Веригата е набор от елементи, които позволяват установяването на електрически ток. Като цяло могат да бъдат намерени следните пет типа елементи (които ще бъдат разгледани подробно по-късно):
Казва се, че е верига или компонент затворен когато позволява на тока да тече и това е така отвори в случай че не го позволява.
ПРЕКИ И ИЗМЕНИМ ТОК
Казваме, че токът е непрекъснат, когато движението на електроните се извършва винаги в една и съща посока. Този ток се използва в малки вериги, например в битовата електроника. За инсталации с висока мощност обаче се използва друг вид ток, при който движението на електроните е напред-назад, което се нарича променлив ток.
За да се изчисли токът, протичащ през верига с генератор на напрежение V и приемник на съпротивление R, законът на Ом може да се приложи директно, като има:
f.e.m. = 9V: Генераторът дава на електроните енергия от 9V.
Спад на напрежението = 9V: В съпротивлението електроните харчат енергия от 9V.
Прилагане на закона на Ом за съпротивлението:
I = V/R = e/R = 9V/3Ω = 3A
Когато няколко приемника са свързани по такъв начин, че токът да тече един след друг, се казва, че са свързани серийно. Напрежението на батерията се изразходва между двата резистора и частта от енергията, която се губи във всеки от тях, е това, което наричаме спад на напрежението.
За да извършим изчисления в тези вериги, започваме с отбелязването, че съпротивлението, което генераторът трябва да преодолее, е сумата от всички съпротивления на приемниците. По този начин можете да изчислите тока, протичащ през веригата.
И интензитетът, който циркулира през веригата, се изчислява:
I = V/R = 10V/5Ω = 2A
След това спадът на напрежението се изчислява чрез прилагане на закона на Ом към всеки резистор:
За първата съпротива:
e 1 = I R 1 = 2A 3Ω = 6V
За второто съпротивление:
e 2 = I R 2 = 2A 2Ω = 4V
Изчислението завършва (засега) чрез попълване на посоката на тока, посочване на неговата стойност и отбелязване на спада на напрежението. Тоест по следния начин:
Другият основен начин за свързване на приемници се нарича свързване паралелно, и се състои в това, че токът трябва да се отдели в една точка, за да премине през всички рецептори, и след това да се присъедини отново в друга точка.
В този случай трябва да се отбележи, че всеки от резисторите преминава различен ток, но при всички се използва едно и също напрежение. Следователно интензивността, която преминава през всеки един, може да бъде изчислена по прост начин.
Интензивността, която преминава
съпротивление 1 е:
I 1 = V/R 1 = 12V/6Ω = 2A
Интензивността, която преминава
съпротивление 2 е:
I 2 = V/R 2 = 12V/4 Ω = 3A
и генераторът трябва да движи интензитет:
ОБЩО = I 1 + I 2 = 2A + 3A = 5A
Тази интензивност е много висока, сякаш генераторът е свързан към приемник с много ниско съпротивление. Съпротивлението, еквивалентно на паралелен монтаж, винаги е по-малко от всички резистори и се изчислява със следния израз:
Комбинацията от приемници последователно и паралелно води до смесени връзки това може да стане много сложно. За да се разрешат тези вериги, еквивалентните съпротивления на всеки тип асоцииране трябва да бъдат опростени до достигане на едно общо съпротивление, еквивалентно на целия оригинален монтаж:
Токът, който движи генератора, се изчислява и след това той се връща през всички стъпки, изчислявайки токове и спада на напрежението във всяко съпротивление.
Последното изчисление е да се получи мощността, която генерира стека, и мощностите, които консумират всички резистори, които се изчисляват с изразите:
- За генератора: P = VI
- За резистори: P = eI = (IR) I = I 2R
Този последен израз представлява закона на Джоул, който изчислява топлинната енергия, отделяна от идеално съпротивление на стойност R, през което преминава интензитет I (това е възможно, тъй като ефективността на идеалното съпротивление е 100% и по този начин консумираната мощност е същата който пусна).
На практика опростените резисторни схеми, обсъдени по-горе, са много по-малко на брой от сложните вериги, които обикновено включват няколко различни тракта за електрически ток и всяка от тях се нарича клон. Извикват се точките, където се срещат клоновете възли. Токът, който преминава през всеки клон, се нарича ток на клона.
Името на окото до затворена верига, съставена от поредица от клонове, които се преминават, без да преминават през нея два пъти, започвайки от възел, за да се върнете към него. Тези сложни вериги често се наричат мрежи.
Ако приемем, че работният режим е стационарен, интензитетът на тока във всеки клон има специфична и уникална стойност. Трябва да търсим система от уравнения, която ни позволява да изчислим стойността на интензитетите, тоест да имаме толкова независими уравнения, колкото клонове (n клонове => n уравнения).
Процесът започва чрез присвояване на значение на всеки от интензитетите. За удобство този смисъл обикновено се избира по такъв начин, че да съответства на напреженията на различните генератори във всеки клон.
След това търсим уравненията, които са установени от законите, определени от германския физик Густав Роберт Кирххоф (1824-1887), посочени както следва:
ПЪРВИЯТ ЗАКОН НА KIRCHHOFF: Закон за възлите
Алгебричната сума на интензитетите на токовете, пристигащи и напускащи възел, е нула. Интензитетите се отчитат положително, когато токът е насочен към възела и отрицателно, когато се отдалечи от него.
С първия закон получаваме толкова уравнения, колкото е броят на възлите, които мрежата има минус едно (което е линейна комбинация от останалите).
ВТОРИЯТ ЗАКОН НА КИРХОФ: Закон за окото
Във всяка мрежа на мрежата сумата от напреженията на генераторите, които могат да бъдат emf (електромоторна сила, положителна) или fcem (контраелектрическа сила, отрицателна), е равна на сумата от спада на напрежението в резисторите.
С този втори закон получаваме толкова уравнения, колкото има мрежи на мрежата, и за да анализираме мрежата и да получим уравнението, приемаме произволна посока на проследяване (обикновено е в посока на часовниковата стрелка).
След това се добавят напреженията на генераторите, които са в полза на следната посока, и се изваждат напреженията на генераторите, които са срещу следната посока. Това е записано в първия член на уравнението.
След това се добавят спада на напрежението на токовете, които са в същата посока като посоката на проследяване и се изваждат спада на напрежението на токовете, които са срещу посоката на проследяване. И това представлява вторият член на уравнението.
Когато имаме всички уравнения, системата се решава с подходящ метод (например метод на Гаус) и след това резултатите се анализират. В случай, че която и да е стойност на интензитета е отрицателна, това само показва, че интензивността е противоположна на начина, по който сме я приели.
Както при опростените схеми, последното изчисление е да се получи мощността, която генераторите генерират или консумират, и мощностите, които консумират всички резистори, които се изчисляват с изразите:
- За генератори: P = VI
- За резистори: P = I 2 R