היחידה שבה אנו יכולים להשתמש כדי למדוד את הפרש הפוטנציאל על פני כל נקודה נקראת a ווֹלט . וולט הוא הפרש פוטנציאל המופעל על פני התנגדות של 1 אוהם, והוא יגרום לזרימת זרם חשמלי מהמסוף הגבוה יותר למסוף התחתון.
הבדלים פוטנציאליים זורמים תמיד מערך פוטנציאלי גבוה יותר לערך פוטנציאלי נמוך יותר. אנו יכולים גם להגדיר את 1V כפוטנציאל כאשר 1 אמפר של זרם מוכפל ב-1 אוהם של התנגדות. כדי לתאר את ההבדל הפוטנציאלי, נעשה שימוש בנוסחת חוק אוהם, ששווה ל V=IxR .
על פי חוק אוהם, הזרם במעגלים ליניאריים גדל עם העלייה בהפרש הפוטנציאל. מעגל בעל הפרש פוטנציאל גדול בין כל שתי נקודות יגרום לזרימת זרם רבה יותר על פני שתי הנקודות הללו במעגל.
לדוגמה, קחו בחשבון נגד 10 Ω, והמתח המופעל על קצהו האחד הוא 8V. באופן דומה, המתח על הקצה השני שלו הוא 5V. אז נקבל הפרש פוטנציאל של 3V (8V-5V) במסוף הנגד. כדי למצוא את הזרם על פני הנגד, נוכל להשתמש בחוק אוהם. הזרם של מעגל זה יהיה 0.3A.
אם נעלה את המתח מ-8V ל-40V, הפרש פוטנציאל הנגד יהפוך ל-40V – 5V = 35V. זה יביא ל-3.5A מהזרימה הנוכחית. כאשר הפרש הפוטנציאל על פני הנגד גדל, הדבר יגרום גם לעלייה בזרם.
כדי למדוד את המתח של כל נקודה בתוך מעגל, עלינו להשוות אותו לנקודת הייחוס המשותפת. בדרך כלל אנו משתמשים בפין 0V או הארקה כנקודת ייחוס במעגל למדידת הפרש הפוטנציאלים.
מתאר מהיר
מה ההבדל הפוטנציאלי
הפרש הפוטנציאל, הידוע גם בשם מתח, הוא מושג ליבה בחשמל. זה בעצם מתאר את ההבדל באנרגיה הפוטנציאלית החשמלית בין שתי נקודות בתוך מעגל חשמלי. ההבדל בפוטנציאל בין שתי נקודות גורם למטען לעבור מנקודת פוטנציאל גבוהה יותר לנמוכה יותר. זה יגרום לזרימת זרם חשמלי. אנו מודדים את הפרש הפוטנציאל בוולט (V), וזה גורם קריטי בקביעת אופן התנהלות החשמל במעגל וכיצד פועלים מכשירים חשמליים.
דוגמה להפרש פוטנציאלי
בתמונה, הפוטנציאל המופעל על פני הנגד בקצה אחד הוא 10 וולט. הפוטנציאל בקצה השני של הנגד הוא 5 וולט.
כדי לחשב את הפרש הפוטנציאל על פני קצה הנגד, הפחת את הפוטנציאל הגבוה מהתחתון:
הפרש הפוטנציאל המחושב על פני הנגד הוא 5V.
הזרם בנגד הוא פרופורציונלי לפוטנציאל המופעל. אם הפרש הפוטנציאל בין שתי נקודות כלשהן גדול יותר, תראה זרימת זרם גדולה.
השתמש בחוק אוהם כדי למצוא זרם.
כעת, הגדל את הפוטנציאל מ-10V ל-20V בקצה אחד של הנגד ו-5V ל-10V בקצה השני. הפרש הפוטנציאל יהפוך ל-10 V. באמצעות חוק אוהם ניתן למצוא את הזרם דרך הנגד שהוא 8 אמפר.
מטען חשמלי גורם לזרם החשמלי לזרום. אבל הפוטנציאל לא זז או זורם פיזית. הפוטנציאל מופעל על פני כל שתי נקודות ספציפיות במעגל.
כדי למצוא את מתח המעגל הכולל, עלינו לחבר את כל המתחים המחוברים במעגל הסדרתי. זה אומר שכאשר יש לך נגדים (IN 1 , IN 2 , ו IN 3 ) מחוברים בסדרה, אתה פשוט מסכם את המתחים שלהם כדי למצוא את המתח הכולל:
מצד שני, כאשר אתה מחבר נגדים במקביל, המתח על פני כל נגד או אלמנט נשאר זהה. במקביל, המתח על פני כל נגד שווה, וניתן לבטא אותו כך:
רשת מחלק מתח
אנו יודעים שאם נחבר מספר נגדים בסדרה על פני הבדל פוטנציאלי, חדש מעגל מחלק מתח יווצר. מעגל זה מחלק את מתח האספקה בין הנגדים ביחס ספציפי. כל נגד מקבל חלק מהמתח ביחס להתנגדות שלו.
עקרון מעגל מחלק מתח זה חל רק על נגדים המחוברים בסדרה. אם נחבר את הנגדים במקביל, זה יביא להגדרה אחרת לגמרי, שנקראת a רשת מחלקים נוכחיים.
חלוקת מתח
המעגל הנתון מסביר את הרעיון הבסיסי של מעגל מחלק מתח. במעגל זה, נגדים שונים נמצאים בסדרה. ישנם 4 נגדים בסדרה בשם ר 1 ,ר 2 ,ר 3 , ו ר 4 . כל הנגדים הללו חולקים נקודת ייחוס משותפת ששווה לאפס וולט או הארקה.
כאשר אתה מחבר נגדים בסדרה, מתח האספקה (IN ס ) מופץ על פני כל נגד. תראה שכל נגד יפיל כמה מתחים. המשמעות היא שכל נגד מקבל חלק מהמתח הכולל.
לאחר מכן, השתמש בחוק אוהם כדי לבטא את המעגל הזה. על פי ההגדרה של חוק אוהם, הזרם (I) הזורם דרך סדרה של נגדים שווה למתח האספקה (IN ס ) חלקי ההתנגדות הכוללת (ר ט ).
חוק אוהם ביטוי מתמטי ניתן כ
כעת השתמש בחוק אוהם ופשוט תכפיל את הזרם (אני) עם ההתנגדות (R) הערך של כל נגד.
איפה IN מייצג את ירידת המתח.
לאחר מעבר מנקודה אחת לאחרת לאורך סדרת הנגדים, המתח בכל נקודה עולה ככל שמסכמים את ירידות המתח. כל סכומי נפילת המתח הבודדים שווים למתח הכניסה של המעגל (IN ס ) .
אין צורך למצוא את זרם המעגל הכולל כדי למצוא את המתח בנקודה מסוימת. אתה יכול להשתמש בנוסחה פשוטה כדי לחשב את מפל המתח בכל נקודה על ידי התחשבות בהתנגדות של הנגד והזרם הזורם דרכו. זה מפשט את הניתוח של המעגל ועוזר להבין כיצד המתח מתחלק בתוך המעגל.
נוסחת מחלק מתח
בנוסחה לעיל, V(x) מייצג את המתח, ו R(x) שווה להתנגדות המופקת ממתח זה. סמל RT מציין את ההתנגדות הסדרתית הכוללת של הנגדים ו- VS הוא מתח האספקה.
נוסחת מחלק מתח
שקול את המעגל שלהלן כדי למצוא את מתח המוצא של המעגל על פני R2 באמצעות כלל מחלק המתח.
במעגל זה, ה-V ב מציין את מתח האספקה. זהו הזרם הזורם במעגל. זרם זה זורם בשני הכיוונים.
בואו נשקול IN R1 ו IN R2 להיות מפל המתח של ר 1 ו ר 2 . מכיוון שהנגדים הנתונים מחוברים בסדרה, מתח הכניסה V IN של המעגל יהיה שווה לסכום כל המתח האינדיבידואלי שנפל כנגד כל נגד.
כדי לחשב את מפל המתח האישי על פני כל נגד, השתמש במשוואת חוק אוהם:
באופן דומה, עבור הנגד ר 2
מהתמונה, אנו יכולים לראות שהמתח על פני R 2 הוא V הַחוּצָה . מתח מוצא זה יכול להינתן כ:
מהמשוואה לעיל, נוכל לחשב את מתח הכניסה V IN .
כדי לחשב את הזרם הכולל במונחים של V הַחוּצָה מתח, השתמש ב-V לעיל הַחוּצָה משוואה.
אז ה-V הַחוּצָה המשוואה תהפוך ל:
כעת שקול מעגל מחלק מתח מרובה המכיל יציאות מרובות על פני הנגדים.
משוואת הפלט תהפוך ל:
כאן, במשוואה לעיל, ה IN איקס הוא מתח המוצא.
ר איקס הוא סכום כל הנגדים המחוברים במעגל.
הערכים האפשריים של ר איקס הם:
אם IN מייצג את מתח האספקה. אז מתחי המוצא האפשריים ניתנים כ:
מהמשוואות לעיל, אנו יכולים להסיק שהמתח שנפל על פני הנגדים המחוברים בסדרה הוא פרופורציונלי לערך או לגודל הנגד. על פי חוק המתח של קירכהוף, המתח שנפל על פני כל הנגדים הנתונים חייב להיות שווה למתח הכניסה של המקור.
אז אתה יכול למצוא את מפל המתח של נגדים באמצעות נוסחת מחלק המתח.
דוגמה למחלק מתח
שקול מעגל מחלק מתח עם שלושה נגדים בסדרה, המייצר שני מתחי מוצא מ-a 240 וולט לְסַפֵּק. ערכי ההתנגדות הם כדלקמן:
- R1 = 10 Ω
- R2 = 20 Ω
- R3 = 30 Ω
ההתנגדות המקבילה של המעגל מחושבת כך:
כעת, שני מתחי המוצא נקבעים באופן הבא:
הזרם במעגל ניתן על ידי:
לכן, נפילות המתח על פני כל נגד הן כדלקמן:
סיכום
מחלק מתח הוא מעגל פסיבי בסיסי המשמש באלקטרוניקה. מעגל זה יכול להפחית את מתח המוצא ביחס למתח הכניסה. אתה יכול להשיג הפחתה זו במתח לאחר חיבור מספר התנגדויות בסדרה. ערך ההתנגדות תלוי בערך נפילת המתח שאתה רוצה להשיג. נגדים אלו ייצרו שבר מתח קבוע שנקבע על ידי יחסי הנגדים.
נגדים הם מרכיבי מעגל חשובים מכיוון שהם יכולים להגביל את המתח של המעגל על פי חוק אוהם. לנגדים בסדרה יש זרם קבוע דרך כל נגד. ניתן לחשב ולשמור על מתח קבוע תוך תכנון מעגלים אלקטרוניים בעזרת נוסחת מחלק מתח.