اختلاف پتانسیل الکتریکی

اختلاف ولتاژ بین‌ هر‌دو‌نقطه در یک‌مدار به‌عنوان اختلاف پتانسیل الکتریکی شناخته می‌شود و همین اختلاف پتانسیل است که گردش‌جریان را می‌سازد.

برخلاف‌جریانی که به‌شکل یک بار الکتریکی در‌اطراف یک مدار الکتریکی بسته جریان‌دارد‌، اختلاف پتانسیل حرکت نمی‌کند و جریان آن‌اعمال نمی‌شود.

واحد اختلاف پتانسیل تولید شده بین دو نقطه ولت نامیده می شود.

به‌طور کلی به‌عنوان اختلاف پتانسیل افتاده در‌برابر یک مقاومت ثابت یک‌ اهم با جریان یک آمپر در آن تعریف می‌شود.

به عبارت دیگر ، 1 ولت برابر است با 1 آمپر برابر 1 اهم ، یا معمولاً V = I * R.

قانون اهم اعلام می‌کند که برای یک مدار خطی جریان‌عبوری از آن متناسب با اختلاف پتانسیل موجود در آن است.

بنابراین هرچه اختلاف پتانسیل در هر دو نقطه بیشتر باشد جریان بزرگتر از آن بزرگتر خواهد بود.

به عنوان مثال:

اگر ولتاژ یک طرف مقاومت 10Ω دارای 8 ولت و در‌طرف دیگر مقاومتی با ولتاژ 5 باشد.

اختلاف پتانسیل بین مقاومت 3 ولت (8 تا 5) خواهد بود که باعث جریان 0.3A می شود. .

اگر ولتاژ یک‌طرف از‌8 ولت به 40‌ولت افزایش یابد‌،‌اختلاف پتانسیل مقاومت 40V است‌-‌5V = 35V و جریان 3.5A جریان می‌یابد.

ولتاژ در هر‌نقطه از مدار همیشه با توجه به یک نقطه مشترک‌، به طور کلی 0V اندازه گیری می شود.

برای مدارهای الکتریکی ، پتانسیل زمین یا زمین معمولاً در ولتاژ صفر (0 ولت) در نظر گرفته می شود و همه چیز به آن نقطه مشترک در یک مدار ارجاع می شود.

این از نظر تئوری مشابه اندازه گیری قد است.

ما ارتفاع تپه ها را به روشی مشابه با گفتن اینکه سطح دریا در صفر فوت است اندازه می گیریم و سپس سایر نقاط تپه یا کوه را با آن سطح مقایسه می کنیم.

به‌روشی کاملاً مشابه می‌توان نقطه مشترک را در‌مدار صفر ولت نامید و به آن نام زمین‌،‌صفر ولت یا زمین داد.

سپس سایر نقاط ولتاژ موجود در مدار با آن نقطه زمین مقایسه یا ارجاع می شوند.

استفاده از یک نقطه مشترک یا نقطه مرجع در نقشه‌های شماتیک الکتریکی باعث می‌شود مدار به صورت ساده‌تری ترسیم شود.

زیرا درک می شود که تمام اتصالات به این نقطه پتانسیل یکسانی دارند.

اختلاف پتانسیل

از آنجا که واحدهای اندازه گیری اختلاف پتانسیل ولت هستند ، اختلاف پتانسیل را ولتاژ می نامند.

ولتاژهای فردی متصل به سری را می‌توان با هم جمع کرد تا مجموع “ولتاژ کل” مدار را به ما بدهد.

همانطور که در مقاومت ها در مجموعه آموزش دیده می شود.

ولتاژهای موجود در اجزایی که به طور موازی به هم متصل می شوند ، همیشه از همان مقداری برخوردار خواهند بود که به عنوان مثال در مقاومتهای آموزشی موازی دیده می شوند.

برای ولتاژهای متصل سری:

برای ولتاژهای متصل موازی:

مثال شماره 1 اختلاف پتانسیل

با استفاده از قانون اهم می توان جریان عبوری از طریق مقاومت را به صورت زیر محاسبه کرد:

جریان‌عبوری از یک‌مقاومت 100Ω را محاسبه‌کنید که یکی از ترمینال‌های آن به 50 ولت و پایانه دیگر به 30‌ولت متصل‌باشد.

ولتاژ در ترمینال A برابر با 50v و ولتاژ در ترمینال B برابر 30v است.

بنابراین ولتاژ روی مقاومت به صورت زیر داده می شود:

V_A = 50v, V_B = 30v
V_A – V_B = 50 – 30 = 20v

ولتاژ روی مقاومت 20 ولت است ، سپس جریان عبوری از مقاومت به صورت زیر ارائه می شود:

I = V_AB ÷ R = 20V ÷ 100Ω = 200mA

شبکه تقسیم ولتاژ

ما از آموزش های قبلی می دانیم که با اتصال مقاومت ها به یکدیگر در یک اختلاف پتانسیل ، می توان یک مدار تقسیم ولتاژ تولید کرد که نسبت ولتاژهای هر مقاومت را با توجه به ولتاژ تغذیه در کل ترکیب تولید می کند.

این چیزی را تولید می کند که به طور کلی ولتاژ تقسیم کننده شبکه نامیده می شود و شبکه ای است که فقط برای مقاومت های متصل به هم به صورت سری اعمال می شود.

زیرا همانطور که در آموزش مقاومت در موازات مشاهده کردیم ، مقاومت هایی که به طور موازی به هم متصل می شوند ، شبکه ای را ایجاد می کنند که شبکه تقسیم کننده جریان نامیده می شود.

مدار سری زیر را در نظر بگیرید.

بخش ولتاژ

این مدار اصل مدار تقسیم ولتاژ را نشان می دهد که در آن ولتاژ خروجی در هر مقاومت در داخل زنجیره سری قرار می گیرد.

و مقاومت های R1 ، R2 ، R3 و R4 به‌برخی از نقاط مرجع معمول ‌(معمولاً صفر ولت) ارجاع می‌شوند.

بنابراین برای‌هر تعداد مقاومت که به صورت سری به هم متصل‌شده‌اند‌، ولتاژ تغذیه VS را بر مقاومت کل تقسیم می‌کنند‌.

RT گردش جریان یافته از شاخه سری را به صورت زیر می دهد:

I = VS / RT

(قانون اهم). سپس ولتاژ منفرد روی هر مقاومت را می توان به سادگی محاسبه کرد:

V = I * R جایی که R مقدار مقاومت را نشان می دهد.

ولتاژ در هر نقطه ، P1 ، P2 ، P3 و غیره با توجه به مجموع ولتاژهای هر نقطه تا ولتاژ تغذیه ، Vs افزایش می یابد و ما همچنین می توانیم افت ولتاژ منفرد را در هر نقطه بدون محاسبه اولیه جریان مدار توسط با استفاده از فرمول زیر:

فرمول تقسیم ولتاژ

جایی که:

‌V (x) ولتاژی است که می‌توان یافت‌

‌R (x) مقاومت تولید ولتاژ است‌

RT مقاومت سری کل است

و VS ولتاژ منبع تغذیه است.

مثال شماره 2 اختلاف پتانسیل

در مدار بالا ، چهار مقاومت از مقادیر R1 = 10Ω ، R2 = 20Ω ، R3 = 30Ω و R4 = 40Ω از طریق منبع تغذیه 100 ولت متصل می شوند.

با استفاده از فرمول بالا ، افت ولتاژ در نقاط P1 ، P2 ، P3 و P4 و همچنین افت ولتاژ منفرد روی هر مقاومت در داخل زنجیره سری را محاسبه کنید.

ولتاژ در نقاط مختلف به شرح زیر محاسبه می شود:

افت ولتاژ منفرد روی هر مقاومت به صورت زیر محاسبه می شود:

سپس با استفاده از این معادله می توان گفت که ولتاژ افتاده بر روی هر مقاومت در یک مدار سری متناسب با مقدار مقاومت است و ولتاژ کل افتاده روی تمام مقاومت ها باید برابر منبع ولتاژ باشد که در قانون ولتاژ Kirchhoff تعریف شده است.

بنابراین با استفاده از معادله تقسیم ولتاژ‌، برای هر تعداد مقاومت سری افت ولتاژ روی‌هر مقاومت جداگانه را می‌توان یافت.

تاکنون دیدیم که ولتاژ به یک مقاومت یا مدار وارد می‌شود و جریان از مدار و اطراف آن جریان می‌یابد.

اما یک متغیر سوم نیز وجود دارد که می‌توانیم از آن برای مقاومت ها و شبکه‌های مقاومت نیز استفاده کنیم.

نیروگاه ولتاژ و جریان است و واحد اصلی اندازه گیری توان وات است.

در آموزش بعدی درباره مقاومت ها ، ما توان تلف شده (مصرف شده) توسط مقاومت به صورت گرما و کل توان تلف شده توسط یک مدار مقاومتی را بررسی خواهیم کرد ، چه سری باشد ، چه موازی یا ترکیبی از این دو ، ما به سادگی توان تلف شده توسط هر مقاومت را اضافه کنید.