ČO JE TO DELIČ NAPÄTIA? (S PRÍKLADMI) - FYZICKÝ - 2026

Napätie delič alebo napäťový delič sa skladá zo združenia odpory alebo impedancia v sérii pripojené na zdroj. Týmto spôsobom je napätie V dodávané zdrojom - vstupné napätie - distribuované úmerne v každom prvku podľa Ohmovho zákona:

Ak V _i je napätie na obvodový prvok, I je prúd, ktorý tečie cez to a Z _aj zodpovedajúce impedancia.

Obrázok 1. Odporový delič napätia sa skladá z odporov v sérii. Zdroj: Wikimedia Commons.

Pri usporiadaní zdroja a prvkov v uzavretom obvode musí byť splnený Kirchhoffov zákon, ktorý uvádza, že súčet všetkých poklesov a stúpaní napätia sa rovná 0.

Napríklad, ak je uvažovaný obvod čisto odporový a existuje 12-voltový zdroj, jednoducho umiestnením dvoch identických odporov do série s uvedeným zdrojom sa napätie rozdelí: každý odpor bude mať 6 voltov. A s tromi rovnakými odpormi získate 4 V v každom z nich.

Pretože zdroj predstavuje nárast napätia, potom V = +12 V. A v každom rezistore sú úbytky napätia, ktoré sú reprezentované zápornými znamienkami: - 6 V a - 6 V, v tomto poradí. Je ľahké vidieť, že Kirchoffov druhý zákon je splnený:

+12 V - 6 V - 6 V = 0 V

Odtiaľ pochádza menič pomenovania napätia, pretože použitím sériových odporov je možné ľahko získať nižšie napätia od zdroja s vyšším napätím.

Rovnica deliča napätia

Poďme ďalej uvažovať o čisto odporovom obvode. Vieme, že prúd I cez sériový odporový obvod pripojený k zdroju, ako je znázornené na obrázku 1, je rovnaký. A podľa Ohmovho zákona a Kirchoffovho druhého zákona:

V = IR ₁ + IR ₂ + IR ₃ + … IR _aj

Kde R ₁ , R ₂ … R _i predstavuje každý sériový odpor obvodu. teda:

V = I ∑ R _i

Takže sa ukazuje, že aktuálny stav je:

I = U / R Σ _i

Teraz sa poďme vypočítať napätie na jednom z odporov, odporu R _aj napríklad:

V _i = (V / ∑ R _i ) R _i

Predchádzajúca rovnica sa prepíše nasledujúcim spôsobom a už máme pravidlo deliča napätia pre batériu a odpory N v sérii pripravené:

Delič napätia s 2 rezistormi

Ak máme obvod deliča napätia s 2 odpormi, vyššie uvedená rovnica sa stane:

A v osobitnom prípade, keď R ₁ = R ₂ , V _i = V / 2, bez ohľadu na aktuálnu, rovnako ako to bolo povedané v úvode. Toto je najjednoduchší delič napätia zo všetkých.

Na nasledujúcom obrázku je schéma tohto deliče, kde V, je vstupné napätie, je symbolizovaný ako V _v , a V _i je napätie získaná delením napätie medzi odpory R ₁ a R ₂ .

Obrázok 2. Delič napätia s 2 rezistormi v sérii. Zdroj: Wikimedia Commons. Navštívte stránku autora / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/).

Pracovné príklady

Pravidlo deliča napätia sa použije v dvoch odporových obvodoch, aby sa dosiahlo nižšie napätie.

- Príklad 1

Zdroj 12 V je k dispozícii, ktorý má byť rozdelený do 7 a 5 V dvoma rezistory R ₁ a R ₂ . Existuje pevný odpor 100 Ω a premenlivý odpor, ktorého rozsah je medzi 0 a 1 kΩ. Aké možnosti sú tam pre konfiguráciu obvodu a nastavte hodnotu odporu R ₂ ?

Riešenie

Na vyriešenie tohto cvičenia sa použije pravidlo deliča napätia pre dva odpory:

Predpokladajme, že R ₁ je odpor, ktorý je pri napätí 7 V a je umiestnená Pevný odpor R ₁ = 100 W

Neznámy odpor R ₂ musí byť pri 5 V:

YR ₁ až 7 V:

5 (R ₂ 100) = 12 R ₂

500 = 7 R ₂

R ₂ = 71,43 Ω

Pomocou druhej rovnice môžete získať rovnakú hodnotu alebo nahradiť dosiahnutý výsledok a skontrolovať rovnosť.

Ak sa teraz pevnej odpor je umiestnený ako R ₂ , potom R ₁ je 7:

5 (100 + R ₁ ) = 100 x 12

500 + 5R ₁ = 1200

R ₁ = 140 Ω

Rovnakým spôsobom je možné overiť, či táto hodnota vyhovuje druhej rovnici. Obidve hodnoty sú v rozsahu premenlivého odporu, preto je možné realizovať požadovaný obvod oboma spôsobmi.

- Príklad 2

Jednosmerný jednosmerný voltmeter na meranie napätia v určitom rozsahu je založený na deliči napätia. Na zostavenie takéhoto voltmetra je potrebný galvanometer, napríklad D'Arsonval's.

Je to merač, ktorý detekuje elektrické prúdy, vybavený stupnicou a indikačnou ihlou. Existuje veľa modelov galvanometrov, jeden na obrázku je veľmi jednoduchý, s dvoma pripojovacími svorkami, ktoré sú na zadnej strane.

Obrázok 3. Galvanometer typu D'Arsonval. Zdroj: F. Zapata.

Galvanometer má vnútorný odpor _RG maximálny prúd, ktorý toleruje iba malý prúd nazývaný _IG . V dôsledku toho je napätie na galvanometra je V _m = I _G R _G .

Aby bolo možné zmerať akékoľvek napätie, voltmeter sa umiestni paralelne s meraným prvkom a jeho vnútorný odpor musí byť dostatočne veľký, aby nevyťažil prúd z obvodu, inak ho zmení.

Ak chceme galvanometer používať ako meter, nesmie merané napätie prekročiť maximálne povolené maximum, čo je maximálna výchylka ihly, ktorú má zariadenie. Predpokladáme však, že V _m je malý, pretože I _G a R _G sú.

Avšak, ak je galvanometer pripojený do série s ďalším odporom R _S , ktorý sa nazýva obmedzujúce odpor, je možné rozšíriť rozsah merania galvanometra z malého V _m do nejakého väčšieho e napätie. Keď sa dosiahne toto napätie, ihla nástroja zaznamená maximálnu výchylku.

Konštrukčná schéma je nasledovná:

Obrázok 4. Návrh voltmetra s použitím galvanometra. Zdroj: F. Zapata.

Na obrázku 4 vľavo je G galvanometer a R je akýkoľvek odpor, pri ktorom chcete zmerať napätie V _x .

Na obrázku vpravo sa zobrazujú, ako sa obvod s G, R _G a R _{, je S} ekvivalentná k voltmetra, ktorý je umiestnený paralelne k odporu R.

Voltmeter s plným rozsahom 1 V

Predpokladajme napríklad, že vnútorný odpor galvanometra je R _G = 50 Ω a maximálny prúd podporuje je, že _G = 1 mA, obmedzovaču odpor RS tak, aby voltmeter postavený s týmto galvanometer opatrení maximálne napätie 1 V, sa vypočíta takže:

Aj _G (R _S + R _G ) = 1 V

R _S = (1 V / 1 x 10 ^-3 A) - R _G

R _S = 1000 Ω - 50 Ω = 950 Ω

Referencie

1. Alexander, C. 2006. Základy elektrických obvodov. 3 .. Vydanie. Mc Graw Hill.
2. Boylestad, R. 2011. Úvod do analýzy obvodov. 2 .. Vydanie. Pearson.
3. Dorf, R. 2006. Úvod do elektrických obvodov. 7 .. Vydanie. John Wiley a synovia.
4. Edminister, J. 1996. Elektrické obvody. Schaumova séria. 3 .. Vydanie. Mc Graw Hill
5. Figueroa, D. Fyzika Series for Science and Engineering. Vol. 5 Elektrostatika. Editoval D. Figueroa. USB.
6. Hyperphysics. Dizajn voltmetra. Získané z: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
7. Wikipedia. Delič napätia. Obnovené z: es.wikipedia.org.