סדרות ונגדים מקבילים

מעגלים פשוטים כגון אלמנטים התנגדות המחוברים בסדרה או במקביל הם מרכיבי מפתח במעגלים חשמליים מורכבים.

חיבור נגדים בטור מביא לחלוקת מתח, תוך שיתוף אותו זרם.

לעומת זאת, כאשר נגדים מחוברים במקביל, זה מביא לחלוקת זרם והמתח על פני הנגדים זהה. כדי להבין את תפקודו של כל מעגל חשמלי, פשוט או מורכב, משתמשים בחוק אוהם.

סרטון זה יכסה את היסודות של חיבור רכיבים התנגדותיים חשמליים בטור ובמקביל, ויסביר את העקרונות של חישוב מתח וזרם עבור מעגלים אלה בהתבסס על חוק אוהם.

על פי חוק אוהם, הזרם 'I' דרך נגד התנגדות 'R', עומד ביחס ישר לירידת המתח 'V' על פני הנגד או ירידת המתח היא תוצר של ההתנגדות 'R' והזרם 'I'.

אם שני נגדים, R1 ו- R2, מחוברים בסדרה, כלומר בזה אחר זה, אז אותו זרם זורם דרך שני הנגדים.

במקרה זה, ירידת המתח הכוללת 'V' שווה לסכום ירידת המתח על פני כל נגד. ביישום חוק אוהם למתחים V1 ו-V2, ומכיוון שהזרמים שווים, אנו גוזרים את ירידת המתח הכוללת כשווה לסכום ההתנגדות R1 ו-R2 כפול ה-'I' הנוכחי.

העברת I לצד השני של המשוואה נותנת V/I, שלפי חוק אוהם, היא ההתנגדות האפקטיבית הכוללת של המעגל 'R'. לפיכך, 'R' הוא פשוט סכום ההתנגדויות האינדיבידואליות.

כלל זה חל על כל מספר נגדים המחוברים בסדרה.

לעומת זאת, אם שני הנגדים מחוברים במקביל, מה שאומר ששניהם מחוברים בין שני מסופים משותפים, אז שני הנגדים חולקים את אותה ירידת מתח.

עם זאת, הזרם הכולל 'I', מחולק בין הנגדים ולכן שווה לסכום הזרמים הבודדים של המעגל. עכשיו, אם ניקח את המשוואה הנוכחית הזו, יישום? חוק אוהם, מבטל את המתחים משני הצדדים מכיוון שהם שווים לנגדים מקבילים, ומסדר מחדש את המשוואה עבור התנגדות אפקטיבית 'R', אנו רואים ש-R שווה ל'מכפלה על סכום' של שתי ההתנגדות הבודדות

בואו נחזור למשוואה לפני סידור מחדש. ההופכי של ההתנגדות הוא מוליכות, 'G'. לכן, עבור שני נגדים מקבילים, המוליכות האפקטיבית שווה לסכום שני ערכי המוליכות.

ניתן להרחיב כלל זה גם למספר נגדים המחוברים במקביל.

הניסוי הבא מדגים את השיטה ההדרגתית של חיבור נגדים בכל תצורה וניתוח המעגלים באמצעות חוק אוהם.

כדי להתחיל, אסוף את החומרים והמכשירים הדרושים, כלומר מקור זרם, מקור מתח, שני מולטימטרים, שני נגדים של 100 אוהם, שני נגדים של 10 אוהם ולוח לחם.

באמצעות לוח הלחם, חבר קצה אחד של נגד 100 אוהם למסוף היציאה של מקור הזרם. לאחר מכן חבר את הקצה השני של נגד 100 אוהם למסוף הנגדי של המקור.

לאחר מכן, צור זרם של 10 מילי-אמפר דרך הנגד והגדר את המולטימטר במצב מדידת מתח. כעת חבר את שני מסופי המולטימטר לשני מסופי הנגד ומדוד את ירידת המתח על פני הנגד.

קריאה חיובית פירושה שהפוטנציאל במסוף החיובי של המולטימטר גבוה מזה שבמסוף השלילי. באמצעות קריאת מתח זו ניתן לאמת את חוק אוהם.

לאחר מכן, הפעל מתח של 1 וולט על פני הנגד של 100 אוהם. כעת הגדר את המולטימטר במצב מדידה נוכחי. חבר את מסופי המולטימטר בסדרה עם הנגד ומדוד דרכו את הזרם.

קריאת זרם חיובית פירושה שהזרם זורם מהמסוף החיובי למסוף השלילי של המולטימטר. באמצעות הזרם הנמדד ניתן לאמת את חוק אוהם.

לאחר מכן, נתק את מקור המתח מהנגד. הגדר את המולטימטר למצב מדידת התנגדות. חבר את שני מסופי המולטימטר לשני מסופי הנגד ומדוד ישירות את ההתנגדות.

ההתנגדות הנמדדת צריכה לאמת מחדש את חוק אוהם ואת מדידות הזרם והמתח שנמדדו בעבר.

ראשית, חברו שני נגדים של 100 אוהם בסדרה על לוח אב-טיפוס לאחר מכן חבר אותם למקור הזרם כמתואר בסעיף הקודם והפעל זרם של 10 מילי-אמפר דרך שני הנגדים.

באמצעות המולטימטר במצב מד מתח, מדוד את ירידת המתח על פני כל נגד ועל פני כל שילוב הסדרה.

לאחר מכן, הפעל מתח של 10 וולט על שני הנגדים. לאחר מכן הגדר את המולטימטר במצב מד זרם ומדוד את הזרם דרך כל נגד.

חבר שני נגדים של 100 אוהם במקביל. לאחר מכן, חבר אותם למקור מתח כמתואר קודם לכן. הפעל מתח של 10 וולט על פני הנגדים.

בעזרת המולטימטר במצב מד זרם, מדוד את הזרם דרך כל נגד ודרך כל שילוב הנגדים המקביל.

בהירות הנורות תלויה לא רק במתח המופעל, אלא גם בשאלה אם הן מחוברות בסדרה ו/או עם רכיבים אחרים

השג שתי דיודות או נורות פולטות אור, כל אחת עם התנגדות של כמה אוהם, שניתן להשתמש בהן במקום הנגדים. חבר נורה אחת למקור המתח כפי שתואר קודם לכן. הפעל מתח של וולט אחד על פני הנורה ושים לב לבהירות שלה.

כעת, כבה את מקור המתח וחבר את הנורה השנייה במקביל לראשונה. הפעל מתח של וולט אחד על פני השילוב המקביל ושים לב לבהירות של שתי הנורות.

לבסוף, כבה את מקור המתח וחבר מחדש את הנורות בסדרה. הפעל מתח של וולט אחד על פני שילוב הסדרות ושים לב לבהירות של שתי הנורות.

כעת, לאחר שסקרנו את הפרוטוקולים, הבה נסתכל על התוצאות של חיבור נגדים בטור ובמקביל

תוצאות הניסוי הסדרתי מראות שלפי חוק אוהם, המתח על פני כל נגד עומד ביחס ישר להתנגדות המתאימה. בנוסף, המתח על פני שני הנגדים הוא סכום המתחים על פני כל נגד; ואילו הזרם הזורם דרך כל נגד ודרך השילוב זהה. יתר על כן, ההתנגדות הכוללת של המעגל שווה לסכום שתי ההתנגדויות הבודדות.

זה מוכיח את יחסי המתח, הזרם וההתנגדות החזויים עבור שילוב טורי.

מצד שני, כאשר הנגדים מחוברים במקביל, הזרם על פני כל נגד עומד ביחס הפוך להתנגדות, בהתאם לחוק אוהם. בנוסף, הזרם הכולל הזורם דרך הצירוף המקביל הוא סכום הזרמים הבודדים, אך המתח על פני כל נגד ועל פני השילוב זהה.

לבסוף, אם נמיר את ערכי ההתנגדות לערכי מוליכות, התוצאות מראות כי המוליכות הכוללת של המעגל שווה לסכום של שני ערכי המוליכות הבודדים. זה מאמת את יחסי המתח, הזרם והמוליכות התיאורטיים עבור שילוב מקביל.

כאשר הנורות מחוברות בסדרה או במקביל נצפות רמות שונות של בהירות הנורה. כאשר נורות מחוברות במקביל, לשתי הנורות יש בהירות דומה לנורה הבודדת המחוברת לאותו מקור מתח.

הסיבה לכך היא שהנורות מופעלות על ידי מתח, ולאלה המחוברות במקביל יש מתח זהה של 1 וולט לרוחבן, כמו במקרה של נורה בודדת.

מצד שני, שתי הנורות המחוברות בסדרה עמומות יותר מהנורה הבודדת. הסיבה לכך היא ששתי הנורות בסדרה מקבלות כל אחת רק 0.5 וולט, מכיוון שהמתח מחולק ביניהן.

חיבורי נגדים סדרתיים ומקבילים נפוצים ביישומי מעגלים. הבה נסתכל כעת על כמה דוגמאות שבהן נעשה שימוש בהם.

יישום נפוץ של חיבור סדרתי הוא מעגל מחלק מתח הממיר מתח גדול יותר למתח קטן יותר. מתח הכניסה מופעל על פני שני נגדים סדרתיים ומתח המוצא מתקבל מהחיבור ביניהם. חלוקת מתח היא תוצאה של חלוקת מתח הכניסה בין הנגדים של מעגל המחלק.

חיווט מסחרי בבתים, במשרדים, במעבדות ובכיתות הלימוד שלנו מוגדר כך שניתן לחבר ולהשתמש במספר מכשירי חשמל. זה אפשרי מכיוון שכל מכשיר חשמלי, כאשר הוא מחובר לשקע 110 וולט בקיר, מחובר במקביל לכל שאר המכשירים שכבר נמצאים בשימוש.

לפיכך, כולם חולקים את המתח המשותף של 110 וולט ובתנאי הפעלה רגילים מסוגלים לפעול מבלי להשפיע על מכשירים אחרים.

זה עתה צפיתם בהקדמה של JoVE לנגדים סדרתיים ומקבילים. כעת עליכם להבין כיצד לחבר מקורות זרם ומתח, ולמדוד פרמטרים שונים של מעגלים חשמליים באמצעות המולטימטר. בנוסף, כעת עליך לדעת גם כיצד לחבר התנגדויות בסדרה ובמקביל ולנתח אותן באמצעות חוק אוהם. תודה שצפית!