Elektriska kretsar

I elektriska kretsar måste både laddning och energi bevaras. Därför kan serie- och parallellkopplingar analyseras systematiskt med ström, spänning, resistans och effekt.

Nivå 1b

Förstå → Se exempel → Träna

Förstå

Seriekoppling

I en seriekoppling finns bara en väg för laddningsflödet, så samma ström går genom alla komponenter. Källspänningen fördelas mellan komponenterna och resistansen summeras: R_tot = R₁ + R₂ + …

Parallellkoppling

I parallellgrenar är spänningen densamma över varje gren eftersom grenarnas ändpunkter sitter på samma potentialer. Strömmen delar upp sig och den totala strömmen är summan av grenströmmarna.

Kirchhoffs idéer

Laddningsbevarande ger att strömmarna in i en knutpunkt summerar till strömmarna ut. Energibevarande ger att summan av spänningsändringarna runt en sluten slinga är noll.

Elektrisk effekt

Effekten i en komponent är P = UI. För en ohmsk resistor kan även P = I²R och P = U²/R användas. Vilket uttryck som är enklast beror på vilka storheter som är kända.

Mätinstrument i kretsen

En ideal amperemeter har mycket liten resistans och kopplas i serie så att samma ström går genom mätaren. En ideal voltmeter har mycket stor resistans och kopplas parallellt över komponenten. Fel inkoppling kan förändra kretsen kraftigt, vilket visar att även själva mätningen är en del av det fysikaliska systemet.

Exempel

Exempel: två serieresistorer

Resistorerna 100 Ω och 200 Ω kopplas i serie över 12 V.
Total resistans är 300 Ω och strömmen genom båda blir I = 12/300 = 0,040 A.
Spänningsfallen blir 4,0 V respektive 8,0 V.
Summan 4,0 + 8,0 = 12 V visar energibevarandet runt kretsens slinga.

Så gör du

1Rita om kretsen så att serie- och parallellkopplingar blir tydliga.
2Markera knutpunkter, strömriktningar och relevanta spänningar.
3Förenkla resistorer stegvis eller använd Kirchhoffs lagar direkt.
4Beräkna effekt först när rätt ström och spänning för komponenten är kända.
5Kontrollera att ström bevaras i knutpunkter och att spänningssummor stämmer i slingor.