Základní principy zjednodušování obvodů
Složité obvody ve fyzické elektřině na střední škole lze zjednodušit pomocí následujících principů:
☀Za prvé: bez ohledu na odpor vodiče se předpokládá, že vodič R je ≈0. Napětí na vodiči s procházejícím proudem je nulové a napětí na spínači lze měřit, když je rozpojený (žádné jiné body přerušení v obvodu).
☀Za druhé: Když je spínač sepnutý, je ekvivalentní drátu; když je spínač otevřený, je to ekvivalentní otevřenému obvodu, který lze odstranit ze dvou uzlů obvodu. Když je spínač sepnutý a protéká proud, je napětí na spínači nulové a napětí na spínači lze měřit, když je rozpojený (v obvodu nejsou žádné další body přerušení).
☀Za třetí: Vnitřní odpor ampérmetru je velmi malý. Při analýze způsobu zapojení obvodu lze místo s ampérmetrem považovat za vodič.
☀Za čtvrté: Vnitřní odpor voltmetru je velmi velký. Při analýze způsobu připojení obvodu lze místo s voltmetrem považovat za otevřený obvod a odstranit jej ze dvou uzlů obvodu.
☀Za páté: Zkrat elektrického spotřebiče (odpor): Když jsou elektrický spotřebič (odpor) a vodič (vypínač, ampérmetr) zapojeny paralelně, neprochází elektrickým spotřebičem žádný proud (jak je znázorněno na obrázku níže) a elektrický spotřebič lze vyjmout ze dvou uzlů obvodu ( odstranit).
☀Za šesté: Segment Pa posuvného reostatu je zkratován drátem (kovovou tyčí) a nefunguje. Po odstranění segmentu Pa se obrázek a níže změní na obrázek b.
☀Za sedmé: Analyzujte vztah mezi celkovým proudem, celkovým napětím a děleným proudem a děleným napětím podle zákonů proudu a napětí sériových a paralelních obvodů "sériově dělené napětí, paralelně připojený proud".
☀Osmé: Pokud je ampérmetr zapojen do série s jakýmkoli elektrickým spotřebičem, změřte proud tohoto elektrického spotřebiče, a pokud je voltmetr zapojen paralelně s jakýmkoli elektrickým spotřebičem, změřte napětí tohoto elektrického spotřebiče. Napětí naměřené voltmetrem lze posoudit metodou skluzu a metodou zdroje.
☀Deváté: V zásadě je nutné, aby byl voltmetr zapojen do obvodu paralelně. Při samostatném měření napájecího napětí jej lze přímo připojit na oba konce napájecího zdroje.
Obecně platí, že pokud je voltmetr zapojen v obvodu do série, měřené napětí je napětí na napájecím zdroji (podrobnosti viz poznámky). Pokud je ampérmetr přímo připojen k oběma koncům napájecího zdroje, dojde k jeho spálení a ke zkratování napájecího zdroje, čímž dojde ke spálení napájecího zdroje.
☀Desáté: Pokud na vodiči (mezi uzly) nejsou žádné elektrické spotřebiče (kromě spínačů a ampérmetrů), pak každý bod na vodiči lze považovat za bod, který lze libovolně kombinovat, oddělovat, zvětšovat nebo zmenšovat. (Tato metoda se také nazývá metoda uzlu) Například:
02
Kroky zjednodušení obvodu
☀Krok 1: Odstraňte odpojený spínač podle požadavků tématu a přeměňte sepnutý spínač na drát.
☀Krok 2: Udělejte z ampérmetru drát (lze jej také ponechat).
☀Krok 3: Vyjměte voltmetr.
☀Krok 4: Sloučte (nebo transponujte) uzly na drátu. (Tento krok se používá, když je v okruhu mnoho elektrických spotřebičů a jsou vzájemně propletené)
☀Krok 5: Nakreslete ekvivalentní schéma zapojení, abyste zjistili, zda jsou elektrické spotřebiče zapojeny do série nebo paralelně.
☀Krok 6: Použijte principy 7 a 8 v původním obvodu k posouzení, jaký elektrický proud a napětí měří ampérmetr a voltmetr.
☀Krok 7: Přidejte voltmetr a ampérmetr do ekvivalentního schématu obvodu a analyzujte vztah mezi každým ampérmetrem a reprezentací napětí. (zásada sedm)
03
Vybrané přednášky na klasických příkladech
☀Příklad 1: V následujícím schématu zapojení je po sepnutí spínače S hodnota voltmetru V1 2,5V a hodnota V2 1V. Pokud je čtení A2 0.2A, jaké je čtení A1? Najděte napětí na obou žárovkách.
obrázek
Analýza: Krok 1: Přepněte spínač na drát;
Krok 2: Proměňte ampérmetr na drát;
Třetím krokem je odstranění voltmetru.
Čtvrtý krok (vynechán)
Krok 5: Určete způsob elektrického připojení
obrázek
Je zřejmé, že dvě žárovky jsou zapojeny do série v obvodu.
Krok 6: Podle principu 4 vězte, že voltmetr V2 je odpojený, takže A1 neprotéká žádný proud a údaj je nulový; podle metody skluzu je známo, že V1 je připojen paralelně k napájecímu zdroji a měřte napětí na obou koncích napájecího zdroje. V2 a L2 jsou zapojeny paralelně a měří se napětí na L2.
Krok 7: Ekvivalentní schéma zapojení je následující:
obrázek
Podle ekvivalentního schématu zapojení je vidět, že požadovaný I1=I2=0.2A
U1=2.5V-1V=1.5V U2=1V
obrázek
☀Příklad 2: Jak je znázorněno na obrázku, po sepnutí spínače s je vztah mezi následujícími zobrazeními napětí a vztah mezi zobrazeními proudu ___.
obrázek
Analýza: první krok: přeměňte spínač na drát;
Krok 2: Proměňte ampérmetr na drát;
Třetí krok: vyjměte voltmetr; čtvrtý krok (vynechán);
Krok 5: Určete režim připojení každého elektrického spotřebiče:
obrázek
Krok 6: Předměty měřené ampérmetrem a voltmetrem posuďte podle zásad 7 a 8 a metodou skluzu nebo metodou odstranění zdroje.
① V původním obvodu, pokud je voltmetr odstraněn, lze zjistit, že ampérmetry A1 a A2 jsou zapojeny do série s žárovkou, takže čísla aktuálního zobrazení jsou stejná;
② Pomocí metody skluzu lze usoudit, že V1 měří napětí na obou koncích L1, V2 měří napětí na obou koncích napájecího zdroje a V3 měří napětí na obou koncích L2.
Krok 7: Ekvivalentní schéma zapojení je následující:
obrázek
obrázek
☀Příklad 3: Po sepnutí spínače obvodu jsou hodnoty v1, v2 a v3 8V, 9V a 4V, takže jaké jsou napětí na obou koncích L1, L2 a L3?
obrázek
Požadovaný vztah napětí je: U2=U1 plus U3 I1=I2
Řešení: Podle „Deset principů, sedm kroků“ lze ekvivalentní schéma zapojení obvodu získat následovně:
obrázek
Z ekvivalentního diagramu lze získat následující rovnice:
UL1 plus UL2=8V
UL2 plus UL3=9V
UL3=4V
Řešení: UL1=3v UL2=5v UL3=4V
obrázek
☀Příklad 4: Jak je znázorněno na obrázku, je známo, že dvě žárovky L1 a L2 jsou zapojeny do série, takže správný úsudek mezi třemi ampérmetry (ampérmetr nebo voltmetr) v ①, ② a ③ je ( )
A. ① je ampérmetr, ② a ③ jsou voltmetry;
B. ① a ③ jsou voltmetry a ② je ampérmetr;
C. ① a ② jsou ampérmetry a ③ je voltmetr;
D. ①② a ③ jsou oba ampérmetry
obrázek
Analýza: Na tuto otázku lze odpovědět vylučovací metodou. Doplňte do tabulek odpověď na A
Mezi třemi pozicemi je schéma zapojení podle „deseti principů, sedm kroků“ zjednodušeno na:
obrázek
Evidentně to neodpovídá názvu.
Doplňte do obrázku tabulky odpovědi B, obvod lze zjednodušit jako:
obrázek
Tento způsob vyplňování odpovídá smyslu otázky.
Doplňte do obvodu tabulky odpovědi C, obvod L1 je odpojen a zjednodušené schéma zapojení je stejné jako odpověď A, což nesplňuje význam otázky. Doplňte tabulky odpovědí na D na obrázku, zdroj je zkratovaný, dvěma žárovkami neteče proud, což nesplňuje význam otázky. Vyberte tedy odpověď B.
