2.7: Схема електропроводки

Поки що ми аналізували одноакумуляторні, однорезисторні схеми без урахування сполучних проводів між компонентами, до тих пір, поки формується повна схема. Чи має значення довжина дроту або схема «форма» для наших розрахунків? Давайте розглянемо пару конфігурацій схем і з'ясуємо:

Коли ми малюємо точки з'єднання проводів в ланцюзі, ми зазвичай припускаємо, що ці дроти мають незначний опір. Таким чином, вони не сприяють помітному впливу на загальний опір ланцюга, і тому єдиним опором, з яким ми маємо боротися, є опір в компонентах. У наведених схемах єдиний опір виходить від резисторів 5 Ом, так що це все ми розглянемо в наших розрахунках. У реальному житті металеві дроти насправді мають опір (як і джерела живлення!) , але ці опори, як правило, настільки менші, ніж опір, присутній в інших компонентах ланцюга, що їх можна безпечно ігнорувати. Винятки з цього правила існують в електропроводці системи електроживлення, де навіть дуже малі величини опору провідників можуть створювати значні перепади напруги при нормальних (високих) рівнях струму.

Якщо сполучний опір дроту дуже мало або його немає, ми можемо розглядати підключені точки в ланцюзі як електрично загальні. Тобто точки 1 і 2 у вищезазначених схемах можуть бути фізично з'єднані близько один від одного або далеко один від одного, і це не має значення для будь-яких вимірювань напруги або опору щодо цих точок. Те ж саме стосується пунктів 3 і 4. Це так, ніби кінці резистора були прикріплені безпосередньо через клеми акумулятора, що стосується наших розрахунків Закону Ома та вимірювань напруги. Це корисно знати, оскільки це означає, що ви можете повторно намалювати схему схеми або повторно підключити ланцюг, скорочуючи або подовжуючи дроти за бажанням, не відчутно впливаючи на функцію ланцюга. Все, що має значення, це те, що компоненти прикріплюються один до одного в однаковій послідовності.

Це також означає, що вимірювання напруги між наборами «електрично загальних» точок будуть однаковими. Тобто напруга між точками 1 і 4 (безпосередньо через батарею) буде таким же, як і напруга між точками 2 і 3 (безпосередньо через резистор). Уважно придивіться до наступної схеми, і спробуйте визначити, які точки є загальними один для одного:

Тут у нас є тільки 2 компоненти, що виключають дроти: акумулятор і резистор. Хоча сполучні дроти займають звивистий шлях у формуванні повної схеми, на шляху електронів є кілька електрично загальних точок. Точки 1, 2 і 3 є загальними один для одного, тому що вони безпосередньо з'єднані між собою дротом. Те ж саме стосується пунктів 4, 5 та 6.

Напруга між точками 1 і 6 становить 10 вольт, що надходить прямо від акумулятора. Однак, оскільки точки 5 і 4 є загальними для 6, а точки 2 і 3 загальні для 1, ті ж 10 вольт також існують між цими іншими парами точок:

Оскільки електрично загальні точки з'єднані між собою (нульовим опором) проводом, між ними не спостерігається значного падіння напруги незалежно від величини струму, проведеного від одного до іншого через цей сполучний провід. Таким чином, якщо ми повинні були читати напруги між загальними точками, ми повинні показати (практично) нуль:

Це також має сенс математично. При акумуляторі на 10 вольт і резисторі 5 Ом струм ланцюга складе 2 ампера. Коли опір дроту дорівнює нулю, падіння напруги на будь-якому безперервному розтягуванні дроту можна визначити за законом Ома як такий:

Повинно бути очевидним, що розрахункове падіння напруги на будь-якій безперебійній довжині проводу в ланцюзі, де передбачається нульовий опір, завжди буде дорівнює нулю, незалежно від того, яка величина струму, так як нуль помножений на що-небудь дорівнює нулю.

Оскільки загальні точки в ланцюзі будуть демонструвати однакові вимірювання відносної напруги та опору, дроти, що з'єднують загальні точки, часто маркуються однаковим позначенням. Це не означає, що точки підключення клем маркуються однаково, тільки сполучні дроти. Візьмемо цю схему як приклад:

Точки 1, 2 і 3 всі спільні один до одного, тому точка з'єднання проводів 1 до 2 маркується так само (провід 2), що і точка з'єднання дроту 2 до 3 (провід 2). У реальній схемі провід, що тягнеться від точки 1 до 2, може бути навіть не того ж кольору або розміру, що з'єднує дроти точки 2 до 3, але вони повинні мати точно таку ж мітку. Те ж саме стосується проводів, що з'єднують точки 6, 5 і 4.

Знання того, що електрично загальні точки мають нульове падіння напруги між ними, є цінним принципом усунення несправностей. Якщо я вимірюю напругу між точками в ланцюзі, які повинні бути спільними один для одного, я повинен прочитати нуль. Якщо, однак, я читаю значну напругу між цими двома точками, то я з упевненістю знаю, що вони не можуть бути безпосередньо з'єднані разом. Якщо ці точки повинні бути електрично загальними, але вони реєструють інакше, то я знаю, що між цими точками існує «відкритий збій».

Одне останнє зауваження: для більшості практичних цілей дротові провідники можна вважати, що мають нульовий опір від кінця до кінця. Однак насправді завжди буде невелика кількість опору, що зустрічається по довжині дроту, якщо тільки це не надпровідний провід. Знаючи це, ми повинні мати на увазі, що принципи, вивчені тут про електрично загальні точки, всі дійсні в значній мірі, але не в абсолютній мірі. Тобто правило, що електрично загальні точки гарантовано мають нульову напругу між ними, більш точно викладено як таке: електрично загальні точки матимуть дуже мало напруги між ними. Цей невеликий, практично неминучий слід опору, виявлений у будь-якому шматку з'єднувального дроту, зобов'язаний створити невелику напругу по всій довжині його, коли струм проводиться через. Поки ви розумієте, що ці правила базуються на ідеальних умовах, ви не будете здивовані, коли ви зіткнетеся з деякою умовою, яка видається винятком із правила.

Рецензія

• Припускається, що з'єднувальні дроти в ланцюзі мають нульовий опір, якщо не вказано інше.
• Провід в ланцюзі можна вкоротити або подовжити, не впливаючи на функцію ланцюга - все, що важливо, це те, що компоненти прикріплені один до одного в тій же послідовності.
• Точки, безпосередньо з'єднані між собою в ланцюзі нульовим опором (проводом), вважаються електрично загальними.
• Електрично загальні точки, при нульовому опорі між ними, будуть мати нульову напругу, що падає між ними, незалежно від величини струму (в ідеалі).
• Показання напруги або опору, на які посилаються між наборами електрично загальних точок, будуть однаковими.
• Ці правила стосуються ідеальних умов, де передбачається, що з'єднувальні дроти мають абсолютно нульовий опір. У реальному житті цього, ймовірно, не буде, але опір проводів повинен бути досить низьким, щоб загальні принципи, викладені тут, все ще трималися.