نحوه محاسبه افت ولتاژ در یک مدار سری: حقایق دقیق

این مقاله توضیح می دهد که افت ولتاژ چیست و چگونه افت ولتاژ را در یک مدار سری محاسبه کنیم. هر زمان که ولتاژ با هر عنصر مقاومتی در مدار برخورد کند، مقدار کاهش می یابد یا "افت می کند".

در مدار سری، چندین مقاومت یا امپدانس وجود دارد. هر بار که جریان از آنها عبور می کند، ولتاژ کاهش می یابد. بنابراین، ما باید مقدار یک مقاومت خاص و جریان عبوری از آن را برای محاسبه افت ولتاژ در آن بدانیم. افت ولتاژ جریان ضربدر مقاومت است.

افت ولتاژ چیست؟

فرض کنید یک باتری را با یک مقاومت از طریق یک سیم به هم متصل می کنیم. الکترون ها تمایل دارند از سمت منفی باتری به سمت مثبت جریان پیدا کنند. مانند بار الکتریکی است که از مثبت به پایانه منفی می رود. 

هنگامی که یک واحد شارژ با مقاومت روبرو می شود، برای مدتی متوقف می شود. وقتی از مقاومت رد می شود یک واحد شارژ دیگر می آید و می ایستد. در هر زمان، مقدار شارژ در انتهای مقاومت کمتر از شارژ در شروع مقاومت است. این پدیده یک "افت پتانسیل یا ولتاژ" ایجاد می کند.

ادامه مطلب در…..آیا ولتاژ در سری ثابت است: بینش کامل و سؤالات متداول

چگونه افت ولتاژ کل را در مدار سری محاسبه کنیم؟

مجموع افت ولتاژ در یک مدار سری، اضافه کردن تمام افت های ولتاژ مجزا ناشی از پارامترهای امپدانس است. همچنین، مجموع آن برابر است با کل ولتاژ ارائه شده به مدار یا ولتاژ قبل از هر «افت».

اجازه دهید پدیده ها را با کمک یک مدار بررسی کنیم. در مدار زیر دو مقاومت R وجود دارد1 100 اهم و R2 200 اهم، با یک منبع تغذیه 30 ولت وصل شده است. جریان i = V/(R1 + R2) = 30/(100+200) = 0.1 A. بنابراین ولتاژ در R کاهش می یابد1 = ix R1 = 0.1 x 100 = 10 ولت و در عرض R2 = ix R2 = 0.1 x 200 = 20 ولت. 

نحوه محاسبه افت ولتاژ در یک مدار سری - مثال

چگونه می توان افت ولتاژ را در مدار سری AC محاسبه کرد؟

AC یا جریان متناوب مدارها مدارهای الکتریکی با ولتاژ تغذیه AC هستند. یک AC مدار سری شامل هر ترکیبی از مقاومت، سلف و خازن متصل شده از طریق پیکربندی سری است.

درست مانند DC، می توانیم امپدانس خالص مدارهای سری AC را با اضافه کردن آنها محاسبه کنیم. افت ولتاژ را نیز می توان به روشی مشابه یافت. افت ولتاژ در هر عنصر در مدار سری AC V=iZ است که Z امپدانس خالص مدار است و i کل جریانی است که از آن عبور می کند.

فایل:AC Source-RC.svg
«فایل: AC Source-RC.svg» by Pierre5018 تحت مجوز است CC BY-SA 4.0

ادامه مطلب در…..نحوه محاسبه ولتاژ در یک مدار سری: حقایق دقیق

افت ولتاژ در مدار سری RLC:

مدار RLC یک مورد خاص از مدارهای AC است. یک مدار RLC شامل مقاومت‌ها، خازن‌ها و سلف‌هایی است که از طریق سری به هم متصل شده‌اند. اجازه دهید ما را درک کنیم افت ولتاژ در مدار سری RLC از طریق یک مثال.

مدار دارای سه جزء است که در زیر ترسیم شده اند: یک مقاومت R Ohm، یک سلف L Henry و یک خازن C فاراد. قبلاً می دانستیم که افت ولتاژ در هر یک از آنها = امپدانس × جریان. بنابراین،

افت ولتاژ در مقاومت = iR، سلف = iXL و خازن = iXC که در آن XL = 2πfL و XC = 1/ 2πfC

نحوه محاسبه افت ولتاژ در یک مدار سری - مثال های عددی

Q1. سه مقاومت به صورت سری با مقادیر R به هم متصل می شوند1= 4 Ω، R2= 5 Ω، و R3 = 6 Ω. مدار با یک منبع تغذیه 15 ولت متصل می شود. افت ولتاژ در مقاومت ها را بیابید.

برای محاسبه افت پتانسیل در سراسر R1، R2، و R3، ابتدا باید جریان مدار را بدست آوریم. ما می دانیم، جریان = ولتاژ خالص / مقاومت معادل

مقاومت معادل Req = R1 + R2 + R3 = 4 + 5 + 6 = 15Ω

بنابراین، جریان کل = 15V/15Ω = 1A

اکنون می‌توانیم از قانون اهم (V = IR) برای هر مقاومت استفاده کنیم و افت ولتاژ را در آنها پیدا کنیم.

بنابراین، V1 = I x R1 = 1 x 4 = 4 ولت

V2 = I x R2 = 1 x 5 = 5 ولت

V3 = I x R3 = 1 x 6 = 6 V

Q2. برای مدار زیر، افت ولتاژ در مقاومت 6 اهم 12 ولت است. سایر افت ولتاژها را بیابید و کل افت ولتاژ یا ولتاژ تغذیه را محاسبه کنید.

ما می دانیم، افت ولتاژ در هر مقاومتی در مدار سری = مقاومت × جریان کل

اگر جریان i در مدار جاری شود، افت ولتاژ در مقاومت 6 اهم 6i است.

6i = 12 یا i = 2 آمپر

بنابراین، افت ولتاژ در مقاومت 2 اهم = 2 x 2 = 4 ولت

افت ولتاژ در مقاومت 4 اهم = 2 x 4 = 8 ولت

بنابراین شبکه افت ولتاژ یا ولتاژ منبع تغذیه = (12 + 4 + 8) = 24 ولت

Q3. تصویر زیر یک مدار سری RLC را با اجزای زیر نشان می دهد: منبع AC 120 ولت، 50 هرتز, یک مقاومت 100 اهم, یک خازن 20 μF, یک سلف 420 mH. افت ولتاژ در هر سه امپدانس را محاسبه کنید.

ما قبلا بلد بودیم چطور محاسبه افت ولتاژ برای یک مدار RLC سری. جریان ضرب شده در امپدانس (R یا XL یا XC) افت ولتاژ را به ما می دهد. بیایید X را پیدا کنیمL و XC برای اولین بار.

XL= 2πfL (f فرکانس منبع AC است)

بنابراین، XL = 2 x π x 50 x 420 x 10^{-3} = 131.95 Ω

XC = 1/2 x π x 50 x 20 x 10^{-6} }= 159.15Ω

بنابراین، امپدانس خالص،

اکنون برای مدارهای AC موجودی به نام زاویه فاز وجود دارد. این معیار زاویه ای را نشان می دهد که در آن جریان ولتاژ را کاهش می دهد یا هدایت می کند. زاویه فاز φ = آرکتان (XC - ایکسL/R)

φ = آرکتان (27.2/100) = 15.22 درجه

بنابراین، فعلی

از این رو،

در اینجا، جریان ولتاژ را به صورت X هدایت می کندC > XL.

ادامه مطلب در….ولتاژ در مدار سری چیست: حقایق دقیق

رفته به بالا