Jei dar nesinaudojote elektros fizika, tokie terminai kaipĮtampairstiprintuvaigali atrodyti beveik pakeičiami, atsižvelgiant į tai, kaip jie naudojami. Tačiau iš tikrųjų jie yra labai skirtingi dydžiai, nors juos glaudžiai sieja tai, kaip jie veikia kartu elektros grandinėje, kaip aprašyta Ohmo dėsnyje.
Iš tikrųjų „amperai“ yra elektros srovės matas (kuris matuojamasamperų), o įtampa yra terminas, reiškiantis elektrinį potencialą (matuojamasvoltai), bet nebent sužinojote detalių, suprantama, kad galite abu supainioti.
Norėdami suprasti skirtumą - ir niekada daugiau jų nemaišyti - jums reikia tik pagrindinio pradmenų, ką jie reiškia ir kaip jie susiję su elektros grandine.
Kas yra įtampa?
Įtampa yra dar vienas elektrinio potencialo skirtumo tarp dviejų taškų terminas, kurį galima paprasčiausiai apibrėžti kaip elektros energijos potencialą vienam įkrovos vienetui.
Kaip ir gravitacinis potencialas yra potenciali energija, kurią objektas turi dėl savo padėties a gravitacinis laukas, elektrinis potencialas yra potenciali energija, kurią įkrautas objektas turi dėl savo padėties elektrinis laukas. Įtampa konkrečiai apibūdina tai vienam elektros krūvio vienetui, todėl galima parašyti:
V = \ frac {E_ {el}} {q}
KurVyra įtampa,Eel yra elektrinio potencialo energija irqyra elektros krūvis. Kadangi elektros potencialo energijos vienetas yra džaulis (J), o elektros krūvio vienetas yra kulonas (C), įtampos vienetas yra voltas (V), kur 1 V = 1 J / C, arba žodžiais tariant, viena voltas yra lygus vienam džauliui per kulona.
Tai jums pasakys, kad jei leisite 1 kulonui įkrauti 1 V potencialų skirtumą (t. Y. Įtampą), jis įgyti 1 J energijos, arba atvirkščiai, prireiks vieno džaulio energijos, kad pakeltų krūvio kuloną per potencialų skirtumą 1 V. Įtampa taip pat kartais vadinamaelektromotorinė jėga(EML).
Įtampos skirtumas (arba potencialų skirtumas) tarp dviejų taškų, pavyzdžiui, abiejose elemento pusėse elektros grandinę, galima išmatuoti prijungus voltmetrą lygiagrečiai su jus dominančiu elementu į. Kaip rodo pavadinimas, voltmetras matuoja įtampą tarp dviejų grandinės taškų, tačiau kai naudojate vieną, jis turi būti prijungtaslygiagrečiaikad būtų išvengta įtampos rodmenų trikdymo ar prietaiso pažeidimo.
Kas yra dabartinis?
Elektros srovė, kuri kartais vadinama srovės stiprumu (nes ji turi ampero vienetą), yra elektros krūvio srauto greitis per grandinės tašką. Elektrinį krūvį perneša elektronai - neigiamai įkrautos dalelės, kurios supa atomo branduolį, todėl srovės kiekis tikrai nurodo elektronų srauto greitį. Paprastas matematinis elektros srovės apibrėžimas yra:
I = \ frac {q} {t}
KurAšyra srovė (amperais),qyra elektros krūvis (kulonais) irtyra praėjęs laikas (sekundėmis). Kaip rodo ši lygtis, amperio (A) apibrėžimas yra 1 A = 1 C / s arba 1 kulono per sekundę elektros krūvio srautas. Kalbant apie elektronus, tai yra apie 6,2 × 1018 elektronai (apie šešis milijardus milijardų) teka pro atskaitos tašką per sekundę, kai srovė yra tik 1 A.
Srovė gali būti matuojama elektros grandinėje, nuosekliai sujungiant ampermetrą - tai reiškia pagrindinės srovės kelias - grandinės sekcija, kuria norite išmatuoti srovės kiekį per.
Vandens srautas: analogija
Jei vis dar stengiatės suprasti įtampos skirtumo ir elektros srovės vaidmenis elektros grandinėje turėtų paaiškėti plačiai naudojama elektros ir vandens analogija daiktus. Elektros grandinės įtampai atspindėti galima naudoti du skirtingus scenarijus: vandens vamzdis, einantis nuo kalvos, arba vandens bakas, užpildytas išleidimo snapeliu apačioje.
Vandens vamzdžiui, kurio vienas galas yra kalvos viršuje, o kitas galas - apačioje, turėtų jūsų intuicija sakau, kad vanduo tekėtų pro jį greičiau, jei kalva būtų aukštesnė ir lėtesnė, jei ji būtų žemesnė. Pavyzdžiui, jei vandens rezervuaras būtų užpildytas dviem skirtingo lygio vandens rezervuarais, galite tikėtis labiau pripildytą baką, kad vanduo iš išleidimo angos išeitų greičiau nei tas, kuris pripildytas žemiau lygiu.
Nesvarbu, ar tai potencialas nuo kalvos aukščio (dėl gravitacinio potencialo), ar potencialas kurį sukelia vandens slėgis rezervuare, abu šie pavyzdžiai pateikia pagrindinį faktą apie įtampą skirtumai. Kuo didesnis potencialas, tuo greičiau tekės vanduo (t. Y. Srovė).
Pats vandens srautas yra analogiškas elektros srovei. Jei matavote vandenį, tekantį pro vieną vamzdžio tašką per sekundę, tai panašu į srovės srautą grandinėje, išskyrus tai, kad vanduo vietoje elektrinio krūvio yra elektronų pavidalu. Taigi, jei visa kita yra lygi, aukšta įtampa sukelia didelę srovę ir atvirkščiai. Paskutinė paveikslėlio dalis yra atsparumas, kuris yra analogiškas trinčiai tarp sienų vamzdis ir vanduo arba fizinė kliūtis, įdėta į vamzdį, iš dalies blokuojanti vandenį tekėti.
Panašumai ir skirtumai
\ def \ arraystretch {1.5} \ begin {masyvas} {c: c} \ text {panašumai} & \ text {skirtumai} \\ \ hline \ hline \ text {abu susiję su elektros grandinėmis} ir \ text {skirtingi vienetai, įtampa yra matuojamas voltais, kur 1 V = 1 J / C} \\ & \ text {tuo tarpu srovė matuojama amperais, kur 1 A = 1 C / s} \\ \ hline \ text {Abi turi įtakos tai, kiek energijos išsklaidyta grandinė elementas & & text {srovė yra vienodai paskirstyta visiems komponentams, kai yra nuosekliai} \\ & \ text {o įtampos kritimas komponentuose gali skirtis} \\ \ hline \ text {abu gali būti pakaitomis poliškumas (pvz., kintamasis} ir \ text {Įtampos kritimas yra lygus visiems} \\ \ text {srovė arba kintanti įtampa) arba tiesioginio poliškumo} ir \ text {komponentams, kurie yra prijungti lygiagrečiai, o srovė skiriasi} \\ \ hline \ text {Jie yra tiesiogiai proporcingi vienas kitam pagal Ohmo dėsnį} & \ text {Įtampa sukuria elektrinį lauką, o srovė - magnetinį laukas} \\ \ hline & \ text {Įtampa sukelia srovę, o srovė yra įtampos poveikis} \\ \ hline & \ text {Srovė teka tik tada, kai grandinė baigta, tačiau įtampos skirtumai lieka} \ pabaiga {masyvas}
Kaip parodyta lentelėje, elektros srovė ir įtampa turi daugiau skirtumų nei panašumai, tačiau yra ir tam tikrų panašumų. Didžiausias skirtumas tarp jų yra tai, kad jie apibūdina skirtingus kiekius, taigi supratę kiekvieno iš jų pagrindus, vargu ar juos supainiosite su vienu kitas.
Įtampos ir srovės ryšys
Įtampos skirtumas ir elektros srovė yra tiesiogiai proporcingi vienas kitam pagal Ohmo dėsnį, vieną iš svarbiausių elektros grandinių fizikos lygčių. Lygtis susieja įtampą (t. Y. Potencialo skirtumą, kurį sukuria baterija ar kitas maitinimo šaltinis) grandinės srovei ir atsparumą srovės srautui, kurį sukuria komponentai grandinė.
Ohmo įstatymas sako:
V = IR
KurVyra įtampa,Ašyra elektros srovė irRyra varža (matuojama omais, Ω). Dėl šios priežasties Ohmo dėsnis kartais vadinamas įtampos, srovės ir varžos lygtimi. Jei žinote bet kokius du dydžius šioje lygtyje, galite pertvarkyti lygtį, kad surastumėte kitą kiekis, todėl jis naudingas sprendžiant daugumą elektronikos problemų, su kuriomis susidursite fizikoje klasė.
Verta paminėti, kad Ohmo įstatymas nėravisadagaliojantis, ir kaip toks jis nėra „tikras“ fizikos dėsnis, bet naudingas jų vadinamųjų apytikslisominismedžiagos. Linijinis santykis, kurį jis reiškia tarp srovės ir įtampos, netinka tokiems dalykams kaip kaitinamasis siūlas lemputė, kur dėl temperatūros padidėjimo padidėja atsparumas ir taip paveikiama tiesinė santykiai. Tačiau daugeliu atvejų (ir, be abejo, daugumos fizikos problemų, kurių jums kils dėl įtampos ir elektros srovės), ją galima naudoti be problemų.
Ohmo valdžios įstatymas
Ohmo dėsnis pirmiausia naudojamas susieti įtampą su srove ir varža; tačiau yra įstatymo išplėtimas, leidžiantis naudoti tuos pačius dydžius, kad apskaičiuotumėte elektros energiją, išsklaidytą grandinėje, kur galiaPyra energijos perdavimo greitis vatais (kur 1 W = 1 J / s). Paprasčiausia šios lygties forma yra:
P = IV
Taigi žodžiais tariant, galia lygi srovei, padaugintai iš įtampos. Taigi, tai yra pagrindinė sritis, kurioje įtampos skirtumas ir elektros srovė yra panašūs: jie abu turi tiesiogiai proporcingą ryšį su grandinėje išsklaidyta galia. Jei nežinote srovės, galite naudoti Ohmo dėsnio išdėstymą (I = V / R), kad galėtumėte išreikšti galią:
\ begin {aligned} P & = \ frac {V} {R} × V \\ & = \ frac {V ^ 2} {R} \ end {aligned}
Arba naudodami standartinę Ohmo įstatymo formą galite pakeisti įtampą ir parašyti:
P = I ^ 2R
Pertvarkę šias lygtis, taip pat galite išreikšti įtampą, varžą ar srovę galia ir kitu dydžiu.
Kirchhoffo įtampos ir dabartiniai įstatymai
Kirchhoffo dėsniai yra du kiti svarbiausi dėsniai elektros grandinėms, ir jie yra ypač naudingi, kai analizuojate grandinę su keliais komponentais.
Pirmasis Kirchhoffo įstatymas kartais vadinamas dabartiniu įstatymu, nes jame teigiama, kad bendra srovė įtekanti į sandūrą yra lygi iš jos ištekančiai srovei - iš esmės tas krūvis yra konservuotas.
Antrasis Kirchhoffo dėsnis vadinamas įtampos dėsniu ir jame teigiama, kad bet kuriai uždarai grandinės grandinei visų įtampų suma turi būti lygi nuliui. Pagal įtampos įstatymą akumuliatorių vertinate kaip teigiamą įtampą, o bet kurio komponento kritimą - kaip neigiamą.
Kartu su Ohmo įstatymu šie du įstatymai gali būti naudojami iš esmės išspręsti bet kokią problemą, su kuria gali susidurti elektros grandinės.
Įtampa ir srovė: skaičiavimų pavyzdžiai
Įsivaizduokite, kad turite grandinę, kurioje yra 12 V baterija ir du rezistoriai, sujungti nuosekliai, kurių varža yra 30 Ω ir 15 Ω. Bendras grandinės pasipriešinimas nurodomas šių dviejų varžų suma, taigi 30 Ω + 15 Ω = 45 Ω. Atkreipkite dėmesį, kad kai rezistoriai yra išdėstyti lygiagrečiai, santykis susijęs su abipusiais, tačiau tai nėra svarbu suprasti įtampos skirtumo ir srovės ryšį, todėl šio paprasto pavyzdžio pakaks tikslai.
Kokia elektros srovė teka grandine? Prieš skaitydami, pabandykite patys pritaikyti Ohmo įstatymą.
Ši Ohmo įstatymo forma:
I = \ frac {V} {R}
Leidžia apskaičiuoti:
\ begin {aligned} I & = \ frac {12 \ text {V}} {45 \ text {Ω}} \\ & = 0.27 \ text {A} \ end {aligned}
Dabar, žinant srovę per grandinę, koks yra įtampos kritimas 15-Ω rezistoriuje? Šiam klausimui spręsti gali būti naudojamas standartinės formos Ohmo įstatymas. Įterpiamos reikšmėsAš= 0,27 A irR= 15 Ω suteikia:
\ begin {aligned} V & = IR \\ & = 0.27 \ text {A} × 15 \ text {Ω} \\ & = 4.05 \ text {V} \ end {aligned}
Naudojant Kirchhoffo dėsnius, tai bus neigiama įtampa (t. Y. Įtampos kritimas). Kaip paskutinį pratimą, ar galite parodyti, kad bendra įtampa aplink uždarą kilpą bus lygi nuliui? Atminkite, kad akumuliatoriaus įtampa yra teigiama, o visi įtampos kritimai yra neigiami.