Fizika - 19
keresés
Időjárás Bajorországban
| -1 ° | -1 ° | 2 ° | -5 ° | 0 ° |
| -1 ° | -1 ° | 2 ° | -4 ° | -2 ° |
Éjszaka nyugat felől havas eső, -5 és -1 fok között alacsony
forgalom
tartalom
Eddig csak egyszerű áramköröket vizsgáltunk - ezek csak egy elektromos alkatrészt tartalmaztak. Ebben az epizódban a két vagy több komponensből álló áramköröket kezelik.
Állapot: 2016.08.09 archívum
A sorrend a következő szakaszokra oszlik:
Elágazó áramkör - Tartalomjegyzék
- 1. Többkomponensű áramkörök
- 2. Soros és párhuzamos csatlakozás
- 3. Alkalmazások és a Kirchhoff-szabályok
- 4. Fajlagos ellenállás
- 5. Szigetelő - félvezető - vezető - szupravezető
1. Többkomponensű áramkörök
Példa párhuzamos csatlakozásra: több foglalat
Számos olyan alkalmazást ismer a mindennapi életből, amelyben több eszközt vagy alkatrészt működtetnek egyidejűleg egy áramforrással. A legtisztább példa a többféle aljzat, amelyek lehetővé teszik például a lámpa, a számítógép és a monitor csatlakoztatását egyetlen aljzatba. Ezen eszközök mindegyike külön-külön bekapcsolható, és a többitől függetlenül működik. Az eszközök itt "párhuzamosan" vannak csatlakoztatva. A "párhuzamos csatlakozás" másik példája a halogén világítás: egyetlen transzformátor biztosítja a helyiségben kifeszített kettős vezetéket 12 volt ártalmatlan kisfeszültséggel. Ezért minden csatlakoztatott halogénlámpát a többitől függetlenül működtetnek 12 V-mal.
Példa sorozatkapcsolatra: karácsonyfa világítása
A "sorozatkapcsolatra" példa a karácsonyfa világítása. Az összes lámpán átmenő közös áramkör olcsó, mivel a 15 voltos lámpák közül 15 transzformátor nélkül összesen 225 V-os feszültséget tud biztosítani. Ha az egyik lámpát lecsavarják, az áramkör megszakad, és az összes lámpa együtt kialszik.
2. Soros és párhuzamos csatlakozás
Kísérleti beállítás a feszültségesés bemutatására
Ha több alkatrésznek közös a feszültsége, akkor a "feszültségesés" kifejezés fontossá válik. Ez azt a parciális feszültséget jelenti, amelyet a közös ellenállás egy részén leütöttek. Egy vezetősávos modellkísérlet megmutatja a parciális ellenállás és a parciális feszültség kapcsolatát: minél keskenyebb a szalag, annál nagyobb az ellenállás és a feszültségesés.
Soros kapcsolat
Képletek a soros kapcsolathoz
Ez a négy képlet levezethető a soros kapcsolathoz.
Kísérleti elrendezés
Az eszközök sorba vannak kapcsolva, a részfeszültségek összege megegyezik a teljes feszültséggel.
Meglepő kísérlet: 6 V-os kerékpárlámpát és 230 V-os villanykörtét sorba kötnek, és 230 V-hoz kötik össze. Mindkettő körülbelül normál fényerővel ragyog. A magyarázatot számtani feladattal látjuk el.
Párhuzamos kapcsolat
Képletek a párhuzamos kapcsolathoz
Ha két ellenállást párhuzamosan csatlakoztatnak a tápegységhez, akkor eltérő elvek érvényesek. Egyikük ezúttal azt mondja, hogy a részáramok összeadják a teljes áramlást.
Kísérleti elrendezés
Így néz ki az elágazó csomópontokkal való párhuzamos kapcsolat kísérleti beállítása
3. Alkalmazások és a Kirchhoff-szabályok
Még a legbonyolultabb áramkör is felépíthető darabonként egyszerű soros és párhuzamos áramkörökből, ezért a párhuzamos és soros áramkörök négy képlete sok alkalmazást megmagyaráz. Először egy "potenciométert" vizsgálnak. Az ellenállás egy harmadik érintkezővel van ellátva. A teljes ellenállás bármely részét le lehet csapni egy köszörülési mechanizmus segítségével. Ennek megfelelően a teljes feszültség bármely részfeszültségét e csúszó érintkező és a két rögzített érintkező egyikének között kapjuk. A "dimmer áramkör" megvalósítható így.
Kísérleti beállítás egy tranzisztor áramkörhöz,
A potenciométer állítható ellenállásként is szolgálhat. Ha például sorba van kapcsolva egy LDR-rel (fényérzékeny ellenállással), akkor az LDR részleges feszültsége a potenciométer ellenállásának kiválasztásával megfelelő értékre állítható. Erre egy tranzisztor áramkörre van szükség, amely akkor kapcsolja be a lámpát, amikor az aktuális fényerő csökken. Ez az áramkör megmutatja az elágazó áramkörök egyszerű számításainak határait is. Ha az ellenállások már nem állandóak, mint az LDR vagy a tranzisztor esetében, akkor ajánlatos általánosabb szabályokat alkalmazni az elektromos hálózatokra. Egy-egy áram- és feszültségszabályt Kirchhoff-szabálynak nevezünk.
Csomószabály:
Minden elágazó csomópontnál a beáramló áramok összege megegyezik a kiáramló áramok összegével.
Hálós szabály:
Ha összeadja az összes részfeszültséget az áramforrás egyik áramkörén az áramforrás egyik pólusától a másikig, akkor mindig megkapja a teljes feszültséget.
4. Fajlagos ellenállás
Nagyfeszültségű vezetékek: az alumínium és a porcelán bevált.
Az áramellátáshoz mindkét anyagra szükség van, amelyek nagyon jól vezetik az áramot, és éppen ellenkezőleg. Az alumíniumot előnyben részesítik a réznél a nagyfeszültségű vezetékekben, mert csak egy kicsit rosszabbul vezet, de sokkal könnyebb és mindenekelőtt sokkal olcsóbb. A porcelán szigetelők hatékonynak bizonyultak az árbocokhoz történő rögzítéshez.
Különböző anyagok ellenállása
Ha összehasonlítjuk az azonos hosszúságú és azonos keresztmetszetű vezetődarabok ellenállását, akkor felmerül a vágy, hogy a különböző vezetőképességet egy anyagállandóval fejezzük ki.
A vezető hosszának ellenállása annak hosszától és keresztmetszetétől függ.
Ez elképesztően egyszerű: egy vezetőszakasz ellenállása hihetően függ a hosszától és a keresztmetszet területétől.
A "fajlagos ellenállás" képlete
Egy képlethez állandó arányosságra van szükség ρ (rho), amelyet "specifikus ellenállásnak" neveznek. Ez a kifejezés azért megfelelő, mert ρ jelzi az ellenállást hosszúságonként és keresztmetszeti területenként.
Például a vezetőszakasz ellenállásának kiszámításához használt képlet alkalmas egy feszültségmérőnek (DMS) nevezett elektromos érzékelőnek.
Modell feszültségmérőkkel
Vezető csíkkal ellátott modell elmagyarázza működését: Ha a hordozó lemezt lehajlítva nyújtjuk meg, akkor a szalag egy kicsit hosszabb és vékonyabb lesz. Mindkét hatás növeli az ellenállást. Ezzel szemben az összenyomás hatására az ellenállás kisebb lesz. Ez egy érzékelőt ad, amely regisztrálja a terhelést. Ha erő kalibrálást hajtottak végre, akkor több feszültségmérővel elektromos erőmérő eszközt készíthet.
5. Szigetelő - félvezető - vezető - szupravezető
A különböző anyagoknak teljesen más az ellenállása.
A fajlagos ellenállás értéke szinte végtelen (szigetelők) és majdnem nulla (nagyon jó vezetők). A valóban nulla ellenállású úgynevezett szupravezetők különös érdeklődést váltanak ki.
Kísérleti beállítás egy szupravezetővel történő kísérlethez
Kísérletet hajtanak végre egy modern típusú szupravezető mintájával: "Normál" hőmérsékleten az anyag fémként viselkedik, ellenállása pedig csökken, amikor a hőmérséklet csökken. De kritikus hőmérséklet alatt, amely a szupravezető anyagától függően változik, maradék ellenállása hirtelen eltűnik. A szupravezetőket, amelyek már folyékony nitrogénnel is elérik különleges tulajdonságaikat, furcsa módon "magas hőmérsékletű szupravezetőknek" nevezik. Ennek oka: Az eddig ismert anyagok csak jóval alacsonyabb hőmérsékleteken mutatják be a hatást, mégpedig a folyékony hélium hőmérsékletén - ezek az úgynevezett "alacsony hőmérsékletű szupravezetők".
Ellenőrizze tudását!
A vetélkedőhöz Telekolleg fizika vetélkedő: Elágazó áramkör
Ismeri az elágazó áramköröket? A tanultak elmélyítése érdekében lehetőséget kínálunk arra, hogy online és interaktív módon tesztelje tudását. Ellenőrizze tudását! [tovább - a vetélkedőhöz: Telekolleg Physik - Kvíz: Elágazó áramkör]