In elektrischen Schaltungen spielt der Widerstand eine wichtige Rolle, indem er den Strom begrenzt und einen Spannungsabfall erzeugt. Wenn die Widerstände in Reihe geschaltet werden, addieren sich ihre Widerstände und der elektrische Strom fließt abwechselnd durch jeden Widerstand. Diese Verbindung hat ihre eigenen Eigenschaften und erfordert die Berechnung des Spannungsabfalls an jedem Widerstand.
Aus dem ohmschen Gesetz ist bekannt, dass der Spannungsabfall an einem Widerstand proportional zum Strom ist, der durch ihn fließt, und zum Widerstand des Widerstands. Wenn die Widerstände seriell miteinander verbunden sind, ist der Strom in allen Elementen des Stromkreises gleich. Das heißt, der gesamte Strom, der durch den ersten Widerstand fließt, fließt auch durch die nachfolgenden. Infolgedessen wird die Spannung an jedem Widerstand durch seinen eigenen Widerstand und den Strom bestimmt, der durch den gesamten Stromkreis fließt.
Um den Spannungsabfall eines Widerstands in einer seriellen Schaltung zu berechnen, müssen Sie die Gesamtspannung und den Widerstand jedes Widerstands kennen. Wenn man den Gesamtstrom kennt, kann man das ohmsche Gesetz verwenden, um den Spannungsabfall an jedem Widerstand mit einer Formel zu bestimmen: U = I * R, wobei U der Spannungsabfall am Widerstand ist, I der Strom ist, R der Widerstand des Widerstands. Wenn Sie diese Formel abwechselnd auf alle Widerstände in einem Stromkreis anwenden, können Sie den Spannungsabfall an jedem von ihnen berechnen.
Spannungsabfall an Widerständen bei serieller Verbindung
Wenn die Widerstände in einer elektrischen Schaltung, die in die Schaltung eintritt, in Reihe geschaltet werden, bleibt der Strom in der Schaltung konstant. Gleichzeitig ist die Spannung an jedem Widerstand in dieser seriellen Verbindung unterschiedlich. Dies liegt daran, dass die Spannung am Widerstand nach dem ohmschen Gesetz proportional zum Widerstand dieses Widerstands ist.
Sie können die Formel verwenden, um den Spannungsabfall an Widerständen in einer seriellen Verbindung genauer zu berechnen:
wo ist Ui - spannung am i-ten Widerstand,
Ri - widerstand des i-ten Widerstands.
Um den Spannungsabfall in einem Stromkreis mit mehreren Widerständen vollständig zu berechnen, müssen Sie die Spannungen an jedem von ihnen addieren. Für einen Stromkreis mit N Widerständen würde dies wie folgt aussehen:
| Widerstand | Widerstand, Ri | Spannung, Ui |
|---|---|---|
| 1 | R1 | U1 = Ich * R1 |
| 2 | R2 | U2 = Ich * R2 |
| . | . | . |
| N | RN | UN = Ich * RN |
| Vsego: | R1 + FuE2 + . + FuEN | U1 + In2 + . + InN |
Daher hängt der Spannungsabfall an den Widerständen in der seriellen Verbindung von ihrem Widerstand und dem Strom in der Schaltung ab.
Behandlungsprinzipien
Der Spannungsabfall an den Widerständen bei einer seriellen Verbindung kann auf der Grundlage des Ohmschen Gesetzes erklärt werden. Nach diesem Gesetz ist die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten in einem elektrischen Stromkreis direkt proportional zum Strom, der durch den Stromkreis fließt. Wenn also mehrere Widerstände in der Schaltung vorhanden sind, entspricht der Gesamtspannungsabfall der Summe der Spannungsabfälle an jedem Widerstand.
Wenn die Widerstände seriell verbunden sind, bleibt der Strom im Stromkreis konstant. Mit der Formel zur Berechnung des Spannungsabfalls (U = I * R), wobei U der Spannungsabfall ist, I der Strom ist, R der Widerstand des Widerstands ist, können Sie den Spannungsabfall an jedem Widerstand in der seriellen Verbindung bestimmen. In diesem Fall entspricht die Summe der Spannungsabfälle an allen Widerständen dem Gesamtspannungsabfall in der Schaltung.
Berechnung
Um den Spannungsabfall an in Reihe geschalteten Widerständen zu berechnen, müssen Sie die Widerstandswerte jedes Widerstands und die Größe des durch den Stromkreis strömenden Stroms kennen. Der Wert des Stroms kann von der Stromversorgung bekannt sein oder unter Verwendung des Ohmschen Gesetzes berechnet werden.
Um zu beginnen, finden wir den Gesamtwiderstand der Schaltung, indem wir die Widerstände aller Widerstände zusammenklappen:
Dann können wir mit dem ohmschen Gesetz den Spannungsabfall am Widerstand (U) berechnenSchnitt) mit der folgenden Formel:
wobei RSchnitt - widerstand des Widerstands, I ist der Strom, der durch den Stromkreis fließt.
Für jeden Widerstand können Sie eine solche Berechnung durchführen und die Spannungsabfallwerte für jeden von ihnen erhalten.
Es ist wichtig sich daran zu erinnern, dass die Summe der Spannungsabfälle an jedem Widerstand im Stromkreis der Spannung der Stromversorgung entspricht:
Somit ist es möglich, den Spannungsabfall der Widerstände bei ihrer seriellen Verbindung unter Verwendung der Widerstandswerte und des Stroms zu berechnen, der durch den Stromkreis fließt.
Auswirkungen von Widerständen
Wenn die Widerstände seriell miteinander verbunden sind, tritt ein Spannungsabfall in der Schaltung auf, der von ihren Widerständen abhängt. Wenn Widerstände mit unterschiedlichen Widerständen in der Schaltung vorhanden sind, wird der Spannungsabfall an jedem von ihnen unterschiedlich sein.
Der Spannungsabfall am Widerstand kann mit dem ohmschen Gesetz berechnet werden. Das ohmsche Gesetz besagt, dass der Spannungsabfall an einem Widerstand direkt proportional zur Stromstärke ist, die durch ihn fließt, und zu seinem Widerstand. Die Formel zur Berechnung des Spannungsabfalls an einem Widerstand lautet wie folgt:
wobei U der Spannungsabfall am Widerstand ist, I die Stromstärke ist, R der Widerstand des Widerstands.
Je größer also der Widerstand des Widerstands ist, desto größer ist der Spannungsabfall bei einem gegebenen Strom.
Wenn mehrere in Reihe geschaltete Widerstände in einem Stromkreis vorhanden sind, entspricht der gesamte Spannungsabfall an ihnen der Summe der Spannungsabfälle an jedem Widerstand:
Wenn die Widerstände parallel geschaltet sind, ist der Spannungsabfall an ihnen gleich und die Stromstärke, die durch jeden Widerstand fließt, ist unterschiedlich.
Bei einer seriellen Verbindung von Widerständen hängt der Spannungsabfall also von ihren Widerständen ab und bei einer parallelen Verbindung von der Stromstärke.
Energieverluste
Wenn Strom durch die Widerstände in der Schaltung fließt, entstehen Energieverluste in Form von Wärme. Dies liegt daran, dass elektrischer Strom durch die Widerstände fließt und mit ihrem inneren Widerstand interagiert, wodurch Wärme erzeugt wird.
Die an einem Widerstand verlorene Energie kann mit dem Joule-Lenz-Gesetz berechnet werden, das besagt, dass die Leistung des Wärmeverlustes am Widerstand proportional zum Quadrat des durch ihn strömenden Stroms und seinem Widerstand ist:
Wobei P die Verlustleistung der Wärme ist, I der Strom, der durch die Widerstände fließt, R der Widerstand des Widerstands.
Diese Energieverluste in Form von Wärme sind unerwünscht, da sie zu unproduktiven Energiekosten führen. Daher ist es bei der Gestaltung einer elektrischen Schaltung notwendig, den Energieverlust zu berücksichtigen und zu minimieren, indem die Widerstände mit den niedrigsten Widerstandswerten ausgewählt und der Strom effektiv verteilt werden.
Gebrauch
Die Anwendung des Wissens über Spannungsabfall an Widerständen kann in folgenden Bereichen gefunden werden:
- Elektronik: Widerstände sind die Hauptelemente vieler elektrischer Schaltungen, einschließlich Verstärker, Filter, Stromversorgungen und mehr. Die Erkenntnis von Widerstandsschaltungen ermöglicht es Ingenieuren, elektronische Geräte effizient zu entwerfen und zu analysieren.
- Elektrische Energie: Spannungsabfall an Widerständen ist bei der Berechnung und Analyse von elektrischen Netzen und Systemen wichtig. Wenn Sie den Spannungsabfall kennen, können Sie die Energieverteilung und die Systemeffizienz optimieren.
- Telekommunikation: In Kommunikationsnetzen werden Widerstände verwendet, um Signale zu überwachen und zu begrenzen, die Signalqualität zu verbessern und vor Störungen zu schützen. Die korrekte Spannungsverteilung an den Widerständen sorgt für eine zuverlässige Datenübertragung.
- Automatisierung und Robotik: In automatischen Systemen und Robotik werden Widerstände zur Überwachung und Regulierung elektrischer Signale verwendet. Die Berechnung und das Verständnis des Spannungsabfalls an Widerständen ist wichtig, um sicherzustellen, dass die Geräte ordnungsgemäß funktionieren.
Im Allgemeinen ist es für Ingenieure, Elektriker und Elektroniker wichtig, den Spannungsabfall an Widerständen zu verstehen und zu berechnen, wenn sie elektrische Schaltungen und Systeme entwerfen, analysieren und betreiben.
