Dit artikel licht toe wat spanningsval is en hoe spanningsval in een serieschakeling te berekenen. Telkens wanneer de spanning een weerstandselement in het circuit ontmoet, neemt de waarde af of "daalt".
In een serieschakeling zijn er verschillende weerstanden of impedanties. Elke keer dat er stroom doorheen gaat, neemt de spanning af. We moeten dus de waarde van een bepaalde weerstand weten en de stroom die er doorheen gaat om de spanningsval erover te berekenen. De spanningsval is de stroom vermenigvuldigd met de weerstand.
Wat is spanningsval?
Stel we verbinden een batterij met een weerstand via een draad. Elektronen hebben de neiging om van de negatieve naar de positieve kant van de batterij te stromen. Het is als een elektrische lading die van de positieve naar de negatieve pool gaat.
Wanneer een ladingseenheid de weerstand tegenkomt, stopt deze een tijdje. Wanneer het de weerstand passeert, komt en stopt een andere ladingseenheid. Op elk moment is de hoeveelheid lading aan het einde van de weerstand kleiner dan de lading aan het begin van de weerstand. Dit fenomeen creëert een "potentiaal- of spanningsdaling".
Lees meer over…..Is spanning constant in serie: volledige inzichten en veelgestelde vragen
Hoe de totale spanningsval in een serieschakeling te berekenen?
Totale spanningsval in een serieschakeling is de optelling van alle individuele spanningsdalingen veroorzaakt door de impedantieparameters. De som is ook gelijk aan de totale spanning die aan het circuit wordt geleverd of de spanning vóór een "daling".
Laten we de verschijnselen onderzoeken met behulp van een circuit. In het onderstaande circuit zijn er twee weerstanden, R1 van 100 ohm en R2 van 200 ohm, aangesloten op een voedingsspanning V van 30 volt. Stroom i = V/(R1 + R2) = 30/(100+200) = 0.1 A. Daarom daalt de spanning over R1 = ix R1 = 0.1 x 100 = 10V en over R2 = ix R2 = 0.1 x 200 = 20 V.
Hoe bereken je de spanningsval in een AC-serieschakeling?
AC of wisselstroom circuits zijn elektrische circuits met een AC-voedingsspanning. een AC serieschakeling bestaat uit elke combinatie van weerstand, inductor en condensator die is aangesloten via een serieconfiguratie.
Net als DC kunnen we de netto-impedantie van een AC-serieschakeling berekenen door ze op te tellen. De spanningsdalingen kunnen ook op een vergelijkbare manier worden gevonden. De spanningsval over elk element in een AC-serieschakeling is V = iZ, waarbij Z de netto-impedantie van de schakeling is en i de totale stroom die er doorheen stroomt.
Lees meer over…..Hoe spanning in een serieschakeling te berekenen: gedetailleerde feiten
Spanningsval in serie RLC-circuit:
RLC-circuit is een specifiek geval van AC-circuits. Een RLC-circuit bestaat uit weerstanden, condensatoren en inductoren die in serie zijn verbonden. Laten we het begrijpen spanningsval over een RLC-serieschakeling via een voorbeeld.
Het circuit heeft drie componenten die hieronder zijn getekend: een R ohm-weerstand, een L Henry-inductor en een C farad-condensator. We hebben eerder geweten dat de spanningsval over elk van hen = impedantie × stroom. Dus,
Spanningsval over de weerstand = iR, de spoel= iXL en de condensator = iXC waarbij XL= 2πfL en XC = 1/2fC
Hoe de spanningsval in een serieschakeling te berekenen - Numerieke voorbeelden
Q1. Drie weerstanden zijn in serie geschakeld met waarden als R1= 4 , R2= 5 , en R3 = 6 . Het circuit is verbonden met een 15 V-voeding. Ontdek de spanningsdalingen over de weerstanden.
Voor het berekenen van de potentiële dalingen over R1, R2en R3, we moeten eerst de stroom in het circuit verkrijgen. We weten het, stroom = netto spanning / equivalente weerstand
De equivalente weerstand Req = R1 + R2 + R3 = 4 + 5 + 6 = 15Ω
Daarom is de totale stroom = 15V/15Ω = 1A
Nu kunnen we de wet van ohm (V = IR) voor elke weerstand gebruiken en de spanningsdalingen erover vinden.
Dus V1 = ik x R1 = 1 x 4 = 4V
V2 = ik x R2 = 1 x 5 = 5V
V3 = ik x R3 = 1 x 6 = 6 V
Q2. Voor het onderstaande circuit is de spanningsval over de weerstand van 6 ohm 12 V. Ontdek de andere spanningsdalingen en bereken de totale spanningsval of voedingsspanning.
We weten dat de spanningsval over elke weerstand in de serieschakeling = weerstand × totale stroom
Als stroom i in het circuit vloeit, is de spanningsval over de weerstand van 6 ohm 6i.
6i = 12 of i = 2 amp
Daarom spanningsval over de weerstand van 2 ohm = 2 x 2 = 4 V
Spanningsval over de weerstand van 4 ohm = 2 x 4 = 8 V
dus het net spanningsval of de voedingsspanning = (12 + 4 + 8) = 24 V
Q3. De onderstaande afbeelding toont een RLC-serieschakeling met de volgende componenten: Een 120 V, 50 Hz AC-voeding, Een weerstand van 100 ohm, Een 20 μF condensator, Een spoel van 420 mH. Bereken spanningsdalingen over alle drie de impedanties.
Vroeger wisten we hoe het moest bereken spanningsdalingen voor een serie RLC-schakeling. De stroom vermenigvuldigd met de impedantie ( R of XL of XC) geeft ons de spanningsval. Laten we erachter komen XL en XC kopen.
XL= 2πfL (f is de frequentie van de AC-voeding)
Dus XL = 2 x π x 50 x 420 x 10^{-3} = 131.95 Ω
XC = 1/2 x π x 50 x 20 x 10^{-6} }= 159.15Ω
Daarom, netto impedantie,
Nu is er voor AC-circuits een entiteit die de fasehoek wordt genoemd. Het geeft een maat voor de hoek waarmee de stroom achterloopt op of voorloopt op de spanning. Fasehoek φ = arctan (XC - XL/ R)
φ = arctan(27.2/100) = 15.22°
Dus, huidige
daarom
Hier leidt stroom de spanning als XC > XL.
Lees meer over….Wat is spanning in serieschakeling: gedetailleerde feiten?
