Schemat obwodu: połączenia są ważniejsze od kształtu przewodów

Potrzebne wiadomości: Natężenie prądu, napięcie, opór i prosty obwód ze źródłem.

Najpierw symbole i węzły

Rezystor oznaczamy prostokątem, mierniki okręgami z literami A i V, wyłącznik przerwą z ruchomym stykiem, a ogniwo parą równoległych kresek: dłuższa oznacza biegun dodatni. Zwykły odcinek przewodu łączy punkty tego samego węzła w idealnym modelu. Kropka w rozgałęzieniu oznacza połączenie. Samo skrzyżowanie kresek bez kropki nie jest w tym rysunku połączeniem; przy wątpliwości lepiej przewody rozsunąć.

Przerysowanie bez zmiany połączeń

Zaznacz kolorem wszystkie odcinki tego samego idealnego węzła. Możesz je rozciągać i zginać na kartce bez zmiany modelu, ale nie możesz przenieść końca elementu do innego węzła. Dwa rezystory o obu wspólnych końcach są równoległe niezależnie od ich położenia na rysunku. Dwa elementy są w prostej gałęzi szeregowej, jeśli przez oba musi płynąć ten sam prąd i między nimi nie ma dodatkowej drogi odpływu.

Dobrym sprawdzianem jest lista połączeń: R₁ między B i C, R₂ między B i C, źródło między pozostałymi wskazanymi punktami. Porównaj ją przed przerysowaniem i po nim. Ładniejszy szkic jest użyteczny tylko wtedy, gdy opisuje ten sam obwód.

Amperomierz mierzy prąd gałęzi, woltomierz różnicę potencjałów

Żeby zmierzyć prąd rezystora, rozcinamy jego gałąź i włączamy w nią amperomierz. Aby zmierzyć napięcie rezystora, podłączamy woltomierz do obu jego końców. Idealny amperomierz ma zerowy opór, idealny woltomierz nieskończenie duży. W rysunku z idealnym V prąd płynący przez A jest więc prądem R. Dla rzeczywistego V amperomierz w tym położeniu mierzy sumę prądu R i prądu woltomierza.

Dla idealnego źródła 6 V i R=30 Ω, przy zamkniętym wyłączniku, wskazania wynoszą 0,20 A i 6 V. Po otwarciu wyłącznika prąd znika. Ponieważ B i C są nadal połączone rezystorem, ich napięcie w stanie ustalonym wynosi zero. Napięcie źródła nie musi wtedy występować na odbiorniku. Są to schematy edukacyjne: rzeczywiste próby wykonujemy wyłącznie na przygotowanym szkolnym źródle niskiego napięcia z ograniczeniem prądu, po odłączeniu zasilania na czas zmian. Nigdy nie łączymy amperomierza bezpośrednio między biegunami źródła.

Przerwa nie oznacza braku napięcia

Przy otwartym wyłączniku idealny prąd wynosi zero. Na rezystorze U=IR=0, ale na przerwie może wystąpić pełne napięcie źródła. Można to sprawdzić obchodząc pętlę: suma zmian potencjału pozostaje równa zero. Nie wolno przenieść wskazania woltomierza z rezystora na wyłącznik tylko dlatego, że oba są na tym samym rysunku.

Rzeczywisty miernik zmienia sieć

Woltomierz o skończonym R_V tworzy dodatkową gałąź. Dla 6 V, R=30 Ω oraz R_V=300 Ω prądy gałęzi wynoszą 0,20 A i 0,020 A. Amperomierz przed rozdzieleniem pokaże 0,220 A. Naiwne U/I=27,27 Ω jest oporem połączenia równoległego, nie samego R. To modelowo duże obciążenie dobrane do pokazania błędu.

Przesunięcie amperomierza do gałęzi R usuwa ten konkretny składnik prądu z odczytu, lecz jego własny opór może wprowadzić inną poprawkę. Dlatego dobór układu pomiarowego zależy od relacji oporów, a nie od jednej bezwyjątkowo najlepszej pozycji symbolu A.

Zadania do tego tematu

• Narysuj pomiar prądu i napięcia jednego rezystora
• Otwarty wyłącznik: gdzie jest napięcie?
• Dwa rezystory na krzywym rysunku: seria czy równoległość?

Dalsza lektura

Materiał referencyjny