วิธีการคำนวณแรงดันไฟฟ้าผ่านตัวต้านทาน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: Jason Gerald | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-15 08:25

ก่อนคำนวณแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวต้านทาน คุณต้องกำหนดประเภทของวงจร (สแตรนด์) ที่ใช้ก่อน หากคุณต้องการทบทวนคำศัพท์พื้นฐานหรือต้องการความช่วยเหลือในการทำความเข้าใจวงจรไฟฟ้า ให้เริ่มที่หัวข้อแรก มิฉะนั้น ให้ไปที่ประเภทของวงจรที่คุณต้องการใช้งานโดยตรง

ขั้นตอน

ส่วนที่ 1 จาก 3: การทำความเข้าใจวงจรไฟฟ้า

ขั้นตอนที่ 1 เรียนรู้เกี่ยวกับกระแสไฟฟ้า

คุณสามารถใช้การเปรียบเทียบต่อไปนี้: ลองนึกภาพว่าคุณกำลังเทซีเรียลลงในชาม เมล็ดธัญพืชแต่ละเม็ดเป็นอิเล็กตรอน และการไหลของเมล็ดพืชในชามคือกระแสไฟฟ้า เมื่อคุณพูดถึงไฟฟ้า คุณอธิบายโดยบอกว่ามีธัญพืชไหลออกกี่เม็ดในแต่ละวินาที เมื่อพูดถึงกระแสไฟฟ้า คุณวัดเป็นหน่วยของ กระแสไฟ (แอมป์) ซึ่งเป็นจำนวนหนึ่งของอิเล็กตรอน (ซึ่งเป็นค่าที่สูงมาก) ที่ไหลทุกวินาที

ขั้นตอนที่ 2. รู้เกี่ยวกับประจุไฟฟ้า

อิเล็กตรอนมีประจุไฟฟ้าเป็น "ลบ" กล่าวคือ อิเล็กตรอนจะดึงดูด (หรือไหลเข้าหา) วัตถุที่มีประจุบวก และขับไล่ (หรือไหลออกจาก) วัตถุที่มีประจุลบ อิเล็กตรอนทุกตัวมีประจุลบ ดังนั้นพวกมันจึงผลักอิเล็กตรอนตัวอื่นและกระจายไป

ขั้นตอนที่ 3 ทำความเข้าใจเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้า

แรงดันวัดความแตกต่างของประจุไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุด ยิ่งความแตกต่างมากเท่าไหร่ จุดทั้งสองก็ยิ่งดึงดูดกันมากขึ้นเท่านั้น ต่อไปนี้คือตัวอย่างการใช้แบตเตอรี่ปกติ:

• ภายในแบตเตอรี่ ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นจะทำให้เกิดกลุ่มอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนเหล่านี้ไปที่ขั้วลบของแบตเตอรี่ในขณะที่ขั้วบวกเกือบจะว่างเปล่า สิ่งเหล่านี้เรียกว่าขั้วบวกและขั้วลบ ยิ่งกระบวนการนี้ใช้เวลานานเท่าใด แรงดันไฟฟ้าระหว่างสองขั้วก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น
• เมื่อคุณต่อสายไฟระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ ตอนนี้อิเล็กตรอนที่ขั้วลบจะมีที่ไป อิเล็กตรอนที่ขั้วลบจะไหลเข้าหาขั้วบวกและทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า ยิ่งมีแรงดันไฟฟ้ามากเท่าใด อิเล็กตรอนก็จะยิ่งเคลื่อนไปที่ขั้วบวกมากขึ้นทุกวินาที

ขั้นตอนที่ 4 เรียนรู้เกี่ยวกับการต่อต้าน

สิ่งกีดขวางคือสิ่งที่กั้นอิเล็กตรอน ยิ่งมีความต้านทานมากเท่าใด อิเล็กตรอนก็จะยิ่งผ่านได้ยากขึ้นเท่านั้น ความต้านทานทำให้กระแสไฟฟ้าช้าลงเนื่องจากจำนวนอิเล็กตรอนที่ผ่านในแต่ละวินาทีลดลง

ตัวต้านทานสามารถเป็นอะไรก็ได้ในวงจรไฟฟ้าที่เพิ่มความต้านทาน คุณสามารถซื้อ "ตัวต้านทาน" ของจริงได้ แต่ในปัญหา ตัวต้านทานมักจะแสดงด้วยหลอดไฟหรืออะไรก็ตามที่มีความต้านทาน

ขั้นตอนที่ 5. จดจำกฎของโอห์ม

มีความสัมพันธ์อย่างง่ายระหว่างความต้านทานกระแส แรงดัน และไฟฟ้า เขียนหรือจดจำสูตรต่อไปนี้ตามที่คุณต้องการเพื่อแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับวงจรไฟฟ้า:

• กระแส = แรงดันหารด้วยความต้านทาน
• สามารถเขียนสูตรได้ดังนี้ I = ^วี / _NS
• คิดว่าจะเกิดอะไรขึ้นถ้า V (แรงดัน) หรือ R (ความต้านทาน) ในวงจรเพิ่มขึ้น เป็นไปตามที่อภิปรายข้างต้นหรือไม่?

ส่วนที่ 2 จาก 3: การคำนวณแรงดันผ่านตัวต้านทาน (วงจรอนุกรม)

ขั้นตอนที่ 1. ทำความเข้าใจเกี่ยวกับวงจรอนุกรม

วงจรไฟฟ้าแบบอนุกรมนั้นมองเห็นได้ง่ายมาก รูปทรงเป็นห่วงคล้องสาย โดยมีส่วนประกอบทั้งหมดเรียงเป็นแถวตามสาย กระแสไฟฟ้าไหลผ่านลวดทั้งหมดและผ่านตัวต้านทานหรือองค์ประกอบทุกตัวที่เจอ

• กระแสไฟฟ้า เหมือนเดิมทุกจุดในวงจร
• เมื่อคำนวณแรงดันไฟฟ้า ตำแหน่งของตัวต้านทานในวงจรจะไม่เกี่ยวข้อง คุณสามารถใช้ตัวต้านทานและเคลื่อนผ่านวงจรได้ และแรงดันไฟฟ้าของตัวต้านทานแต่ละตัวจะยังคงเหมือนเดิม
• เราจะใช้ตัวอย่างของวงจรไฟฟ้าที่มีตัวต้านทาน 3 ตัวในอนุกรม: R₁, NS₂, และ R₃. วงจรได้รับพลังงานจากแบตเตอรี่ 12 โวลต์ เราจะหาแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานแต่ละตัว

ขั้นตอนที่ 2 คำนวณแนวต้านทั้งหมด

เพิ่มค่าความต้านทานทั้งหมดในวงจร ผลที่ได้คือความต้านทานรวมของวงจรอนุกรม

ตัวอย่างเช่น ตัวต้านทานสามตัว R₁, NS₂, และ R₃ มีความต้านทาน 2 (โอห์ม) 3 และ 5 ตามลำดับ ดังนั้นความต้านทานรวมคือ 2 + 3 + 5 = 10 โอห์ม

ขั้นตอนที่ 3 ค้นหากระแสในวงจร

ใช้กฎของโอห์มเพื่อหาค่ากระแสในวงจรไฟฟ้าทั้งหมด โปรดจำไว้ว่า ในวงจรอนุกรม กระแสจะเท่ากันทุกจุดของวงจร เมื่อได้ค่าปัจจุบันแล้ว เราก็สามารถคำนวณที่เหลือทั้งหมดได้

กฎของโอห์มระบุว่ากระแส I = ^วี / _NS. แรงดันไฟฟ้าทั่วทั้งวงจรคือ 12 โวลต์ และความต้านทานรวมของวงจรคือ 10 โอห์ม ใส่ตัวเลขเหล่านี้ลงในสูตรเพื่อให้ได้ I = ¹² / ₁₀ = 1.2 แอมแปร์

ขั้นตอนที่ 4. ปรับกฎของโอห์มเพื่อหาค่าแรงดันไฟ

ใช้พีชคณิตพื้นฐานเพื่อค้นหาค่าของแรงดันแทนกระแส:

• ฉัน = ^วี / _NS
• IR = ^วีNS / _NS
• IR = V
• วี = IR

ขั้นตอนที่ 5. คำนวณแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวต้านทานแต่ละตัว

เรารู้ค่าความต้านทานและกระแสแล้ว ตอนนี้ เราสามารถคำนวณได้ทั้งหมด ใส่ตัวเลขลงในสูตรและทำการคำนวณให้สมบูรณ์ นี่คือการคำนวณสำหรับตัวต้านทานสามตัวจากตัวอย่างด้านบน:

• แรงดันไฟฟ้าที่ R₁ = ว₁ = (1, 2A) (2Ω) = 2, 4 โวลต์
• แรงดันไฟฟ้าที่ R₂ = ว₂ = (1, 2A) (3Ω) = 3.6 โวลต์
• แรงดันไฟฟ้าที่ R₃ = ว₃ = (1, 2A) (5Ω) = 6 โวลต์

ขั้นตอนที่ 6 ตรวจสอบคำตอบของคุณ

ในวงจรอนุกรม ผลรวมของคำตอบทั้งหมดต้องเท่ากับแรงดันไฟฟ้าทั้งหมด เพิ่มแรงดันไฟฟ้าแต่ละค่าที่คุณคำนวณและตรวจสอบว่าตรงกับแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดของวงจรหรือไม่ หากไม่เป็นเช่นนั้น ให้ลองค้นหาข้อผิดพลาดในการคำนวณของคุณ

• จากตัวอย่างข้างต้น 2, 4 + 3, 6 + 6 = 12 โวลต์ เท่ากับแรงดันไฟทั้งหมดผ่านวงจรไฟฟ้า
• หากคำตอบของคุณดูผิดไปเล็กน้อย (เช่น 11, 97 แทนที่จะเป็น 12) เป็นไปได้ว่าคุณกำลังปัดเศษตัวเลขขณะทำงานกับสูตร ไม่ต้องกังวล คำตอบของคุณไม่ผิด
• โปรดจำไว้ว่า แรงดันไฟฟ้าจะวัดความแตกต่างของประจุหรือจำนวนอิเล็กตรอน ลองนึกภาพว่าคุณกำลังนับอิเล็กตรอนใหม่ที่เห็นขณะเคลื่อนที่ไปตามวงจรไฟฟ้า หากคุณคำนวณอย่างถูกต้อง คุณจะทราบการเปลี่ยนแปลงทั้งหมดของอิเล็กตรอนตั้งแต่ต้นจนจบ

ส่วนที่ 3 จาก 3: การคำนวณแรงดันผ่านตัวต้านทาน (วงจรขนาน)

ขั้นตอนที่ 1 เรียนรู้เกี่ยวกับวงจรขนาน

ลองนึกภาพสายเคเบิลที่เชื่อมต่อกับขั้วแบตเตอรี่หนึ่งขั้ว แล้วแยกออกเป็นสองสายแยกกัน สายไฟสองเส้นนี้ขนานกัน จากนั้นให้เชื่อมต่อใหม่ก่อนที่จะเชื่อมต่อกับขั้วอื่นของแบตเตอรี่ หากลวดด้านซ้ายเชื่อมต่อกับตัวต้านทาน และสายด้านขวาเชื่อมต่อกับตัวต้านทานอื่นด้วย ตัวต้านทานทั้งสองจะเชื่อมต่อแบบ "ขนาน"

คุณสามารถเพิ่มสายเคเบิลแบบขนานได้มากเท่าที่คุณต้องการ คู่มือนี้สามารถใช้สำหรับวงจรไฟฟ้าที่แยกออกเป็น 100 สายแล้วเชื่อมต่อใหม่

ขั้นตอนที่ 2 รู้ว่ากระแสไฟฟ้าไหลในวงจรคู่ขนานอย่างไร

กระแสไฟฟ้าไหลผ่านทุกเส้นทางที่มีอยู่ กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านเส้นลวดทางด้านซ้าย ผ่านตัวต้านทานทางด้านซ้าย และไปจนถึงปลายอีกด้านหนึ่ง ในเวลาเดียวกัน กระแสยังไหลผ่านเส้นลวดทางด้านขวา ผ่านตัวต้านทานทางด้านขวา และไปจนสุดทาง ไม่มีสายไฟหรือตัวต้านทานในวงจรคู่ขนานถูกส่งผ่านสองครั้ง

ขั้นตอนที่ 3 ใช้แรงดันไฟฟ้าทั้งหมดเพื่อค้นหาแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวต้านทานแต่ละตัว

หากคุณทราบแรงดันไฟฟ้าทั่วทั้งวงจร คำตอบก็หาได้ง่าย ลวดคู่ขนานแต่ละเส้นมีแรงดันไฟฟ้าเท่ากับวงจรไฟฟ้าทั้งหมด สมมติว่าวงจรไฟฟ้ามีตัวต้านทานสองตัวแบบขนานและแบตเตอรี่ขนาด 6 โวลต์ อุปสรรคไม่เกี่ยวข้องกันมากในปัจจุบัน เพื่อให้เข้าใจ ให้จำวงจรอนุกรมที่อธิบายข้างต้น:

• โปรดจำไว้ว่าผลรวมของแรงดันไฟฟ้าในวงจรอนุกรมจะเท่ากับแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดผ่านวงจรไฟฟ้าเสมอ
• ลองนึกภาพแต่ละเส้นทางที่กระแสใช้ในวงจรอนุกรม เช่นเดียวกับวงจรขนาน: หากคุณรวมแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดเข้าด้วยกัน ผลลัพธ์จะเท่ากับแรงดันไฟฟ้าทั้งหมด
• เนื่องจากกระแสที่ไหลผ่านเส้นคู่ขนานแต่ละเส้นผ่านตัวต้านทานเพียงตัวเดียว แรงดันตกคร่อมตัวต้านทานจะต้องเท่ากับแรงดันทั้งหมด

ขั้นตอนที่ 4 คำนวณกระแสรวมของวงจรไฟฟ้า

หากปัญหาไม่ได้ให้แรงดันไฟฟ้าทั้งหมดทั่วทั้งวงจร คุณจะต้องทำตามขั้นตอนเพิ่มเติมอีกสองสามขั้นตอน เริ่มต้นด้วยการหากระแสรวมผ่านวงจรไฟฟ้า ในวงจรขนาน กระแสทั้งหมดจะเท่ากับผลรวมของกระแสผ่านแต่ละเส้นทางคู่ขนาน

• สูตรมีดังนี้: I_{ทั้งหมด} = ฉัน₁ + ฉัน₂ + ฉัน₃…
• หากคุณมีปัญหาในการทำความเข้าใจ ลองนึกภาพท่อน้ำที่มีสองกิ่ง ปริมาณน้ำที่ไหลในชุดท่อคือผลรวมของน้ำที่ไหลในแต่ละท่อ

ขั้นตอนที่ 5. คำนวณความต้านทานรวมของวงจรไฟฟ้า

ประสิทธิภาพของตัวต้านทานจะลดลงในวงจรคู่ขนานเพราะจะบล็อกกระแสผ่านสายเดียวเท่านั้น อันที่จริง ยิ่งมีสายไฟในวงจรมากเท่าไหร่ กระแสก็จะยิ่งหาเส้นทางไหลได้อย่างราบรื่นได้ง่ายขึ้นเท่านั้น การหาค่าความต้านทานรวม ให้หาค่าของ R _{ทั้งหมด} ในสมการนี้:

• ¹ / _{NSทั้งหมด = ¹ / NS1 + ¹ / NS2 + ¹ / NS3 …}
• ตัวอย่างเช่น วงจรไฟฟ้ามีตัวต้านทาน 2 โอห์มและ 4 โอห์มเชื่อมต่อแบบขนานตามลำดับ ¹ / _{NSทั้งหมด = 1/2 + 1/4 = 3/4 → 1 = (3/4)Rทั้งหมด → รทั้งหมด = 1/(3/4) = 4/3 = ~1.33 โอห์ม}

ขั้นตอนที่ 6 ค้นหาแรงดันไฟฟ้าจากคำตอบของคุณ

โปรดจำไว้ว่า เมื่อเราพบแรงดันไฟรวมของวงจรไฟฟ้าแล้ว เราก็ทราบขนาดของแรงดันไฟฟ้าผ่านสายคู่ขนานแต่ละเส้นแล้ว ใช้กฎของโอห์มเพื่อคำนวณให้สมบูรณ์ ลองดูตัวอย่างคำถามต่อไปนี้:

• วงจรไฟฟ้ามีกระแส 5 แอมแปร์ และความต้านทานรวม 1.33 โอห์ม
• ตามกฎของโอห์ม I = V / R ดังนั้น V = IR
• V = (5A) (1, 33Ω) = 6.65 โวลต์

เคล็ดลับ

• หากคุณมีวงจรไฟฟ้าที่ซับซ้อน เช่น มีตัวต้านทานต่อแบบขนาน และ อนุกรม เลือกตัวต้านทานที่ใกล้ที่สุดสองตัว ค้นหาความต้านทานรวมผ่านตัวต้านทานสองตัวโดยใช้กฎสำหรับตัวต้านทานแบบอนุกรมและวงจรขนาน ตอนนี้คุณสามารถรักษามันเป็นตัวต้านทานตัวเดียว ดำเนินการตามขั้นตอนนี้ต่อไปจนกว่าคุณจะมีวงจรที่จัดเรียงตัวต้านทาน เท่านั้น ในซีรีส์ หรือ ขนาน.
• แรงดันไฟฟ้าข้ามตัวต้านทานมักเรียกว่า "แรงดันตก"

• ทำความเข้าใจเงื่อนไขต่อไปนี้:

  • วงจรไฟฟ้า/เกลียว – การจัดเรียงส่วนประกอบต่างๆ (ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ และตัวเหนี่ยวนำ) ซึ่งเชื่อมต่อด้วยสายเคเบิลและสามารถจ่ายไฟได้
  • ตัวต้านทาน – องค์ประกอบที่ลดหรือยับยั้งกระแสไฟฟ้า
  • ปัจจุบัน – การไหลของประจุไฟฟ้าในสายเคเบิล แสดงเป็นแอมแปร์ (A)
  • แรงดันไฟฟ้า – ปริมาณประจุไฟฟ้าที่ไหลผ่านในแต่ละวินาที แสดงเป็นหน่วยโวลต์ (V)
  • ความต้านทาน – การวัดความต้านทานของธาตุต่อกระแสไฟฟ้า แสดงเป็นโอห์ม (Ω)