Primer vprašanj za razpravo o enosmernem toku
Enosmerni tok (DC) je znan pojav v inženirstvu in fiziki. Enosmerni tok je tok elektronov v eno smer skozi prevodnik, običajno od pozitivnega do negativnega pola v tokokrogu. V tem članku bomo raziskali več primerov problemov in njihovo razpravo, povezanih z enosmernim tokom, da bi izboljšali naše razumevanje te teme.
1. Serijsko vezje
Vprašanje 1:
Glede na zaporedno vezje, sestavljeno iz treh uporov, vsak z vrednostmi 4 Ω, 6 Ω in 10 Ω, priključenih na vir napetosti 20 V. Izračunajte tok, ki teče skozi vezje.
Razprava:
Najprej moramo izračunati skupni upor v zaporednem vezju. V zaporednem vezju je skupni upor (R_total) vsota vsakega posameznega upora.
\[ R_{\text{skupaj}} = R_1 + R_2 + R_3 \]
\[ R_{\text{skupaj}} = 4Ω + 6Ω + 10Ω = 20Ω \]
Nato za izračun toka uporabimo Ohmov zakon. Ohmov zakon pravi, da je \( V = I \krat R \). Tok (I) lahko torej izračunamo z:
\[ I = \frac{V}{R_{\text{skupaj}}} \]
\[ I = \frac{20V}{20Ω} = 1A \]
Torej, tok, ki teče skozi tokokrog, je 1 amper.
2. Vzporedno vezje
Vprašanje 2:
Trije upori z upornostmi 3 Ω, 6 Ω in 12 Ω so vzporedno vezani in priključeni na vir napetosti 12 V. Izračunajte tok, ki teče skozi vsak upor.
Razprava:
Pri vzporednem vezju je napetost (V) na vsakem uporu enaka in enaka napetosti vira. Najprej izračunamo vsak tok z uporabo Ohmovega zakona.
\[ I_1 = \frac{V}{R_1} = \frac{12V}{3Ω} = 4A \]
\[ I_2 = \frac{V}{R_2} = \frac{12V}{6Ω} = 2A \]
\[ I_3 = \frac{V}{R_3} = \frac{12V}{12Ω} = 1A \]
Skozi vsak upor teče tok jakosti 4A, 2A in 1A.
Poleg tega lahko izračunamo skupni tok, ki teče iz vira, z uporabo Kirchoffovega zakona o toku, ki pravi, da je skupni tok, ki vstopa v točko, enak toku, ki jo izstopa:
\[ I_{\text{skupaj}} = I_1 + I_2 + I_3 = 4A + 2A + 1A = 7A \]
3. Kombinacija serijskih in vzporednih vezij
Vprašanje 3:
Štirje upori z vrednostmi 4Ω, 6Ω, 12Ω in 12Ω so razporejeni v kombiniranem vezju, in sicer sta 4Ω in 6Ω razporejena zaporedno, nato je rezultat razporejen vzporedno z 12Ω in nazadnje zaporedno s tretjim 12Ω. Če je vir napetosti 24 V, določite skupni tok, ki teče v vezju.
Razprava:
Prvi korak je izračun upornosti prvega serijskega vezja.
\[ R_{\text{series}} = 4Ω + 6Ω = 10Ω \]
Nato zgornje rezultate združimo z 12Ω v vzporedni vezavi.
\[ \frac{1}{R_{\text{vzporedno}}} = \frac{1}{10Ω} + \frac{1}{12Ω} \]
\[ \frac{1}{R_{\text{vzporedno}}} = \frac{6}{60} + \frac{5}{60} = \frac{11}{60} \]
\[ R_{\text{vzporedno}} = \frac{60}{11}Ω \približno 5.45Ω \]
Sedaj ta rezultat povežemo zaporedno z zadnjimi 12Ω.
\[ R_{\text{skupaj}} = R_{\text{vzporedno}} + 12Ω \]
\[ R_{\text{skupaj}} = 5.45 Ω + 12 Ω = 17.45 Ω \]
Za izračun skupnega toka uporabimo Ohmov zakon:
\[ I_{\text{skupaj}} = \frac{V}{R_{\text{skupaj}}} \]
\[ I_{\text{skupaj}} = \frac{24V}{17.45Ω} \približno 1.38A \]
4. Moč v vezju
Vprašanje 4:
Glede na upor z vrednostjo 5 Ω in tok, ki teče skozenj, 2 A, izračunajte moč, ki jo upor razprši.
Razprava:
Moč (P) lahko izračunamo po formuli:
\[ P = I^2 \krat R \]
\[ P = (2A)^2 \krat 5Ω \]
\[ P = 4 \krat 5 = 20 W \]
Torej, moč, ki jo upor razprši, je 20 vatov.
5. Potencial v točkah vezja
Vprašanje 5:
Vezje je sestavljeno iz dveh uporov z upornostjo 10 Ω in 20 Ω, ki sta zaporedno vezana na vir napetosti 30 V. Izračunajte potencial v točki med uporoma.
Razprava:
Najprej izračunamo tok, ki teče skozi tokokrog.
\[ R_{\text{skupaj}} = 10 Ω + 20 Ω = 30 Ω \]
\[ I = \frac{30V}{30Ω} = 1A \]
Potencial na točki med dvema uporoma lahko izračunamo z izračunom padca napetosti na prvem uporu.
\[ V_{10Ω} = I \krat R_1 = 1A \krat 10Ω = 10V \]
Torej je potencial na točki med uporoma \( 30 V – 10 V = 20 V \).
Zaključek
V tem članku je obravnavanih več primerov problemov in njihovih rešitev, povezanih z električnimi tokokrogi enosmernega toka. Sem spadajo serijska, vzporedna in kombinirana vezja ter izračun moči in napetosti na različnih točkah. Dobro razumevanje teh osnovnih konceptov je bistvenega pomena za vse, ki študira elektriko in elektroniko. Redna vaja z različnimi vrstami problemov bo zelo pomagala pri obvladovanju te snovi.
