Back to the topics list

obwody

Zrozumienie obwodów w fizyce

W fizyce obwód reprezentuje ścieżkę przepływu prądu elektrycznego. Podstawowa znajomość obwodów jest niezbędna do zrozumienia działania różnych urządzeń elektronicznych. Ta lekcja wprowadzi Cię w podstawy obwodów, w tym ich elementy i sposób ich działania.

Co to jest obwód elektryczny?

Obwód elektryczny to zamknięta pętla wykonana z materiału przewodzącego, wzdłuż której może przepływać prąd elektryczny. Celem obwodu jest przesyłanie energii elektrycznej z jednego punktu do drugiego. Aby obwód mógł działać, musi mieć źródło energii elektrycznej (takie jak bateria), przewodniki (takie jak przewody) i obciążenie (urządzenie elektryczne, takie jak żarówka lub silnik), które zużywa energię elektryczną.

Rodzaje obwodów

Istnieją dwa podstawowe typy obwodów:

• Obwody szeregowe: W obwodzie szeregowym komponenty są połączone od końca do końca, tworząc jedną ścieżkę przepływu prądu. Jeżeli jeden element przestanie działać lub zostanie usunięty, obwód ulegnie przerwaniu i prąd przestanie płynąć przez cały obwód.
• Obwody równoległe: W obwodzie równoległym elementy są połączone obok siebie, tworząc gałęzie. Każdy komponent ma własną bezpośrednią ścieżkę zarówno do źródła zasilania, jak i ścieżki powrotnej. Oznacza to, że jeśli jeden element ulegnie awarii, prąd może nadal przepływać przez pozostałe gałęzie.

Ważne pojęcia w obwodach

Kilka kluczowych zasad pomaga nam zrozumieć, jak działają obwody:

• Napięcie (V): Mierzone w woltach (V), napięcie to siła elektryczna, która napędza prąd przez obwód. Można to traktować jako ciśnienie elektryczne, które przepycha elektrony przez przewodniki.
• Prąd (I): Prąd mierzony w amperach (A) to rzeczywisty przepływ ładunku elektrycznego przez przewodniki. Jest to prędkość, z jaką ładunek przemieszcza się przez punkt obwodu.
• Rezystancja (R): Mierzona w omach ( \( \Omega \) ), rezystancja jest właściwością materiału polegającą na przeciwstawianiu się przepływowi prądu. Określa, ile prądu popłynie przy danym napięciu.

Związek między napięciem, prądem i rezystancją definiuje prawo Ohma , wyrażone jako: \( V = I \times R \)

Budowa prostego obwodu

Prosty obwód można zbudować przy użyciu akumulatora, małej żarówki (jako obciążenia) i kilku przewodów przewodzących. Podłącz jeden koniec przewodu do dodatniego bieguna akumulatora, a drugi koniec do żarówki. Następnie podłącz kolejny przewód od drugiego zacisku żarówki z powrotem do ujemnego bieguna akumulatora. Jeśli wszystko zostanie prawidłowo podłączone, obwód zostanie zamknięty, a żarówka zaświeci się, sygnalizując przepływ prądu.

Zrozumienie schematów obwodów

Schematy obwodów to schematyczne przedstawienia obwodów, w których symbole reprezentują różne komponenty. Diagramy te pozwalają w prosty sposób zwizualizować sposób podłączenia obwodu. Oto kilka typowych symboli używanych na schematach obwodów:

• Bateria: reprezentowana przez serię długich i krótkich równoległych linii. Długa linia oznacza zacisk dodatni, a krótka linia oznacza zacisk ujemny.
• Rezystor: Pokazano jako linię zygzakowatą. Rezystory ograniczają przepływ prądu i służą do kontrolowania napięcia i prądu w obwodzie.
• Żarówka: Ilustrowana przez okrąg z krzyżem w środku. Reprezentuje urządzenie wykorzystujące energię elektryczną do wytwarzania światła.
• Przełącznik: Przedstawiany jako przerwa w linii z kropką na jednym końcu i przegubową linią na drugim, wskazującą, że obwód można otworzyć lub zamknąć.

Ucząc się tych symboli, możesz czytać i rozumieć schematy obwodów, co ułatwia budowanie lub analizowanie obwodów.

Przykłady obwodów szeregowych i równoległych

W obwodzie szeregowym elementy są łączone jeden po drugim. Na przykład, jeśli połączysz szeregowo dwie żarówki z akumulatorem, przez obie żarówki będzie przepływał ten sam prąd. Jeśli jedna żarówka się przepali, druga również zgaśnie, ponieważ obwód jest uszkodzony.

W obwodzie równoległym elementy są połączone w równoległe gałęzie. Jeśli połączysz dwie żarówki równolegle z akumulatorem, każda żarówka ma własną, bezpośrednią ścieżkę do akumulatora. Oznacza to, że mogą działać niezależnie. Jeśli jedna żarówka się przepali, druga będzie nadal świecić, ponieważ obwód dla tej ścieżki pozostanie kompletny.

Wpływ napięcia i rezystancji

Napięcie dostarczane przez źródło i rezystancja w obwodzie wspólnie określają przepływ prądu. Zmieniając napięcie lub rezystancję, można kontrolować prąd. Na przykład zwiększenie napięcia spowoduje wzrost prądu, jeśli rezystancja pozostanie taka sama. I odwrotnie, zwiększenie rezystancji zmniejszy prąd, jeśli napięcie pozostanie takie samo.

Pomiar właściwości obwodu

Do pomiaru napięcia, prądu i rezystancji w obwodzie używamy urządzeń zwanych multimetrami . Multimetr można ustawić tak, aby mierzył różne właściwości:

• Aby zmierzyć napięcie, podłącz multimetr do dwóch punktów, w których chcesz zmierzyć różnicę potencjałów.
• Aby zmierzyć prąd, multimetr musi być podłączony szeregowo z elementem lub ścieżką, w której prąd ma być mierzony.
• Aby zmierzyć rezystancję, upewnij się, że obwód nie jest zasilany, a następnie podłącz multimetr do elementu, aby zmierzyć jego rezystancję.

Wniosek

Zrozumienie obwodów ma fundamentalne znaczenie w fizyce i jest niezbędne dla każdego, kto interesuje się elektroniką i elektrotechniką. Opanowując podstawy obwodów, w tym komponenty, typy obwodów i sposób ich działania, jesteś na dobrej drodze do odkrywania bardziej złożonych systemów elektronicznych i innowacji. Pamiętaj, że praktyka w budowaniu i analizowaniu obwodów poprawia zrozumienie i rozwój umiejętności w tej fascynującej dziedzinie fizyki.