اصول اولیه ساده سازی مدار
مدارهای پیچیده در برق فیزیکی دبیرستان را می توان با اصول زیر ساده کرد:
☀اول: با نادیده گرفتن مقاومت سیم، فرض می شود که سیم R ≈0 است. ولتاژ روی سیم با جریان جریان صفر است و ولتاژ دو سوییچ را می توان در حالت باز اندازه گیری کرد (هیچ نقطه شکست دیگری در مدار وجود ندارد).
☀دوم: وقتی سوئیچ بسته است، معادل یک سیم است. هنگامی که کلید باز است، معادل یک مدار باز است که می توان آن را از دو گره مدار جدا کرد. هنگامی که کلید بسته است و جریان جریان می یابد، ولتاژ دو سوی کلید صفر است و ولتاژ دو سوی کلید را می توان در حالت باز اندازه گیری کرد (هیچ نقطه شکست دیگری در مدار وجود ندارد).
☀سوم: مقاومت داخلی آمپرمتر بسیار کم است. هنگام تجزیه و تحلیل حالت اتصال مدار، مکان دارای آمپرمتر را می توان به عنوان یک سیم در نظر گرفت.
☀چهارم: مقاومت داخلی ولت متر بسیار زیاد است. هنگام تجزیه و تحلیل حالت اتصال مدار، مکان با ولت متر را می توان به عنوان یک مدار باز در نظر گرفت و از دو گره مدار حذف کرد.
☀پنجم: اتصال کوتاه وسیله برقی (مقاومت): هنگامی که وسیله برقی (مقاومت) و سیم (کلید، آمپرمتر) به صورت موازی وصل شوند، جریانی از دستگاه الکتریکی عبور نمی کند (مطابق شکل زیر) ، و دستگاه الکتریکی را می توان از دو گره مدار جدا کرد (حذف).
☀ششم: قطعه Pa رئوستات کشویی توسط سیم (میله فلزی) اتصال کوتاه دارد و کار نمی کند. پس از حذف قطعه Pa، شکل a زیر به شکل b تبدیل می شود.
☀هفتم: رابطه بین جریان کل، ولتاژ کل و جریان تقسیم شده و ولتاژ تقسیم شده را با توجه به قوانین جریان و ولتاژ مدارهای سری و موازی "ولتاژ تقسیم شده سری، جریان متصل موازی" تحلیل کنید.
☀هشتم: اگر آمپرمتر به هر وسیله برقی به صورت سری وصل است جریان آن وسیله برقی را اندازه گیری کنید و اگر ولت متر موازی با هر وسیله برقی وصل شد ولتاژ آن وسیله برقی را اندازه بگیرید. ولتاژ اندازه گیری شده توسط ولت متر را می توان با روش لغزش و روش منبع قضاوت کرد.
☀نهم: اصولاً لازم است ولت متر به صورت موازی در مدار وصل شود. هنگام اندازه گیری ولتاژ منبع تغذیه به طور جداگانه، می توان آن را مستقیماً به هر دو سر منبع تغذیه متصل کرد.
به طور کلی، اگر ولت متر به صورت سری در مدار متصل شود، ولتاژ اندازه گیری شده ولتاژ دو طرف منبع تغذیه است (برای جزئیات به یادداشت ها مراجعه کنید). اگر آمپرمتر مستقیماً به دو سر منبع تغذیه متصل شود، می سوزد و منبع تغذیه اتصال کوتاه پیدا می کند و منبع تغذیه را می سوزاند.
☀دهم: اگر هیچ وسیله الکتریکی (به جز کلید و آمپرمتر) روی سیم (بین گره ها) وجود نداشته باشد، هر نقطه از سیم را می توان به عنوان یک نقطه در نظر گرفت که می تواند خودسرانه با هم ترکیب، جدا، افزایش یا کاهش یابد. (به این روش روش گره نیز گفته می شود) به عنوان مثال:
02
مراحل ساده سازی مدار
☀مرحله 1: سوئیچ قطع شده را مطابق با الزامات موضوع بردارید و کلید بسته را به سیم تبدیل کنید.
☀مرحله 2: آمپرمتر را به سیم تبدیل کنید (همچنین می توان آن را بر حسب مورد نگه داشت).
☀مرحله 3: ولت متر را بردارید.
☀مرحله 4: گره های روی سیم را ادغام کنید (یا جابجا کنید). (از این مرحله زمانی استفاده می شود که وسایل برقی زیادی در مدار وجود داشته باشد و با یکدیگر در هم پیچیده باشند)
☀مرحله 5: برای تعیین اینکه آیا وسایل الکتریکی به صورت سری یا موازی به هم وصل شده اند، یک نمودار مدار معادل رسم کنید.
☀مرحله 6: از اصول 7 و 8 در مدار اصلی استفاده کنید تا قضاوت کنید که آمپرمتر و ولت متر کدام جریان الکتریکی و ولتاژ را اندازه می گیرند.
☀مرحله 7: ولت متر و آمپرمتر را به نمودار مدار معادل اضافه کنید و رابطه بین هر آمپرمتر و نمایش ولتاژ را تجزیه و تحلیل کنید. (اصل هفتم)
03
سخنرانی های منتخب در مورد نمونه های کلاسیک
☀مثال 1: در نمودار مدار زیر، پس از بسته شدن کلید S، قرائت ولت متر V1 2.5 ولت و قرائت V2 1 ولت است. اگر قرائت A2 0.2A باشد، قرائت A1 چیست؟ ولتاژ دو لامپ را پیدا کنید.
تصویر
تجزیه و تحلیل: مرحله 1: سوئیچ را به یک سیم تبدیل کنید.
مرحله 2: آمپر متر را به سیم تبدیل کنید.
مرحله سوم حذف ولت متر است.
مرحله چهارم (حذف شده)
مرحله 5: روش اتصال الکتریکی را تعیین کنید
تصویر
بدیهی است که دو لامپ به صورت سری در مدار به هم وصل شده اند.
مرحله 6: طبق اصل 4، بدانید که ولت متر V2 قطع شده است، بنابراین جریانی از A1 عبور نمی کند و قرائت صفر است. با توجه به روش لغزش، مشخص است که V1 به موازات منبع تغذیه متصل است و ولتاژ را در هر دو انتهای منبع تغذیه اندازه گیری کنید. V2 و L2 به صورت موازی به هم متصل می شوند و ولتاژ دو طرف L2 اندازه گیری می شود.
مرحله 7: نمودار مدار معادل به شرح زیر است:
تصویر
با توجه به نمودار مدار معادل، مشاهده می شود که I1=I2=0.2A مورد نیاز
U1=2.5V-1V=1.5V U2=1V
تصویر
☀مثال 2: همانطور که در شکل نشان داده شده است، پس از بسته شدن کلید s، رابطه بین نمایش های ولتاژ زیر است و رابطه بین نمایش های جریان ___ است.
تصویر
تجزیه و تحلیل: مرحله اول: سوئیچ را به سیم تبدیل کنید.
مرحله 2: آمپر متر را به سیم تبدیل کنید.
مرحله سوم: ولت متر را بردارید. مرحله چهارم (حذف شده)؛
مرحله 5: نحوه اتصال هر وسیله الکتریکی را تعیین کنید:
تصویر
مرحله 6: اجسام اندازه گیری شده توسط آمپرمتر و ولت متر را طبق اصول 7 و 8 و روش لغزش یا روش حذف منبع قضاوت کنید.
① در مدار اصلی، اگر ولت متر حذف شود، می توان دریافت که آمپرمترهای A1 و A2 به صورت سری به لامپ متصل هستند، بنابراین اعداد نمایش جریان برابر هستند.
② با استفاده از روش لغزش، می توان قضاوت کرد که V1 ولتاژ را در دو سر L1 اندازه می گیرد، V2 ولتاژ را در هر دو انتهای منبع تغذیه اندازه می گیرد و V3 ولتاژ را در هر دو انتهای L2 اندازه گیری می کند.
مرحله 7: نمودار مدار معادل به شرح زیر است:
تصویر
تصویر
☀مثال 3: پس از بسته شدن کلید مدار، قرائت های v1، v2، و v3 به ترتیب 8 ولت، 9 ولت و 4 ولت است، بنابراین ولتاژهای دو سر L1، L2 و L3 چقدر است؟
تصویر
رابطه ولتاژ مورد نیاز این است: U2=U1 به علاوه U3 I1=I2
راه حل: با توجه به "ده اصل، هفت مرحله"، نمودار مدار معادل مدار را می توان به صورت زیر بدست آورد:
تصویر
از نمودار معادل می توان معادلات زیر را به دست آورد:
UL1 به علاوه UL2=8V
UL2 به علاوه UL3=9V
UL3=4V
راه حل: UL1=3دربرابر UL2=5دربرابر UL3=4V
تصویر
☀مثال 4: همانطور که در شکل نشان داده شده است، مشخص است که دو لامپ L1 و L2 به صورت سری به هم متصل شده اند، سپس قضاوت صحیح بین سه آمپرمتر (آمپرمتر یا ولت متر) در ①، ② و ③ است ( )
A. ① آمپرمتر است، ② و ③ ولت متر هستند.
ب. ① و ③ ولت متر هستند و ② آمپرمتر است.
C. ① و ② آمپرمتر هستند و ③ یک ولت متر است.
D. ①② و ③ هر دو آمپرمتر هستند
تصویر
تجزیه و تحلیل: این سوال را می توان با روش حذف پاسخ داد. برای پاسخ به الف جداول را پر کنید
در بین سه موقعیت، با توجه به "ده اصل، هفت مرحله" نمودار مدار ساده شده است:
تصویر
بدیهی است که با عنوان مناسب نیست.
جداول پاسخ B را در شکل پر کنید، مدار را می توان به صورت زیر ساده کرد:
تصویر
این روش پر کردن با مفهوم سوال مطابقت دارد.
جداول پاسخ C را در مدار پر کنید، مدار L1 قطع شده است و نمودار مدار ساده شده همان پاسخ A است که با مفهوم سوال مطابقت ندارد. جداول پاسخ D را در شکل پر کنید، منبع تغذیه اتصال کوتاه است و جریانی از دو لامپ عبور نمی کند که با مفهوم سوال جواب نمی دهد. بنابراین پاسخ B را انتخاب کنید.
