Hur mäter man elektrisk energi

Inledning

I detta förra kapitlet tittade oss laddningar, vilka existerar grunden till för att elektricitet bör behärska uppkomma, sålunda detta existerar ju bra! Elektrisk ström, vilket läka vårt samhälle bygger vid idag, existerar egentligen något sålunda simpelt vilket laddningar likt rör vid sig. inom detta avsnitt på grund av Fysik 1 bör oss titta lite mer vid hur laddningar förmå röra sig samt hur ström uppkommer samt utnyttjas inom olika sammanhang.

Ström

Definitionen från ström existerar hur massiv laddning vilket passerar enstaka viss punkt från ledningen vid ett viss period. Ju större laddning liksom passerar inom tidsintervallet, desto större existerar strömmen.

Enheten blir  vilket motsvarar 1 Ampere().

Små samt stora strömmar

Det existerar enkel för att luras för att tro för att ett ström existerar ofarlig bara på grund av för att laddningsmängden existerar små. Ta enstaka blixt mot exempel; laddningen existerar ej sålunda massiv nära en åsknedslag vid bas från för att blixtnedslaget varar sålunda kreditkort period. Den korta tiden fullfölja dock för att strömmen ändå blir väldigt massiv samt därför existerar blixtnedslaget livsfarligt!

Strömriktning

I förra kapitlet pratade oss angående för att detta existerar ledningselektronerna liksom förmå röra sig samt ge ett ström. då man ritar ett strömkrets borde man ju därför sätta strömriktningen liksom elektronerna rör sig, dvs. ifrån minus mot plus, men detta utför man inte! Man fullfölja noggrann tvärtom då detta bestämdes långt innan man visste för att detta fanns elektroner.

Strömriktningen inom en kopplingsschema bör ständigt ritas såsom enstaka positiv laddning skulle rört sig, dvs. ifrån plus mot minus.

Spänningskälla

Nu tänker oss oss för att oss kopplar ett krets tillsammans enbart en energikälla likt bilden ovan. Elektroner kommer då glatt för att röra sig ifrån minuspol mot pluspol(fast man ritar strömriktningen motsatt). dock mot slut borde ju varenda elektroner äga vandrat mot pluspolen, samt då kunna ju ingen ström vandra mer, eller?  Nej, därför fungerar detta såsom tur existerar inte! Batteriet besitter kemisk energi inom sig likt kunna användas mot för att transportera elektroner ifrån pluspolen mot minuspolen, därför för att elektronerna kunna flyta genom kretsen igen. Detta fortgår tills den kemiska energin inom batteriet existerar slut vid kemisk energi.

Nu kommer ett jämförelse vilket oss själva äger kommit vid, sålunda ni får ta den tillsammans med ett nypa salt:

Man kunna tänka sig ett slalombacke var människorna liksom gård nerför backen existerar laddningar. Batteriet(spänningskällan) existerar liften såsom transporterar dem glada skidåkarna upp igen.

Energi samt effekt

Energi

”Allt kostar pengar” fick jag lära mig redan inom unga kalenderår, dock detta existerar ej riktigt sant på grund av för att driva elektriska kretsar kostar energi! då mot modell ett belysning lyser kommer den elektriska energin vilket passerar den inom form eller gestalt från elektronerna för att värma upp glödtråden således för att den lyser. Elektrisk energi omvandlas alltså mot värmeenergi.

Nu bör oss titta vid hur man förmå ta reda vid hur många energi såsom förbrukas då lampan lyser:

I föregående avsnitt lärde oss oss att:

I detta på denna plats kapitlet lärde oss oss:

Vi ersätter  med  och får:

Effekt

Vi bör traska vidare samt härleda enstaka formel på grund av effekten likt utvecklas inom kretsen.

Nyss konstaterade oss att:

I förra kapitlet fastslog oss att:

Vi ersätter  med  och får:

Likström samt växelström

Hittills äger oss beskrivit likström, var oss inom kopplingsschemat äger strömriktningen likt ett positiv laddning skulle rört sig, dvs. ifrån pluspol mot minuspol. inom batteriet dras sedan laddningarna ifrån minuspol mot pluspol.

I vardagen används dock oftare växelström såsom går ut vid för att pluspol samt minuspol regelbundet byter ställe. Detta fullfölja för att laddningarna rör sig korta sträckor fram samt tillbaka. oss kallar den takt likt polerna byter lokal inom på grund av frekvens(svängningar per sekund). Enheten kallas till hertz(Hz). inom vanliga vägguttag äger oss växelström samt var existerar frekvensen 50 Hz, vilket innebär för att strömriktningen ändras gånger per sekund.

Du är kapabel nyttja formlerna på grund av påverkan samt energiomsättning även till växelström, dock ni får ni effektivvärden, vilket oss kommer vandra mer fördjupat in vid inom Fysik 2.

Att mäta ström samt spänning

Ström

För för att mäta strömmen inom enstaka krets använder man enstaka amperemeter. Denna bör seriekopplas tillsammans kretsen vid bas från för att all ström såsom går genom kretsen även bör vandra genom amperemetern.

BILD vid sidan , markerad såsom c.

Spänning

Spänningen mäts tillsammans med ett voltmeter. Denna bör kopplas sidled tillsammans med den detta från kretsen man önskar mäta spänningen ovan. inom bilden nedan äger oss parallellkopplat voltmetern tillsammans lampan, vilket utför för att oss mäter spänningen ovan lampan.

Ohm&#;s lag

Nu bör oss titta vid en känt samband mellan strömmen samt spänningen inom ett krets, nämligen Ohm´s team. på grund av för att utföra detta bör oss ordna en litet experiment.

Vi kopplar ihop ett spänningskälla var spänningen är kapabel varieras tillsammans med enstaka amperemeter samt ett voltmeter. oss börjar tillsammans med ett nedsänkt spänning samt noterar vid amperemetern hur massiv strömmen blir. Sedan ökar oss successivt samt noterar motsvarande ökning inom ström.

Om oss ritar in punkterna inom enstaka graf får oss nästa utseende:

Vi ser för att sambandet existerar linjärt samt går genom origo(koordinaten 0,0). idag fråga ni förstås vilket konstanten existerar liksom ger grafen sin lutning. detta existerar faktiskt resistansen(R), alternativt tillsammans med andra mening motståndet inom kretsen. Resistansen existerar detta motstånd laddningarna äger då dem flyter genom kretsen.

Ohm´s lag:

Enheten på grund av resistans existerar 1 ohm()

Exempel

I bilden nedan äger oss en kopplingsschema. Beräkna utifrån givna värden den utvecklade effekten inom kretsen.

Lösning

Först beräknar oss ut strömmen vilket går inom kretsen:

Sedan tidigare vet oss att:

Svar: Effekten såsom utvecklas inom kretsen existerar 10 watt.

Följ länken till för att nå ett film liksom vid en enkelt samt utmärkt sätt beskriver Ohm´s lag.

Elektrisk resultat inom resistorer

Nu bör oss leka lite tillsammans med dem formler oss besitter lärt oss! enstaka resistor existerar enstaka komponent liksom ger resistans inom ett krets. för tillfället bör oss titta vid numeriskt värde alternativa sätt för att räkna vid effekten likt förbrukas inom enstaka resistor.

Den klassiska varianten existerar ju:

Men idag vet ju oss för att man, i enlighet med Ohm´s team, lika väl förmå nedteckna angående spänningen samt strömmen vid nästa vis:

Om oss börjar tillsammans för att ersätta  med  

Nu ersätter oss istället  med  och ser vad liksom händer!

Nu besitter oss hittat numeriskt värde nya sätt för att räkna vid effekten inom resistorer:

Exempel

Elektrikern Jacob kopplar ett resistans vid  som tål  till enstaka krets. Hur massiv spänning tål resistorn?

Lösning

Svar: Ungefär V. Tänk vid för att ni ständigt måste avrunda neråt då detta gäller dessa typer från information då ni ej får svara tillsammans en större svar än kretsen tål.

Resistans inom metalltråd

Det förmå artikel många vettigt för att behärska räkna vid resistansen inom enstaka metalltråd då denna ofta fungerar liksom chef. oss bör försöka resonera oss fram mot vilka faktorer likt bör påverka resistansen. på denna plats kommer några tankar:

1.       relaterat till en tråd längd bör ju påverka. enstaka längre tråd bör utföra för att laddningarna hinner kollidera fler gånger samt tappa hastigheten. Alltså borde resistansen öka tillsammans med trådlängden.

2.       ett grövre tråd borde utföra för att fler laddningar kunna passera den samtidigt. Alltså borde resistansen minska ifall tråden existerar tjockare.

3.       Olika metaller leder ju ström olika utmärkt. Därför borde metallsorten även spela roll till hur massiv resistansen är.

Faktum existerar för att detta existerar dessa tre faktorer vilket avgör resistansen inom metalltråden:

(lilla rå) existerar inom denna formel metallens resistivitet, vilket existerar en mått vid metallens förmåga för att leda ström. ett låg resistivitet innebär för att metallen leder ström bra. ett hög resistivitet innebär ett dålig ledare.

Så fanns detta tillsammans den saken!

Serie- samt parallellkopplingar

Nu kommer oss möjligen mot kapitlets höjdpunkt, serie- samt parallellkopplingar, sålunda lystra! oss bör titta vid hur man bygger serie- samt parallellkopplingar samt hur man beräknar vid olika saker.

Seriekopplingar

En seriekoppling existerar då man kopplar elektriska komponenter inom serie, detta önskar yttra efter varandra. oss tittar vid kopplingsschemat nedan, var oss seriekopplat tre stycken belysning tillsammans med spänningskällan.

Strömmen

Om oss inledningsvis tittar vid hur massiv strömmen blir inom olika delar från kretsen förmå oss direkt konstatera för att eftersom inga laddningar försvinner således kommer identisk antal laddningar för att vandra genom resistor 1 likt 2 samt 3. Strömmen måste alltså artikel lika massiv överallt inom den seriekopplade kretsen. Laddningarna äger ju bara enstaka väg för att vandra samt varenda kommer därför passera varenda punkter från kretsen.

Alltså: Strömmen existerar lika massiv överallt inom den seriekopplade kretsen.

Spänningen

Spänningen existerar olidlig för att erhålla känna till hur massiv spänningen existerar inom ett seriekopplad krets! då oss pratar angående spänningar måste oss prata ifall delspänningar. ovan varenda resistor kommer detta för att ligga ner enstaka delspänning, samt varenda delspänningar tillsammans ger den totala spänningen inom kretsen liksom ligger ovan spänningskällan.

Resistansen

Alla tre resistorer inom vårt kopplingsschema kommer för att bidra mot enstaka totalresistans inom kretsen. Totalresistansen brukar kallas till ersättningsresistansen.

Exempel

Tre resistorer existerar seriekopplade i enlighet med kopplingsschemat nedan. Beräkna utvecklade effekten inom kretsen.

Lösning

Först måste oss lura ut hur massiv spänningen existerar inom kretsen. Detta utför oss genom Ohm´s team vilket säger att:

Eftersom detta existerar enstaka seriekoppling existerar strömmen lika massiv överallt inom kretsen och:

Om strömmen existerar  så gäller:

Sedan vet oss sedan tidigare att:

Svar: Effekten existerar 4,5 watt.

Parallellkoppling

I ett parallellkoppling kopplas elektriska komponenter sidled tillsammans med varandra. Man delar upp vägen på grund av laddningarna inom numeriskt värde alternativt flera delar liksom. oss bör även på denna plats titta vid hur massiv ström, spänning samt resistans blir.

Strömmen

Nu kommer ju laddningarna för att äga flera vägar för att välja vid. inom vår foto kommer laddningarna för att fördela sig vid väg en, numeriskt värde samt tre, vilket ger upphov mot I₁, I₂ samt I₃. eftersom inga laddningar försvinner kommer all ström för att vandra genom dem olika vägarna:

Spänningen

Vi tänker bara konstatera för att spänningen existerar lika massiv ovan varenda resistorer liksom existerar tillsammans inom parallellkopplingen.

Resistansen

Nu tänker oss oss för att resistorerna äger resistanserna R₁, R₂ samt R₃.

Om oss använder ersättningsresistansen till parallellkopplingen således vet oss i enlighet med Ohm´s team att:

Eftersom oss vet för att spänningen existerar lika massiv ovan samtliga resistorer vilket existerar parallellkopplade an oss då glatt konstatera att:

 kan tecknas som:

Vi kunna dividera bägge led tillsammans  och erhålla att:

Exempel

Uppgift inom fysikboken Heureka! existerar alldeles utmärkt!

Två resistorer existerar parallellkopplade i enlighet med figuren. Strömmen genom den större resistansen existerar .

a)      Hur massiv existerar spänningen ovan resistorerna?

b)      Hur massiv existerar strömmen genom den mindre resistorn?

c)       Hur massiv existerar strömmen genom spänningskällan?

Lösning

a)      Hur massiv existerar spänningen ovan resistorerna?

De bägge resistorerna existerar parallellkopplade tillsammans spänningskällan.

Spänningen ovan den större resistorn existerar i enlighet med Ohm´s lag:

Eftersom spänningen existerar lika massiv ovan samtliga komponenter likt existerar parallellkopplade existerar spänningen 3,6 volt även ovan andra resistorn samt ovan spänningskällan.

Svar: Spänningen existerar 3,6 volt.

Hur massiv existerar strömmen genom den mindre resistorn?

Eftersom oss vet för att spänningen ovan den mindre resistorn (liksom ovan den större) existerar 3,6 volt samt för att resistansen inom den mindre resistorn existerar 4,0 ohm således kunna oss återigen nyttja Ohm´s lag:

Svar: Strömmen genom den lilla resistorn existerar 0,90 ampere.

c) Hur massiv existerar strömmen genom spänningskällan?

I ett parallellkoppling kommer:

Detta gäller liksom tidigare sagt till för att ledningselektronerna bara förmå ta dessa numeriskt värde vägar, samt inga elektroner försvinner.

Svar: Den totala strömmen genom spänningskällan existerar 1,5 ampere

Lite kuriosa

Om ett belysning går sönder vilket existerar seriekopplad kommer strömmen brytas inom varenda seriekopplade belysning vid bas från för att strömmen ej är kapabel ta någon ytterligare väg än genom den glödtråd vilket besitter brustit. ifall lamporna istället existerar parallellkopplade kommer bara enstaka från vägarna för att försvinna då lampan går sönder. Då kommer dem andra lamporna för att lysa starkare då fler elektroner går genom dem, samt alltså ett större ström.

Att sammanföra kunskaper

Ibland är kapabel detta artikel utmärkt för att behärska sammanföra sina kunskaper, samt inom exemplet nedan bör ni erhålla chansen för att sammanföra dina kunskaper inom serie- samt parallellkopplingar!

Tips: då ni utför nedanstående data kunna detta existera smart för att nyttja dem numeriskt värde rutorna såsom sammanfattar spänning, ström samt resistans till seriekopplade, respektive parallellkopplade resistorer.

Exempel 1

Detta modell existerar även taget ifrån den utmärkta fysikboken Heureka! Uppgiften existerar inom boken samt lyder vilket följer:

Tre resistorer äger resistanserna 18 ohm, 20 ohm samt 30 ohm. dem besitter kopplats i enlighet med figuren samt ansluts mot spänningen 15V.

a)      Beräkna ersättningsresistansen.

b)      Hur massiv existerar strömmen genom resistorn tillsammans med resistansen 18 ohm?

c)       Beräkna strömmen genom fanns samt ett från dem parallellkopplade resistorerna.

Lösning

a)      Beräkna ersättningsresistansen.

Vi börjar tillsammans för att beräkna ersättningsresistansen till dem bägge parallellkopplade resistorerna. till dessa gäller:

För oss ger detta:

Genom förlängning mot minsta gemensamma nämnare får vi:

Om oss inverterar dessa får vi:

Denna resistans existerar i enlighet med figuren seriekopplad tillsammans med enstaka resistor vid 18 ohm.

För seriekopplade resistorer gäller:

I vårt fall ger detta:

Svar: Totalresistansen(ersättningsresistansen) inom kretsen existerar 30 ohm.

b) Hur massiv existerar strömmen genom resistorn tillsammans resistansen 18 ohm?

Lösning

Eftersom denna resistor existerar seriekopplad tillsammans spänningskällan kommer varenda ledningselektroner för att vandra genom den. All ström inom kretsen kommer alltså för att vandra genom den.

Vi vet för att spänningen ovan spänningskällan existerar 15V samt för att totalresistansen inom kretsen existerar 30 ohm.

Ohm´s team säger:

Detta ger till oss:

Svar: Strömmen genom resistorn existerar totalströmmen inom kretsen, nämligen 0,5A.

c) Beräkna strömmen genom fanns samt enstaka från dem parallellkopplade resistorerna.

Av dem 0,5 ampere såsom går genom kretsen kommer ett sektion för att välja för att vandra genom vardera från dem numeriskt värde parallellkopplade resistorerna. till för att räkna vid hur massiv ström liksom går genom dem bägge resistorerna måste oss inledningsvis känna till hur massiv spänning likt ligger ovan dem(spänningen blir lika massiv ovan bägge då dem existerar parallellkopplade):

De parallellkopplade resistorerna existerar seriekopplade tillsammans resistorn vid 18 ohm. oss är kapabel enkel räkna ut spänningen ovan denna:

(vi vet sedan tidigare för att strömmen genom resistorn existerar 0,5A, titta b)).

I ett seriekoppling gäller att:

Vi vet för att totalspänningen ovan batteriet existerar 15 V. inom vårt fall:

Spänningen ovan dem bägge parallellkopplade resistorerna existerar således 6V.

Nu existerar är kapabel oss enkelt räkna ut strömmen genom dem bägge resistorerna då oss vet resistanserna samt spänningen:

För den vid 20 ohm gäller:

Detta ger:

För den vid 30 ohm gäller:

Detta ger:

Svar: Strömmarna genom dem bägge resistorerna existerar 0,3A genom den mindre från dem parallellkopplade resistorerna samt 0,2A genom den större från dem två.

Exempel 2 (lite jobbigare!)

Beräkna spänningarna ovan resistorerna inom figuren nedan:

Lösning

Spänningen ovan R₁:

Denna resistor existerar seriekopplad tillsammans med spänningskällan vilket innebär för att all ström går genom den. i enlighet med Ohm´s team är:

Nu måste oss räkna ut ersättningsresistansen till den parallellkopplade delen var R₂, R₃ samt R₄ ingår:

R₂ samt R₃ är dock seriekopplade inom parallellkopplingen samt deras totala resistans är:

R₄ har även resistansen 50 ohm.

Vi är kapabel alltså yttra för att oss äger numeriskt värde parallellkopplade resistorer vid vardera 50 ohm.

Parallellkopplade resistorer besitter ersättningsresistansen:

För oss ger detta:

Genom för att vända (vända på) detta får oss att:

Ersättningsresistansen inom den parallellkopplade delen existerar alltså 25 ohm.

Denna ersättningsresistans existerar seriekopplad tillsammans med R₁på 10 ohm samt den totala resistansen inom kretsen existerar således:

….

För oss ger detta att

 Den totala spänningen inom kretsen blir då i enlighet med Ohm´s lag:

Om oss vet för att totalspänningen existerar  och även vet för att spänningen ovan R₁ existerar  så förmå oss räkna vid spänningen ovan den parallellkopplade delen eftersom denna existerar seriekopplad tillsammans R₁:

För seriekoppling gäller:

I vårt fall ger detta:

Spänningen ovan parallellkopplingen existerar 3,0V.

I ett parallellkoppling existerar spänningen lika massiv ovan samtliga grenar sålunda spänningen ovan R₄(som ingår inom parallellkopplingen) existerar 3,0V.

Spänningen ovan R₄ existerar 3,0V.

Nu äger oss fått spänningen ovan R₁ samt R₄, dock R₂ samt R₃ återstår.

I enstaka parallellkoppling är:

Eftersom oss vet för att spänningen existerar 3,0V ovan R₄ samt för att resistansen existerar 50 ohm förmå sägas för att strömmen genom denna sektion är:

Vi kallar denna ström på grund av I₁, samt strömmen genom den andra grenen från parallellkopplingen till I₂:

R₂ samt R₃ existerar egentligen numeriskt värde seriekopplade resistorer var strömmen existerar .

Denna ström flyter genom bägge resistorerna samt spänningen kunna återigen räknas ut tillsammans med Ohm´s lag:

Spänningen ovan R₂:

Spänningen ovan R₃:

Svar: R₁: 1,2V R₂:1,2V R₃:1,8V R₄:3,0V

Polspänning samt ems

Nu förstår oss för att ni antagligen existerar svintrött vid resistanser samt Ohm, samt allt annat inom elläran dock på denna plats kommer detta sista! på grund av din skull tar oss detta lite begränsad samt koncist.

Vi äger hittills tittat vid resistans ute inom kretsen såsom fullfölja för att mindre ström går genom den. idag bör oss titta vid den resistans vilket finns inom batteriet, den sålunda kallade inre resistansen. Den inre resistansen(R_i) kommer för att utföra för att batteriets spänning blir mindre.

Ju mer ström vilket går genom batteriet, desto större blir spänningsfallet i enlighet med Ohm´s lag:

Polspänning kallar man den spänning liksom batteriet får efter spänningsfallet vid bas från den inre resistansen.

EMS (elektromotorisk spänning) kallar man den spänning likt faktiskt alstras vid bas från kemiska processer inom en energikälla. ifall man sedan subtraherar spänningsfallet vid bas från den inre resistansen får man polspänningen.

Detta förmå tecknas såhär tillsammans ord:

Eller tillsammans fysikaliska beteckningar: