Piirin yksinkertaistamisen perusperiaatteet
Lukion fyysisen sähkön monimutkaisia piirejä voidaan yksinkertaistaa seuraavilla periaatteilla:
☀Ensin: jätetään huomioimatta johdinvastus, oletetaan, että R-johdin on ≈0. Johdon yli kulkeva jännite on nolla, ja kytkimen yli oleva jännite voidaan mitata sen ollessa auki (piirissä ei ole muita katkaisukohtia).
☀Toinen: Kun kytkin on kiinni, se vastaa johtoa; kun kytkin on auki, se vastaa avointa piiriä, joka voidaan poistaa piirin kahdesta solmusta. Kun kytkin on kiinni ja virta kulkee, kytkimen yli oleva jännite on nolla ja kytkimen jännite voidaan mitata sen ollessa auki (piirissä ei ole muita katkaisukohtia).
☀Kolmas: Ampeerimittarin sisäinen vastus on hyvin pieni. Piirin kytkentätilaa analysoitaessa ampeerimittarin paikkaa voidaan pitää johtona.
☀Neljäs: Volttimittarin sisäinen vastus on erittäin suuri. Piirin kytkentätilaa analysoitaessa jännitemittarin paikkaa voidaan pitää avoimena piirinä ja poistaa piirin kahdesta solmusta.
☀Viides: Sähkölaitteen oikosulku (vastus): Kun sähkölaite (vastus) ja johto (kytkin, ampeerimittari) on kytketty rinnan, sähkölaitteen läpi ei kulje virtaa (kuten alla olevassa kuvassa) , ja sähkölaite voidaan irrottaa piirin kahdesta solmusta (poista).
☀Kuudenneksi: Liukuvan reostaatin segmentti Pa on oikosuljettu langalla (metallitanko) eikä toimi. Kun segmentti Pa on poistettu, alla olevasta kuvasta a tulee kuva b.
☀Seitsemäs: Analysoi kokonaisvirran, kokonaisjännitteen ja jaetun virran ja jaetun jännitteen suhdetta sarja- ja rinnakkaispiirien virta- ja jännitelakien mukaisesti "sarjajaettu jännite, rinnan kytketty virta".
☀Kahdeksas: Jos ampeerimittari on kytketty sarjaan jonkin sähkölaitteen kanssa, mittaa kyseisen sähkölaitteen virta ja jos volttimittari on kytketty rinnan minkä tahansa sähkölaitteen kanssa, mittaa kyseisen sähkölaitteen jännite. Volttimittarilla mitattu jännite voidaan arvioida liukumenetelmällä ja lähdemenetelmällä.
☀Yhdeksäs: Periaatteessa volttimittari on kytkettävä rinnan piiriin. Mitattaessa virtalähdejännitettä erikseen, se voidaan kytkeä suoraan virtalähteen molempiin päihin.
Yleensä, jos volttimittari on kytketty sarjaan piirissä, mitattu jännite on virtalähteen jännite (katso lisätietoja huomautuksista). Jos ampeerimittari on kytketty suoraan virtalähteen molempiin päihin, se palaa ja virtalähde oikosuljetaan, mikä polttaa virtalähteen.
☀Kymmenes: Jos johdossa (solmujen välissä) ei ole sähkölaitteita (paitsi kytkimiä ja ampeerimittareita), voidaan johdon jokaista pistettä pitää pisteenä, jota voidaan yhdistää, erottaa, lisätä tai pienentää mielivaltaisesti. (Tätä menetelmää kutsutaan myös solmumenetelmäksi) Esimerkiksi:
02
Piirin yksinkertaistamisen vaiheet
☀Vaihe 1: Irrota irrotettu kytkin aiheen vaatimusten mukaisesti ja käännä suljettu kytkin johtimeksi.
☀Vaihe 2: Muuta ampeerimittari langaksi (se voidaan myös säilyttää tarpeen mukaan).
☀Vaihe 3: Irrota volttimittari.
☀Vaihe 4: Yhdistä (tai siirrä) langan solmut. (Tätä vaihetta käytetään, kun piirissä on useita sähkölaitteita ja ne ovat sotkeutuneet toisiinsa)
☀Vaihe 5: Piirrä vastaava piirikaavio määrittääksesi, onko sähkölaitteet kytketty sarjaan vai rinnan.
☀Vaihe 6: Käytä alkuperäisen piirin periaatteita 7 ja 8 arvioidaksesi, minkä sähkövirran ja jännitteen ampeerimittari ja volttimittari mittaavat.
☀Vaihe 7: Lisää volttimittari ja ampeerimittari vastaavaan piirikaavioon ja analysoi jokaisen ampeerimittarin ja jännitteen esityksen välinen suhde. (Seitsemännen periaate)
03
Valittuja luentoja klassisista esimerkeistä
☀Esimerkki 1: Seuraavassa piirikaaviossa kytkimen S sulkemisen jälkeen volttimittarin V1 lukema on 2,5 V ja V2:n lukema 1 V. Jos A2:n lukema on 0.2A, mikä on A1:n lukema? Etsi jännite kahden lampun välillä.
kuva
Analyysi: Vaihe 1: Käännä kytkin langaksi;
Vaihe 2: Muuta ampeerimittari langaksi;
Kolmas vaihe on volttimittarin poistaminen.
Neljäs vaihe (poistettu)
Vaihe 5: Määritä sähköliitäntätapa
kuva
Ilmeisesti kaksi hehkulamppua on kytketty sarjaan piirissä.
Vaihe 6: Periaatteen 4 mukaisesti tiedä, että volttimittari V2 on irti, joten A1:n läpi ei kulje virtaa ja lukema on nolla; liukumenetelmän mukaan tiedetään, että V1 on kytketty rinnan teholähteen kanssa ja mittaa jännite teholähteen molemmissa päissä. V2 ja L2 kytketään rinnan ja L2:n jännite mitataan.
Vaihe 7: Vastaava piirikaavio on seuraava:
kuva
Vastaavan piirikaavion mukaan voidaan nähdä, että vaadittu I1=I2=0.2A
U1=2.5V-1V=1.5V U2=1V
kuva
☀Esimerkki 2: Kuten kuvasta näkyy, kytkimen s sulkemisen jälkeen seuraavien jänniteesitysten välinen suhde on ja virtaesitysten välinen suhde on ___.
kuva
Analyysi: ensimmäinen vaihe: käännä kytkin langaksi;
Vaihe 2: Muuta ampeerimittari langaksi;
Kolmas vaihe: poista volttimittari; neljäs vaihe (poistettu);
Vaihe 5: Määritä kunkin sähkölaitteen liitäntätila:
kuva
Vaihe 6: Arvioi ampeeri- ja volttimittarilla mitatut kohteet periaatteiden 7 ja 8 sekä liukumenetelmän tai lähteenpoistomenetelmän mukaisesti.
① Alkuperäisessä piirissä, jos volttimittari poistetaan, voidaan havaita, että ampeerimittarit A1 ja A2 on kytketty sarjaan hehkulampun kanssa, joten virran esitysluvut ovat samat;
② Liukumenetelmällä voidaan päätellä, että V1 mittaa jännitettä L1:n molemmissa päissä, V2 mittaa jännitettä teholähteen molemmissa päissä ja V3 mittaa jännitettä L2:n molemmissa päissä.
Vaihe 7: Vastaava piirikaavio on seuraava:
kuva
kuva
☀Esimerkki 3: Kun piirikytkin on suljettu, v1:n, v2:n ja v3:n lukemat ovat vastaavasti 8V, 9V ja 4V, joten mitkä ovat jännitteet L1:n, L2:n ja L3:n molemmissa päissä?
kuva
Vaadittu jännitesuhde on: U2=U1 plus U3 I1=I2
Ratkaisu: "Kymmenen periaatetta, seitsemän askelta" mukaisesti piirin vastaava piirikaavio voidaan saada seuraavasti:
kuva
Vastaavasta kaaviosta voidaan saada seuraavat yhtälöt:
UL1 plus UL2=8V
UL2 plus UL3=9V
UL3=4V
Ratkaisu: UL1=3v UL2=5v UL3=4V
kuva
☀Esimerkki 4: Kuten kuvasta näkyy, tiedetään, että kaksi hehkulamppua L1 ja L2 on kytketty sarjaan, jolloin oikea arvio kolmen ampeerimittarin (ampeerimittari tai volttimittari) välillä kohdissa ①, ② ja ③ on ( )
A. ① on ampeerimittari, ② ja ③ ovat volttimittareita;
B. ① ja ③ ovat volttimittareita ja ② on ampeerimittari;
C. ① ja ② ovat ampeerimittareita ja ③ on volttimetriä;
D. ①② ja ③ ovat molemmat ampeerimittareita
kuva
Analyysi: Tähän kysymykseen voidaan vastata eliminointimenetelmällä. Täytä taulukot vastaukseen A
Kolmen asennon joukossa "kymmenen periaatteen, seitsemän vaiheen" mukaan piirikaavio on yksinkertaistettu seuraavasti:
kuva
Ilmeisesti se ei sovi otsikkoon.
Täytä vastauksen B taulukot kuvaan, piiri voidaan yksinkertaistaa seuraavasti:
kuva
Tämä täyttötapa sopii kysymyksen tarkoitukseen.
Täytä vastaus C taulukot piiriin, piiri L1 on irti ja yksinkertaistettu kytkentäkaavio on sama kuin vastaus A, joka ei täytä kysymyksen tarkoitusta. Täytä kuvan D vastaustaulukot, virtalähde on oikosulussa, eikä kahden lampun läpi kulje virtaa, mikä ei täytä kysymyksen tarkoitusta. Valitse siis vastaus B.
