Цахилгаан хэлхээний бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хооронд нь цуваа, зэрэгцээ, цуваа болон зэрэгцэг хослуулан холбож болдог. Энэ удаад цуваа хэлхээний талаар нарийвчлан авч үзье.
Хэлхээний элементүүдийг хооронд нь хойно хойноос нь цувруулан холбосон хэлхээг цуваа хэлхээ гэнэ. Энэ үед электрон зөвхөн нэг замтай тул бүх элементүүдээр бүгдээр нь урсах болно.
Энэ зурагт электрон батарейн хасах төгсгөлөөс гарч нэмэх төгсгөл рүү орж байна. Харин уламжлалт гүйдлийн чиглэлийг батарейн нэмэх төгсгөлөөс хасах уруу гэж авдаг. Электроны урсгал бол яг бодитоор юу болдог вэ гэдгийг ойлгоход хэрэгтэй юм. Харин уламжлалт гүйдлийн урсгал нь цахилгаан хэлхээ гэдгийг ойлгоход амар болгох зорилготой юм. Тийм учраас энэ 2 чиглэл нь хоорондоо ялгаатай эсрэг гэдгийг ойлгож аваарай.
Цуваа резисторын хэлхээ
Бүхий л хэлхээний элементүүд бүгд өөр өөрийн эсэргүүцэлтэй. Эсэргүүцэл нь гүйдлийн замд учирч буй саад бөгөөд Ом гэсэн нэгжтэй байна.
Цуваа хэлхээний нийт эсэргүүцлийг олох нь маш хялбар бөгөөд үүний тулд эсэргүүцлүүдийг хооронд нь шууд нэмэхэд л болно. Резисторуудыг R үсгээр тэмдэглээд R1 R2 R3 гэх мэтээр дугаарлая.
Нийт эсэргүүцлийн хэмжээг RT хэмээн тэмдэглэе. Нийт эсэргүүцлийн хэмжээг тооцоолох нь маш амархан бөгөөд резистор бүрийн эсэргүүцлийг мэдээд хооронд нь нэмэхэд л болно.
Хэрэв хэлхээ нэг л резистортой, тэр нь R1 бөгөөд 10 Ом-ын эсэргүүцэлтэй бол нийт эсэргүүцэл мэдээж 10 Ом л байна.
Хэрэв хэлхээ хоёр резистортой, 2 резистор нь цуваа холбогдсон, тэр нь R2, эсэргүүцэл нь 5 Ом бол нийт эсэргүүцэл нь 10 Ом + 5 ом буюу 15 Ом байна.
Хэрэв ахиж 5 Ом-ын эсэргүүцэлтэй резисторыг нэмж цуваа холбох юм бол нийт эсэргүүцэл нь 20 Ом болно.
Бодит байдал дээр эдгээр дээр утасны эсэргүүцэл нэмэгддэг бөгөөд гэхдээ энэ нь маш бага хэмжээтэй байдаг тул хэрхэн тооцох, эсвэл тооцохгүй байхаа шийдэх хэрэгтэй.
Цуваа хэлхээний гүйдэл
Гүйдэл бол электронуудын урсгал. Энэ нь яг л хоолойгоор гүйх усны урсгал шиг. Хоолойгоор их ус урсаж байвал энэ нь хэлхээгээр их гүйдэл гүйхтэй адилхан. Гүйдлийг Ампер гэдэг нэгжээр хэмждэг ч товчоор А үсгээр тэмдэглэнэ.
Цахилгаан хэлхээн Амперметрийг хэлхээнд цуваа холбож гүйдлийг хэмждэг. Энэ нь яг л усны хоолойд усны тоолуурыг байрлуулж түүнийг хэмждэгтэй адилхан. Хэлхээнд мультиметрийг холбож мөн гүйдлийг хэмжиж болно.
Мультиметрийг хэлхээнд байрлуулж түүгээр гүйдэл гүйлгэх үед тэр гүйдлийн хэмжээг унших болно. Мультиметрийг хэлхээнд холбох үед бага зэргийн эсэргүүцлийг нэмэх боловч үүний хэмжээ бага тул түүнийг тооцохгүй орхиж болно.
Гүйдлийн хэмжээг харин тооцоолж олохдоо харин хүчдэлийг нийт эсэргүүцэлд хувааж өгнө.
Хэрэв 9В-ийн батарейд 10 Ом-ын эсэргүүцлийг холбосон бол түүгээр гүйх гүйдэл нь 9В / 10 Ом = 0,9 А байна.
Хэрэв хэлхээнд нэмж 5 Ом-ын эсэргүүцэлтэй резисторыг цуваа холбосон бол нийт эсэргүүцэл нь 10 Ом + 5 Ом буюу 15 Ом болох учраас гүйдэл нь 9 В / 15 Ом = 0,6 А болно.
Хэрэв ахиж 5 Ом-ын эсэргүүцэлтэй резисторыг нэмж цуваа холбосон бол нийт эсэргүүцэл 20 Ом бол харин гүйдэл 9 В / 20 Ом = 0,45 А болно.
Эсэргүүцлийн хэмжээ ихсэх тусам гүйдэл багасаж байна. Хэлхээнд тодорхой эсэргүүцэлтэй лед-ийг холбож гүйдэл хэрхэн багасаж буйг харж болно.
Бид түүнчлэн резисторыг хэлхээний элементүүдийг хамгаалахад хэрэглэдэг. Бид хэрэв 100 Ом-ын эсэргүүцэлтэй резистор 9 В батарейтай ашиглаж байвал хэлхээгээр гүйх гүйдэл нь 9 В / 100 Ом = 0,9 А буюу 90 мА болно. Ийм хэмжээний гүйдэл лед-ийг шатаах болно. Харин 450 Ом-ын эсэргүүцэлтэй резистор ашиглавал хэлхээний гүйдэл 9 В / 450 Ом = 0,2 А буюу 20 мА болно. Ийм гүйдэлд лед хэвийн асна. Харин 900 Ом-ын эсэргүүцэлтэй резисторыг холбосон үед хэлхээний гүйдэл 9 В / 900 Ом = 0,1 А буюу 10 мА болох ба энэ үед лед бүдэгхэн асна.
Цуваа хэлхээний үед гүйдэл хэлхээний аль ч хэсгээр ижил гүйнэ. Үүнийг санаж байх хэрэгтэй. Хэмжих багажийг хаана ч байрлуулсан нэг л утгыг хэмжинэ. Учир нь электронууд нэг л замаар нэг чигт урсах тул хэлхээний хаана ч гүйдэл ижилхэн байна. Мөн резисторуудын урд хойно нь хэмжих багажийг байрлуулсан ч ялгаагүй нэг л утгыг хэмжинэ. Тэр ч бүү хэл резисторуудын байрлалыг сольж урд хойно нь оруулсан ч цуваа хэлхээнд энэ нь нөлөөлөхгүй.
Цуваа хэлхээний хүчдэл
Хүчдэл бол электронуудыг түлхэгч хүч, яг л усны хоолой дахь даралт шиг. Илүү их даралт усыг ихээр гоожуулдагтай адил их хэмжээний хүчдэл их электронуудыг хөдөлгөнө. Хүснэгтэд хүчдэлээс хамаарч чийдэнгийн гэрэлтэлт хэрхэн тодорч буйг харж болно.
Хэрэв 9 В-ийн батарейг хэлхээнд холбох юм бол хэлхээг 9В-оор тэжээх болно. Батарейг хэлхээнд цуваа холбож хэмжээг нь ихэсгэж болно. Хэрэв ахиж 9 В-ийн батарейг нэмж холбох юм бол хэлхээний нийт хүчдэл 18 В болж нэмэгдэнэ. Хэрэв ахиж 9 В-ийн батарейг нэмж холбох юм бол хэлхээний хүчдэл 27 В болж нэмэгдэнэ.
9 В-ийн батарейд 10 Ом-ын эсэргүүцэлтэй R1 резисторыг холбох юм бол резистор дээр 9 В хүчдэл бүгд унана. Хэрэв хэлхээнд нэмж 10 Ом-ын эсэргүүцэлтэй R2 резисторыг цуваа холбож өгвөл хүчдэл энэ 2 резисторт хуваагдаж тус бүр дээр нь 4,5 В унана. Хэрэв резистор тус бүр дээр ямар хүчдэл унаж буйг мультиметр ашиглан хэмжвэл энэхүү хуваагдаж унасан хүчдэлийг хэмжих болно.
Хэрэв R2 резисторын эсэргүүцлийг 5 Ом болгож өөрчлөх юм бол нийт хэлхээний хүчдэл 9 В хэвээр боловч резистор тус бүр дээр хуваагдаж унах хүчдэл өөрчлөгдөнө. Энэ удаад 10 Ом-ын эсэргүүцэлтэй резистор дээр 6 В, харин 5 Ом-ын эсэргүүцэлтэй резистор дээр 3 В хүчдэл тус тус хуваагдаж унах болно.
Хэрэв хэлхээнд 5 Ом-ын эсэргүүцэлтэй R3 резисторыг нэмж холбох юм бол R1 резистор дээр 4,5 В, R2 резистор дээр 2,25 В, R3 резистор дээр 2,25 В хэмээн тус тус хуваагдаж унах болно.
Хэлхээний хэсэг болгон дээр унаж буй эсэргүүцлийг хэмжиж резистор тус бүр дээр болон резисторууд дээр ямар хүчдэл унаж буйг нь мультиметрээр хэмжиж болно. Жишээ нь R1 резистор дээр дангаараа унах хүчдэлийг хэмжихэд 4,5 В бол R1+R2резисторууд дээр нийтэд нь унах хүчдэл нь 4,5 В + 2,25 = 6,75 В гэх мэт.
Иймээс цуваа хэлхээний хувьд гүйдэл нь адил боловч хүчдэл нь резистор тус бүр дээр хуваагдан өөр өөр хэмжээтэй байна.
Гүйдэл резистор болгон дээр буурах тул хүчдэл резистор болгон дээр өөр өөрөөр унана. Учир нь резистор нь хэлхээний гүйдлийн хэмжээг бууруулдаг. Резистор нь электронуудын замд саад бий болгосноор резисторуудаар нэвтрэх электронууд түүгээр нэвтрэн өнгөрөхдөө резисторын атомуудтай мөргөлдөж саардаг. Энэ мөргөлдөөний үед электронуудын алдаж буй энерги нь дулаан болж хувирч түүнийг халаах болно. Резистороор ямар хэмжээний электронууд орно төдий хэмжээний электронууд тэндээс гарах боловч олон удаа мөргөлдөөн хийсний улмаас электронууд энерги алдаж тэдний энерги багасаж суларсан байна.
Хүчдэл уналтыг тооцоолох
Тухайн резистор дээр унах хүчдэлийг тооцоолохдоо уг резисторын эсэргүүцлийг хэлхээний нийт эсэргүүцэлд хувааж хэлхээний нийт хүчдэлээр үржүүлэх аргаар тооцоолж олно. Үүнд нэг зүйлийг санах хэрэгтэй. Цуваа хэлхээгээр гүйх гүйдэл нь адил буюу бүх резистороор гүйх гүйдэл нь адил байна. Харин резистор тус бүр дээр унах хүчдэл өөр өөр боловч тэдгээрийн нийлбэр нь хэлхээний нийт хүчдэлтэй тэнцүү байна.
Ердөө 10 Ом-ын эсэргүүцэлтэй нэг резистортой хэлхээгээр гүйх гүйдэл нь 9 В /10 Ом = 0,9 А бөгөөд уг резистор дээр унах хүчдэл 9 В буюу тэжээлийн хүчдэл бүхлээрээ унаж байсан.
Харин нэмж 5 Ом-ын эсэргүүцэлтэй резисторыг холбох үед хэлхээний эсэргүүцэл нь 10 Ом + 5 Ом = 15 Ом болж нэмэгдэх учраас хэлхээгээр гүйх гүйдэл нь 9 В / 15 Ом = 0,6 А болж багасна. Энэ гүйдэл нь резистор тус бүрээр адил гүйх учраас 10 Ом-ын эсэргүүцэлтэй резистор дээр 10 Ом х 0,6 А = 6 В харин 5 Ом-ын эсэргүүцэлтэй резистор дээр 5 Ом х 0,6 А = 3 В хүчдэл тус тус хуваагдан унах болно.
Хэрэв 10 Ом-ын эсэргүүцэлтэй R1 резистор, 5 Ом-ын эсэргүүцэлтэй R2 ба R3 резисторуудыг цуваа холбох юм бол хэлхээний нийт эсэргүүцэл нь 10 Ом + 5 Ом + 5 Ом = 20 Ом болж ихсэх ба харин хэлхээний нийт гүйдэл нь 9 В / 20 Ом= 0,45 А болж буурна. Энэ гүйдэл нь резистор бүрээр адил гүйх тул R1 резистор дээр 10 Ом х 0,45 А = 4,5 В R2 резистор дээр 5 Ом х 0,45 А = 2,25 В R3 резистор дээр 5 Ом х 0,45 А = 2,25 В хүчдэлүүд тус тус хуваагдаж унана.
Ингээд нийт хүчдэл нь 4,5 В + 2,25 В + 2,25 В = 9В байна.
Чадлын зарцуулалт
Хэлхээний чадлын зарцуулалтыг хэрхэн хэмжих вэ? Чадлын зарцуулалтыг тооцоолохдоо дараах томьёог ашиглана.
Чадал (Ватт) = Хүчдэлийн квадратыг хуваах нь эсэргүүцэл
эсвэл
Чадал (Ватт) = Хүчдэлийг үржих нь гүйдэл
В-ийн батар
Резистор чадлыг зарцуулдаг гэдэг гайхаж байна уу? Учир нь резисторууд өөр дээрээ хүчдэлийг унагаж өөрөөрөө нэвтрэх электронуудын энергийн зарим хэсгийн алдагдуулдаг. Энэ энерги хаачих вэ? Энэ үед цахилгаан энерги дулааны энерги болж хувирах ба дулааны камерууд резистор хэрхэн дулааныг үйлдвэрлэж буйг харуулна.
Иймээс чадлын зарцуулалт нь үнэндээ хэлхээнээс ялгарч буй дулаанд зарцуулагдана.
9 В-ийн батарейд 10 Ом-ын эсэргүүцэлтэй резисторыг холбох үед 0,9 А гүйдэл гүйж 8,1 Вт чадлыг зарцуулдаг буюу ийм хэмжээний дулааныг гаргана.Үүнийг хэрхэн тооцоолох вэ?
1-р арга нь хүчдэлийн квадратыг олж эсэргүүцэлд хуваана. Ингэх юм бол (9 В х 9 В) / 10 Ом = 8,1 Вт
2-р арга нь хүчдэлийг гүйдлээр үржиж олно. Ингэх юм бол 9 В х 0,9 А = 8,1 Вт
9 В-ийн батарейд 10 Ом эсэргүүцэлтэй болон 5 Ом-ын эсэргүүцэлтэй резисторуудыг цуваа холбосон бол хэлхээний нийт эсэргүүцэл 10 Ом + 5 Ом = 15 Ом бол гүйдэл 9 В / 15 Ом = 0,4 А болж буурна. Иймээс хэлхээний нийт чадлын зарцуулалт (9 В х 9 В) / 15 Ом = 5,4 Вт буюу 9 В х 0,45 А = 5,4 Вт байна.
9 В-ийн батарейд 10 Ом-ын эсэргүүцэлтэй 1 резистор, тус бүр нь 5 Ом-ын эсэргүүцэлтэй 2 резисторыг цуваа холбосон бол нийт эсэргүүцэл нь 10 Ом + 5 Ом + 5 Ом = 20 Ом бол нэмэгдэж харин гүйдэл нь 9 В / 20 Ом = 0,45 А болж буурна. Иймээс чадлын зарцуулалт нь (9 В х 9 В) / 20 О = 4,05 Вт буюу 9 В х 0,45 А = 4,05 Вт болж буурна.