ellenállásait, amíg egyetlen teljes ellenállást nem érnek el, ami egyenértékű a teljes eredeti szerelvényével:
A generátort mozgató áram kiszámításra kerül, majd visszamegy az egyes ellenállások áramainak és feszültségeséseinek kiszámításának minden lépésére.
Az utolsó számítás a verem által generált teljesítmény és az összes ellenállás által felhasznált teljesítmény megszerzésére szolgál, amelyeket a következő kifejezésekkel számolunk:
- A generátor számára: P = VI
- Ellenállások esetén: P = eI = (IR) I = I 2R
Ez az utolsó kifejezés alkotja a Joule-törvényt, amely kiszámítja az I értékű ideális ellenállás által kibocsátott hőenergiát, amelyen keresztül áthalad egy I intenzitás (ez azért lehetséges, mert az ideális ellenállás teljesítménye 100%, és így az elfogyasztott energia megegyezik hogy megjelent).
A gyakorlatban a fent tárgyalt egyszerűsíthető ellenállási áramkörök sokkal kevesebbek, mint az összetett áramkörök, amelyek általában több különböző útvonalat tartalmaznak az elektromos áramhoz, és mindegyiket ún. ág. Az ágak találkozási pontjait nevezzük csomók. Az egyes ágakon áthaladó áramot elágazási áramnak nevezzük.
A neve háló zárt áramkörbe, amely olyan ágak sorából áll, amelyek áthaladnak anélkül, hogy kétszer is átmennének rajta, egy csomóponttól kezdve, hogy visszatérjenek hozzá. Ezeket az összetett áramköröket gyakran hívják hálózatok.
Ha feltételezzük, hogy az üzemmód álló helyzetben van, akkor az egyes ágak áramának intenzitása sajátos és egyedi értékkel rendelkezik. Olyan egyenletrendszert kell keresnünk, amely lehetővé teszi számunkra az intenzitások értékének kiszámítását, vagyis annyi független egyenletet, mint ahány ág (n elágazás => n egyenlet).
A folyamat azzal kezdődik, hogy mindegyik intenzitásnak jelentést rendelünk. A kényelem érdekében ezt az értelmet általában úgy választják meg, hogy megfeleljen az egyes ágak különböző generátorainak feszültségeinek.
Ezután keresik az egyenleteket, amelyeket a Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) német fizikus által kiadott törvények alapján állapítottak meg a következőképpen:
KIRCHHOFF ELSŐ TÖRVÉNYE: A csomók törvénye
A csomópontból érkező és kilépő áramok intenzitásának algebrai összege nulla. Az intenzitásokat pozitívan számolják, ha az áram a csomópont felé irányul, és negatívan, ha eltávolodik tőle.
Az első törvénnyel annyi egyenletet kapunk, ahány csomópont száma van a hálózatnak mínusz egy (ami a többi lineáris kombinációja).
KIRCHHOFF MÁSODIK TÖRVÉNYE: Meshes törvény
A hálózat bármely hálójában a generátorok feszültségeinek összege, amely lehet emf (elektromotoros erő, pozitív) vagy fcem (ellen-elektromotoros erő, negatív), megegyezik az ellenállások feszültségeséseinek összegével.
Ezzel a második törvénnyel annyi egyenletet kapunk, ahány háló háló van, és a háló elemzéséhez és az egyenlet megszerzéséhez tetszőleges követési irányt veszünk (általában az óramutató járásával megegyező irányba).
Ezután hozzáadjuk a következő iránynak megfelelő generátorok feszültségeit, és kivonjuk a következő irányba ütköző generátorok feszültségeit. Ez az egyenlet első tagjában van megírva.
Ezután összeadjuk a nyomkövetési irányral azonos irányú áramok feszültségeséseit, és kivonjuk azoknak az áramoknak a feszültségeséseit, amelyek ellentétesek a nyomkövetési irányral. És ez képezi az egyenlet második tagját.
Ha az összes egyenlet megvan, a rendszert megfelelő módszerrel oldjuk meg (például Gauss-módszerrel), majd elemezzük az eredményeket. Abban az esetben, ha bármely intenzitásérték negatív, az csak azt jelzi, hogy az intenzitás ellentétes azzal, amit feltételeztünk.
Csakúgy, mint az egyszerűsíthető áramkörök esetében, az utolsó számítás szerint a generátorok által termelt vagy elfogyasztott teljesítmény és az összes ellenállás által felhasznált teljesítmény megszerzésére szolgál, amelyeket a következő kifejezésekkel számolunk:
- Generátorok esetében: P = VI
- Ellenállások esetén: P = I 2 R