Principis bàsics de la simplificació de circuits
Els circuits complexos de l'electricitat física de secundària es poden simplificar pels principis següents:
☀Primer: ignorant la resistència del cable, se suposa que el cable R és ≈0. La tensió a través del cable amb corrent que flueix és zero, i la tensió a través de l'interruptor es pot mesurar quan està obert (no hi ha altres punts d'interrupció al circuit).
☀Segon: quan l'interruptor està tancat, és equivalent a un cable; quan l'interruptor està obert, és equivalent a un circuit obert, que es pot treure dels dos nodes del circuit. Quan l'interruptor està tancat i el corrent flueix, la tensió a través de l'interruptor és zero i la tensió a través de l'interruptor es pot mesurar quan està obert (no hi ha altres punts d'interrupció al circuit).
☀Tercer: la resistència interna de l'amperímetre és molt petita. Quan s'analitza el mode de connexió del circuit, el lloc amb l'amperímetre es pot considerar com un cable.
☀Quart: la resistència interna del voltímetre és molt gran. Quan s'analitza el mode de connexió del circuit, el lloc amb el voltímetre es pot considerar com un circuit obert i es pot treure dels dos nodes del circuit.
☀ Cinquè: curtcircuit de l'aparell elèctric (resistència): quan l'aparell elèctric (resistència) i el cable (interruptor, amperímetre) estan connectats en paral·lel, no hi ha corrent que passa per l'aparell elèctric (com es mostra a la figura següent) , i l'aparell elèctric es pot treure dels dos nodes del circuit (eliminar).
☀Sisè: el segment Pa del reòstat lliscant està curtcircuitat pel cable (vareta metàl·lica) i no funciona. Després d'eliminar el segment Pa, la figura a de sota es converteix en la figura b.
☀Setè: analitzeu la relació entre el corrent total, la tensió total i el corrent dividit i la tensió dividida segons les lleis de corrent i tensió dels circuits en sèrie i paral·lel "tensió dividida en sèrie, corrent connectat en paral·lel".
☀Vuitè: si l'amperímetre està connectat en sèrie amb qualsevol aparell elèctric, mesura el corrent d'aquest aparell elèctric, i si el voltímetre està connectat en paral·lel amb qualsevol aparell elèctric, mesura la tensió d'aquest aparell elèctric. La tensió mesurada pel voltímetre es pot jutjar pel mètode de lliscament i el mètode de la font.
☀Novè: en principi, el voltímetre ha d'estar connectat en paral·lel al circuit. Quan es mesura la tensió de la font d'alimentació per separat, es pot connectar directament als dos extrems de la font d'alimentació.
En general, si el voltímetre està connectat en sèrie al circuit, la tensió mesurada és la tensió a través de la font d'alimentació (vegeu les notes per a més detalls). Si l'amperímetre està connectat directament als dos extrems de la font d'alimentació, es cremarà i la font d'alimentació es curtcircuitarà, cremant la font d'alimentació.
☀Desè: si no hi ha aparells elèctrics (excepte interruptors i amperímetres) al cable (entre nodes), llavors cada punt del cable es pot considerar com un punt, que es pot combinar, separar, augmentar o disminuir arbitràriament. (Aquest mètode també s'anomena mètode node) Per exemple:
02
Passos de simplificació del circuit
☀Pas 1: traieu l'interruptor desconnectat segons els requisits del tema i convertiu l'interruptor tancat en un cable.
☀Pas 2: converteix l'amperímetre en un cable (també es pot mantenir segons el cas).
☀Pas 3: traieu el voltímetre.
☀Pas 4: fusioneu (o transposeu) els nodes del cable. (Aquest pas s'utilitza quan hi ha molts aparells elèctrics al circuit i estan entrellaçats)
☀Pas 5: Dibuixa un esquema de circuit equivalent per determinar si els aparells elèctrics estan connectats en sèrie o en paral·lel.
☀Pas 6: utilitzeu els principis 7 i 8 del circuit original per jutjar quin corrent elèctric i tensió mesuren l'amperímetre i el voltímetre.
☀Pas 7: afegiu el voltímetre i l'amperímetre al diagrama de circuit equivalent i analitzeu la relació entre cada amperímetre i la representació de la tensió. (Principi set)
03
Conferències seleccionades sobre exemples clàssics
☀Exemple 1: al diagrama de circuit següent, després de tancar l'interruptor S, la lectura del voltímetre V1 és de 2,5 V i la lectura de V2 és d'1 V. Si la lectura d'A2 és 0.2A, quina és la lectura d'A1? Trobeu la tensió entre les dues bombetes.
imatge
Anàlisi: Pas 1: Converteix l'interruptor en un cable;
Pas 2: converteix l'amperímetre en un cable;
El tercer pas és treure el voltímetre.
El quart pas (omès)
Pas 5: determineu el mètode de connexió elèctrica
imatge
Evidentment, les dues bombetes estan connectades en sèrie al circuit.
Pas 6: segons el principi 4, sàpiga que el voltímetre V2 està desconnectat, de manera que no hi ha corrent que flueix per A1 i la lectura és zero; segons el mètode de lliscament, se sap que V1 està connectat en paral·lel amb la font d'alimentació i mesura la tensió als dos extrems de la font d'alimentació. V2 i L2 estan connectats en paral·lel i es mesura la tensió a través de L2.
Pas 7: el diagrama de circuit equivalent és el següent:
imatge
Segons l'esquema del circuit equivalent, es pot veure que la I1=I2=0.2A requerida
U1=2.5V-1V=1.5V U2=1V
imatge
☀Exemple 2: tal com es mostra a la figura, després de tancar l'interruptor s, la relació entre les representacions de tensió següents és, i la relació entre les representacions de corrent és ___.
imatge
Anàlisi: el primer pas: convertir l'interruptor en un cable;
Pas 2: converteix l'amperímetre en un cable;
El tercer pas: treure el voltímetre; el quart pas (omès);
Pas 5: Determineu el mode de connexió de cada aparell elèctric:
imatge
Pas 6: Jutgeu els objectes mesurats per l'amperímetre i el voltímetre segons els principis 7 i 8 i el mètode de lliscament o mètode d'eliminació de la font.
① Al circuit original, si s'elimina el voltímetre, es pot trobar que els amperímetres A1 i A2 estan connectats en sèrie amb la bombeta, de manera que els números de representació actuals són iguals;
② Mitjançant el mètode de lliscament, es pot jutjar que V1 mesura la tensió als dos extrems de L1, V2 mesura la tensió als dos extrems de la font d'alimentació i V3 mesura la tensió als dos extrems de L2.
Pas 7: el diagrama de circuit equivalent és el següent:
imatge
imatge
☀Exemple 3: després de tancar l'interruptor del circuit, les lectures de v1, v2 i v3 són 8V, 9V i 4V respectivament, doncs, quins són els voltatges als dos extrems de L1, L2 i L3?
imatge
La relació de tensió necessària és: U2=U1 més U3 I1=I2
Solució: segons "Deu principis, set passos", el diagrama de circuit equivalent del circuit es pot obtenir de la següent manera:
imatge
A partir del diagrama equivalent, es poden obtenir les equacions següents:
UL1 més UL2=8V
UL2 més UL3=9V
UL3=4V
Solució: UL1=3v UL2=5v UL3=4V
imatge
☀Exemple 4: Com es mostra a la figura, se sap que les dues bombetes L1 i L2 estan connectades en sèrie, llavors el judici correcte entre els tres amperímetres (amperímetre o voltímetre) a ①, ② i ③ és ( )
A. ① és un amperímetre, ② i ③ són voltímetres;
B. ① i ③ són voltímetres, i ② és un amperímetre;
C. ① i ② són amperímetres, i ③ és un voltímetre;
D. ①② i ③ són tots dos amperímetres
imatge
Anàlisi: aquesta pregunta es pot respondre mitjançant el mètode d'eliminació. Omple les taules per a la resposta a A
Entre les tres posicions, segons el diagrama de circuits "deu principis, set passos" es simplifica a:
imatge
Evidentment, no encaixa amb el títol.
Omple les taules de la resposta B a la figura, el circuit es pot simplificar de la següent manera:
imatge
Aquest mètode d'ompliment s'adapta al significat de la pregunta.
Ompliu les taules de la resposta C al circuit, el circuit L1 es desconnecta i l'esquema de circuit simplificat és el mateix que la resposta A, que no compleix el significat de la pregunta. Omple les taules de les respostes a D de la figura, la font d'alimentació està curtcircuitada i no passa corrent per les dues bombetes, cosa que no compleix el significat de la pregunta. Així que trieu la resposta B.
