Arus dan tegangan dengan kabel paralel, seri dan campuran

Sirkuit listrik nyata paling sering tidak termasuk satu kabel, tetapi beberapa kabel yang terhubung satu sama lain. Dalam bentuknya yang paling sederhana sirkuit listrik hanya ada "input" dan "output", yaitu dua output untuk menghubungkan ke kabel lain di mana muatan (arus) memiliki kemampuan untuk mengalir ke sirkuit dan meninggalkan sirkuit. Pada arus stabil di sirkuit, nilai arus input dan output akan sama.

Jika Anda melihat sirkuit listrik yang mencakup beberapa kabel berbeda, dan mempertimbangkan sepasang titik (input dan output) di atasnya, maka pada prinsipnya rangkaian lainnya dapat dianggap sebagai resistor tunggal (dalam hal resistansi ekuivalennya ).

Dengan pendekatan ini, mereka mengatakan bahwa jika arus I adalah arus dalam rangkaian, dan tegangan U adalah tegangan terminal, yaitu perbedaan potensial listrik antara titik "input" dan "output", maka rasionya U / I dapat dianggap sebagai nilai resistansi ekivalen rangkaian R seluruhnya.

Jika Hukum Ohm puas, resistansi setara dapat dihitung dengan cukup mudah.

Arus dan tegangan dengan koneksi seri kabel

Dalam kasus yang paling sederhana, ketika dua atau lebih konduktor dihubungkan bersama dalam rangkaian seri, arus di setiap konduktor akan sama, dan tegangan antara "output" dan "input", yaitu di terminal terminal seluruh rangkaian, akan sama dengan jumlah dari tegangan pada resistor yang membentuk rangkaian. Dan karena hukum Ohm berlaku untuk masing-masing resistor, kita dapat menulis:

Jadi, pola-pola berikut adalah ciri khas dari sambungan serial kabel:

• Untuk menemukan resistansi total rangkaian, resistansi kabel yang membentuk rangkaian ditambahkan;

• Arus yang melalui rangkaian sama dengan arus yang melalui masing-masing kabel yang membentuk rangkaian;

• Tegangan di terminal sirkuit sama dengan jumlah tegangan di masing-masing kabel yang membentuk sirkuit.

Arus dan tegangan dengan koneksi paralel kabel

Ketika beberapa kabel dihubungkan secara paralel satu sama lain, tegangan pada terminal sirkuit semacam itu adalah tegangan masing-masing kabel yang membentuk sirkuit.

Tegangan semua kabel sama satu sama lain dan sama dengan tegangan yang diberikan (U). Arus melalui seluruh sirkuit - pada "input" dan "output" - sama dengan jumlah arus di masing-masing cabang sirkuit, digabungkan secara paralel dan membentuk sirkuit ini. Mengetahui bahwa I = U / R, kita mendapatkan bahwa:

Jadi, pola-pola berikut adalah karakteristik dari koneksi paralel kabel:

• Untuk menemukan resistansi total rangkaian, tambahkan kebalikan dari resistansi kabel yang membentuk rangkaian;

• Arus yang melalui rangkaian sama dengan jumlah arus yang melalui masing-masing kabel yang membentuk rangkaian;

• Tegangan di terminal sirkuit sama dengan tegangan di masing-masing kabel yang membentuk sirkuit.

Sirkuit ekivalen dari sirkuit sederhana dan kompleks (gabungan).

Dalam kebanyakan kasus, diagram kelistrikan yang mewakili koneksi gabungan kabel memungkinkan penyederhanaan langkah demi langkah.

Sekelompok bagian rangkaian yang terhubung seri dan paralel diganti dengan resistansi setara sesuai dengan prinsip di atas, langkah demi langkah menghitung resistansi setara dari potongan-potongan tersebut, kemudian membawanya ke satu nilai setara dari resistansi seluruh rangkaian.

Dan jika pada awalnya sirkuit tampak cukup membingungkan, maka, disederhanakan langkah demi langkah, dapat dipecah menjadi sirkuit yang lebih kecil dari kabel yang terhubung seri dan paralel, dan pada akhirnya sangat disederhanakan.

Padahal, tidak semua skema bisa disederhanakan sedemikian sederhana. Sirkuit kabel "jembatan" yang tampaknya sederhana tidak dapat diselidiki dengan cara ini. Beberapa aturan harus diterapkan di sini:

• Untuk setiap resistor, hukum Ohm dipenuhi;

• Pada setiap simpul, yaitu, pada titik konvergensi dua arus atau lebih, jumlah aljabar arus adalah nol: jumlah arus yang mengalir ke simpul sama dengan jumlah arus yang mengalir keluar dari simpul (Aturan pertama Kirchhoff);

• Jumlah tegangan pada bagian sirkuit saat melewati setiap jalur dari «input» ke «output» sama dengan tegangan yang diterapkan ke sirkuit (hukum kedua Kirchhoff).

Kabel jembatan

Untuk mempertimbangkan contoh penggunaan aturan di atas, kami menghitung rangkaian yang dirangkai dari kabel yang digabungkan dalam rangkaian jembatan. Agar perhitungannya tidak terlalu rumit, kami akan mengasumsikan bahwa beberapa hambatan kawat sama satu sama lain.

Mari kita tunjukkan arah arus I, I1, I2, I3 dalam perjalanan dari "input" ke sirkuit - ke "output" sirkuit. Dapat dilihat bahwa rangkaiannya simetris, sehingga arus yang melalui resistor yang sama adalah sama, jadi kami akan menunjukkannya dengan simbol yang sama. Nyatanya, jika Anda mengubah «input» dan «output» sirkuit, maka sirkuit tersebut tidak dapat dibedakan dari aslinya.

Untuk setiap simpul Anda dapat menulis persamaan arus, berdasarkan fakta bahwa jumlah arus yang mengalir ke simpul sama dengan jumlah arus yang mengalir keluar dari simpul (hukum kekekalan muatan listrik), Anda mendapatkan dua persamaan:

Langkah selanjutnya adalah menuliskan persamaan untuk jumlah tegangan untuk masing-masing bagian rangkaian saat Anda mengelilingi rangkaian dari input ke output dengan cara yang berbeda. Karena rangkaiannya simetris dalam contoh ini, dua persamaan sudah cukup:

Dalam proses penyelesaian sistem persamaan linier, diperoleh rumus untuk menemukan besarnya arus I antara terminal "masukan" dan "keluaran", berdasarkan tegangan yang ditentukan U yang diterapkan pada rangkaian dan resistansi kabel :

Dan untuk resistansi ekivalen total rangkaian, berdasarkan fakta bahwa R = U / I, rumusnya sebagai berikut:

Anda bahkan dapat memeriksa kebenaran solusi, misalnya, dengan mengarahkan ke kasus terbatas dan khusus dari nilai resistansi:

Sekarang Anda tahu cara menemukan arus dan tegangan untuk kabel paralel, seri, campuran, dan bahkan menghubungkan dengan menerapkan hukum Ohm dan aturan Kirchhoff. Prinsip-prinsip ini sangat sederhana, dan bahkan rangkaian listrik yang paling rumit dengan bantuannya pada akhirnya direduksi menjadi bentuk dasar melalui beberapa operasi matematika sederhana.