Elektriese stroombane: Series en parallelle netwerke (Graad 11)
You are here: Home » Content » Elektriese stroombane: Series en parallelle netwerke (Graad 11)
Based on: Electric Circuits: Parallel and series networks (Grade 11) by Free High School Science Texts Project Series en parallelle netwerke van weerstandeNou dat jy weet hoe om eenvoudige series- en parallelle stroombane te hanteer, is jy gereed om sulke tipe probleme aan te pak:Figuur 1: 'n Voorbeeld van 'n series-parallelle netwerk. Die gestippelde boksies dui parallelle dele van die stroombaan aan.Dit is relatief maklik om hierdie tipe stroombane op te los, omdat jy bloot alles wat jy reeds oor series- en parallelle stroombane geleer het gebruik. Die enigste verskil is dat jy dit in fases doen. In figuur 1 bestaan die stroombaan uit twee parallelle dele wat in series is met een weerstand. Om nou die ekwivalente weerstand te bereken begin jy deur die totale weerstand van die parallelle dele te bereken en dan al die weerstand-waardes in series te sommeer. Indien alle weerstande in figuur 1 weerstand-waardes van 10 ΩΩ het, kan ons die gelyke weerstand van die hele baan soos volg bereken.Ons begin deur die totale weerstand van Parallelle-baan 1 te bereken.
Die waarde van Rp1Rp1 is:
(1)Op 'n soortgelyke wyse kan ons die weerstand van Parallelle-baan 2 bereken:
Ons het nou die probleem vereenvoudig tot 'n maklike series stroombaan en die gelykwaardige weerstand is:
(3)Die gelyke weerstand van die stroombaan in figuur 1 is 7,66ΩΩ.Series en parallelle netwerkeBepaal die ekwivalente weerstand van die volgende stroombane:
Wheatstone-brug'n Ander metode om onbekende weerstand-waardes te bepaal is om 'n Wheatstone-brug te gebruik. 'n Wheatstone-brug is 'n meetinstrument wat gebruik word om 'n onbekende elektriese-weerstand te meet deur twee bene van 'n brug-stroombaan te balanseer, waarvan een been die onbekende weerstand bevat. Sy werkswyse is soortgelyk aan die oorspronklike potensiometers (voltmeters), behalwe dat 'n sensitiewe galvanometer in potensiometer-bane gebruik word.Opmerking: Interessante Feit: Die Wheatstone-brug is deur Samuel Hunter Christie in 1833 uitgevind en verbeter en gewild gemaak deur Sir Charles Wheatstone in 1843.
In die stroombaan van die Wheatstone-brug is RxRx die onbekende weerstand. R1R1, R2R2 en R3R3 is weerstande van bekende weerstand en die weerstand van R2R2 is verstelbaar. Indien die verhouding van R2R2:R1R1 gelyk is aan die verhouding van RxRx:R3R3, dan is die potensiaalverskil tussen die twee middelpunte nul en geen stroom sal tussen die middelpunte vloei nie. Ten einde die onbekende weerstand te bepaal, word R2R2 verander totdat hierdie voorwaarde bereik word. Dít is wanneer die voltmeter 0 V toon.Exercise 1: Wheatstone-brug
Wat is die weerstand van die onbekende weerstand RxRx in die onderstaande diagram indien R1R1=4 ΩΩ, R2R2=8 ΩΩ en R3R3=6 ΩΩ. Figuur 8
SolutionStap 1. Bepaal hoe om die probleem te benader: Die opstelling is 'n Wheatstone-brug. Daarom gebruik ons die vergelyking:
Stap 2. Los die probleem op: R
Stap 3. Skryf die finale antwoord neer: Die weerstand van die onbekende weerstand is 12ΩΩ.
Drywing in elektriese stroombaneBo en hehalwe spanning en stroom, is daar nog 'n maatstaf van vrye elektron aktiwiteit in 'n stroombaan: drywing. Drywing is 'n maatstaf van hoe vinnig 'n standaard hoeveelheid werk verrig is. In ander woorde, drywing is die tempo waarteen arbeid of werk verrig word. In elektriese stroombane is drywing 'n funksie van beide spanning én stroom:Definition 1: Elektriese Drywing Elektriese drywing word bereken deur:
Drywing (PP) is presies gelyk aan stroom (II) vermenigvuldig met spanning (VV) en daar is geen ekstra konstante van eweredigheid nodig nie. Die eenheid waarin ons drywing meet is Watt (afgekort W).Opmerking: Interessante Feit : Dit was James Prescott Joule, en nie Georg Simon Ohm nie, wat eerste die wetenskaplike verhouding tussen verkwiste drywing en die stroom deur 'n weerstand ontdek het. Hierdie ontdekking, wat in 1841 gepubliseer is, het tot die volgende vergelyking gelei:
en staan korrek bekend as Joule se wet. Hierdie drywingsformules word egter so dikwels saam met Ohm se wet vergelykings geassosieer dat dit baie keer verkeerdelik aan Ohm toegeskryf word. Ondersoek: Gelykwaardigheid Gebruik Ohm se wet om te wys dat:
(8)identies is aan
OpsommingOhm se wet bepaal dat die hoeveelheid stroom deur 'n geleier, teen 'n konstante temperatuur, eweredig is aan die spanning oor die weerstand. Wiskundig skryf ons V=I•RV=I•R Geleiers wat Ohm se wet gehoorsaam word ohmiese geleiers genoem en daardie wat dit nie eerbiedig nie, nie-ohmiese geleiers.
Ons gebruik Ohm se wet om die weerstandswaarde van 'n weerstand te bereken. R=VIR=VI Die ekwivalente weerstand van weerstande wat in serie geskakel is (RsRs) kan as volg bereken word: Rs=R1+R2+R3+...+RnRs=R1+R2+R3+...+Rn Die ekwivalente weerstand van weerstande in parallel (RpRp) kan as volg bereken word: 1Rp=1R1+1R2+1R3+...+1Rn1Rp=1R1+1R2+1R3+...+1Rn Regte batterye het 'n interne weerstand.
Wheatstone-brûe kan gebruik word om die akkurate weerstandswaarde van 'n onbekende weerstand te bereken. Einde van die hoofstuk oefeningeBereken die stroom in die volgende stroombaan en gebruik dan die stroom om die spanningsvalle oor elke weerstand te bepaal.
Figuur 9 Verduidelik hoekom 'n voltmeter in parallel met 'n weerstand geskakel word. Verduidelik hoekom 'n ammeter (stroommeter) in series met 'n weerstand geskakel word. [IEB 2001/11 HG1] - EmfVerduidelik die betekenis van hierdie twee stellings:
"Die stroom deur die battery is 50mA."
"Die emk van die battery is 6 V."
Wanneer 'n battery gekoppel word aan 'n weerstand van 100 ΩΩ meet 'n battery-toetser die stroom verskaf. Indien die stroom minder as 50 mA is, dan is die battery "pap" (dit moet vervang word). Bereken die maksimum interne weerstand van 'n 6V battery wat die toets sal slaag.
[IEB 2005/11 HG] Die elektriese-stroombaan van 'n flitslig bestaan uit 'n sel, 'n skakelaar en 'n gloeilampie, soos getoon in hierdie diagram.
Die elektriese flits is ontwerp om 'n D-tipe sel te gebruik, maar die enigste wat beskikbaar is, is 'n AA-tipe sel. Die spesifikasies van hierdie twee tipe selle word in hierdie tabel weergegee:
Tabel 1SelemkToestel waarvoor dit ontwerp isStroom getrek van een sel wanneer dit gekoppel is aan ontwerpstoestelD1,5 VFlitslig300 mAAA1,5 VTV afstandbeheer30 mA
Wat is geneig om te gebeur en waarom gebeur dit wanneer die AA-tipe sel die D-tipe sel vervang in die elektriese flits?
Tabel 2 Wat gebeurHoekom dit gebeur(a)die lamp is dowwerdie AA-tipe sel het 'n groter interne weerstand(b)die lamp is dowwerdie AA-tipe sel het minder interne weerstand(c)die helderheid van die lamp is dieselfdedie AA-tipe sel het dieselfde interne weerstand(d)die lamp is meer helderdie AA-tipe sel het minder interne weerstand [IEB 2005/11 HG1]
'n Battery met emk εε en interne weerstand r = 25 ΩΩ word verbind aan hierdie opstelling van weerstande. Figuur 11
Die weerstande van voltmeters V11 en V22 is so hoog dat hulle nie die stroom in die stroombaan beïnvloed nie.
Verduidelik wat bedoel word met "die emk van 'n battery".
Die drywing wat in die 100 ΩΩ weerstand verkwis word is 0,81 W.
Bereken die stroom in die 100 ΩΩ weerstand.
Bereken die lesing op die voltmeter V22.
Bereken die lesing op die voltmeter V11.
Bereken die emk van die battery.
[SC 2003/11] 'n Ketel is gemerk 240 V; 1 500 W.
Bereken die weerstand van die ketel wanneer dit volgens die gegewe spesifikasies bedryf word.
Indien die ketel drie minute vat om 'n bietjie water te kook, bereken die hoeveelheid elektriese energie wat na die ketel oorgedra is. [IEB 2001/11 HG1] - Electric Eels
Elektriese palings het 'n reeks selle van kop tot stert. Wanneer die selle deur 'n senuimpuls geaktiveer word, word 'n potensiaalverskil van kop tot stert geskep. 'n Gesonde elektriese paling kan 'n potensiaaverskil van 600 V lewer.
Wat word bedoel met "'n potensiaalverskil van 600 V?"
Hoeveel energie word oorgedra wanneer 'n elektron deur 'n potensiaalverskil van 600 V beweeg word?
This work is licensed by Free High School Science Texts Project under a Creative Commons Attribution License (CC-BY 3.0), and is an Open Educational Resource. Last edited by Free High School Science Texts Project on Jul 30, 2011 9:09 am -0500. Add to a lens