Die Bestimmung des Gesamtwiderstands eines Schaltkreises ist eine der wichtigsten Aufgaben in elektrischen Schaltungen. Um dies zu tun, müssen Sie die Gesetze kennen und richtig anwenden, die elektrische Schaltkreise regeln.
Vor uns liegt die Aufgabe, den Gesamtwiderstand eines Kettenabschnitts anhand seiner Zeichnung zu bestimmen. Dazu sollten die folgenden Methoden verwendet werden: Summieren von Widerständen, Ersetzen von parallelen Widerständen durch äquivalente, einfachste Parallelwiderstand, Berechnung des Widerstands von in Reihe geschalteten Widerständen.
Um also den Gesamtwiderstand eines Schaltkreises zu bestimmen, ist es notwendig, jede Verbindung von Widerständen und Leitern in der Schaltungszeichnung unter Berücksichtigung ihres Typs (parallele oder serielle Verbindung) nacheinander zu betrachten. Beachten Sie auch, dass in einigen Fällen die Verwendung einer Widerstandsberechnungsformel für nicht standardmäßige Widerstandskombinationen erforderlich sein kann.
Wie kann ich den Widerstand eines Stromkreises bestimmen
Um den Widerstand eines Kettenabschnitts zu bestimmen, müssen Sie die Widerstandswerte der Elemente kennen, die in diesem Abschnitt enthalten sind. In einigen Fällen können diese Werte in einem Diagramm angegeben werden, z. B. als numerische Werte oder als Zeichen, die sie darstellen.
In den meisten Fällen sind die Widerstandswerte jedoch nicht direkt in der Schaltung aufgeführt. In diesem Fall müssen Sie bestimmte Methoden verwenden, um den Widerstand eines Kettenabschnitts zu bestimmen.
Die gebräuchlichste Methode ist die Verwendung der Kirchhof-Gesetze, des Omma-Gesetzes und des Knotengesetzes, sowie eine Kombination ihrer Wechselwirkung. Das Ohmma-Gesetz legt fest, dass die in einem Stromkreis erzeugte Spannung direkt proportional zum Strom und dem Widerstand eines Grundstücks ist. Dieses Gesetz kann auch verwendet werden, um den Widerstand zu finden, wenn die Größe von Spannung und Strom bekannt ist.
Eine weitere Möglichkeit, den Widerstand eines Kettenabschnitts zu bestimmen, besteht darin, spezielle Messgeräte wie Ohmmeter zu verwenden. Das Ohmmeter wird an die beiden Kontakte des Schaltkreises angeschlossen und das Gerät zeigt seinen Widerstand in den entsprechenden Messeinheiten an.
Es ist wichtig sich daran zu erinnern, dass sich der Widerstand eines Schaltkreises abhängig von vielen Faktoren wie Temperatur, Länge und Dicke der Leiter, ihren Materialien usw. ändern kann. Daher müssen alle diese Faktoren bei der Bestimmung des Widerstandes eines Kettenabschnitts berücksichtigt werden.
Schritt 1: Visuelle Analyse des Musters
Vor der Bestimmung des Gesamtwiderstands eines Kettenabschnitts muss das vorgestellte Muster sorgfältig analysiert werden. In diesem Stadium wird eine detaillierte Untersuchung und ein Verständnis der Schaltungskonfiguration helfen, später die richtige Methode zur Problemlösung zu bestimmen.
Die visuelle Analyse umfasst die folgenden Schritte:
- Bestimmen Sie den Typ der Schaltungselemente: Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten oder andere Elemente. Suchen Sie nach den Symbolen, die jeden von ihnen bezeichnen.
- Schätzen Sie die Anzahl der Elemente jedes Typs und deren Verbindungen. Möglicherweise müssen Sie Sonderzeichen verwenden, die Verbindungen zwischen Elementen (parallele oder serielle Verbindungen) kennzeichnen.
- Beachten Sie alle zusätzlichen Symbole oder Schaltungsbezeichnungen, die auf zusätzliche Elemente hinweisen können, z. B. Quellen elektromagnetischer Strahlung, Erdung oder Umschaltung.
- Bestimmen Sie alle bekannten Elementwerte wie Widerstand, Kapazität oder Induktivität, die in der Abbildung dargestellt oder in der Beschreibung angegeben werden können.
Die visuelle Analyse des Musters ermöglicht es Ihnen, ein grundlegendes Verständnis der Schaltungsstruktur zu erhalten und mögliche Lösungsmethoden für das Problem zu bestimmen. Denken Sie daran, dass die Genauigkeit des Ergebnisses direkt von der Gründlichkeit der Analyse und der korrekten Bestimmung aller wichtigen Details abhängt.
Schritt 2: Untersuchen der ohmschen Formel
Um den Gesamtwiderstand eines Kettenabschnitts anhand der Abbildung zu bestimmen, ist es notwendig, sich mit der ohmschen Formel vertraut zu machen. Die Ohm-Formel drückt die Beziehung zwischen Spannung, Stromstärke und Widerstand in einem Leiter aus.
Gemäß der Ohm-Formel ist die Stromstärke (I) gleich dem Verhältnis der Spannung (U) zum Widerstand (R) des Leiters:
I = U / R
I - stromstärke in Ampere (A)
U - spannung in Volt (V)
R - widerstand in Ohm (Ω)
Um das Problem zu lösen, den Gesamtwiderstand eines Stromkreises anhand der Abbildung zu bestimmen, müssen Sie die Spannungs- und Stromstärkenwerte in diesem Stromkreissegment kennen und die Regel zum Ersetzen von Widerständen verwenden, wenn ein Stromkreissegment mehrere Widerstände enthält.
Die ohmsche Formel und die Widerstandsersatzregel sind also die Grundlage für die Bestimmung des Gesamtwiderstands eines Kettenabschnitts anhand des Musters. Als nächstes betrachten wir, wie Sie diese Formeln am Beispiel eines bestimmten Schemas anwenden.
Schritt 3: Messen der Stromstärke
Ein Amperemeter wird verwendet, um die Stromstärke zu messen. Das Amperemeter wird parallel zum Stromkreisabschnitt angeschlossen, um die Stromstärke zu messen, die durch ihn fließt. Es ist wichtig zu berücksichtigen, dass das Amperemeter einen eigenen Innenwiderstand hat, der den gemessenen Wert der Stromstärke beeinflussen kann.
Um die Stromstärke genau zu messen, muss ein Amperemeter mit einem geeigneten Messbereich ausgewählt und richtig angeschlossen werden. Normalerweise hat ein Amperemeter mehrere Positionen auf der Skala, die verschiedene Messbereiche für die Stromstärke angeben (z. B. 1A, 0.1A, 0.01A usw.).
Achten Sie beim Anschluss des Amperemeters an den Stromkreis auf die Polarität der Verbindung. Der korrekte Anschluss des Amperemeters ermöglicht es, den genauen Wert der Stromstärke ohne Verzerrung zu erhalten.
Nachdem Sie das Amperemeter an einen Stromkreisabschnitt angeschlossen haben, müssen Sie die Stromversorgung einschalten und den auf der Amperemeterskala angezeigten Stromwert notieren. Dieser Wert wird in weiteren Berechnungen verwendet.
Es ist wichtig sich daran zu erinnern, dass die Strommessung unter Sicherheitsbedingungen durchgeführt werden muss. Verwenden Sie dazu Handschuhe, Schutzbrillen und befolgen Sie die Anweisungen in der Bedienungsanleitung des Amperemeters und der Stromversorgung.
Schritt 4: Spannungsmessung
Nachdem Sie den Stromkreis angeschlossen und das Oszilloskop konfiguriert haben, können Sie mit der Messung der Spannung am Stromkreisabschnitt beginnen. Verbinden Sie dazu die Oszilloskopsonden mit den Punkten auf dem Abschnitt des Stromkreises, zwischen denen Sie die Spannung messen möchten.
Bei der Spannungsmessung ist es wichtig, vorsichtig zu sein und alle Sicherheitsmaßnahmen einzuhalten. Stellen Sie sicher, dass das Oszilloskop und die Sonden korrekt und sicher angeschlossen sind, um einen Kurzschluss oder eine Beschädigung des Geräts zu vermeiden.
Wenn alles angeschlossen ist, schalten Sie das Oszilloskop ein und beginnen Sie mit der Aufnahme. Wenn Sie den Bildschirm des Oszilloskops beobachten, sehen Sie ein Diagramm der Spannungsänderung im Laufe der Zeit. Fixieren Sie die maximalen und minimalen Punkte des Diagramms, um die Spannungsamplitude am Schaltkreisabschnitt zu bestimmen.
Wiederholen Sie die Spannungsmessung an mehreren Teilen der Schaltung, um ein vollständigeres Bild zu erhalten.
Die Spannungsmessung hilft Ihnen, den Widerstand eines Stromkreises anhand des ohmschen Gesetzes (U = I * R) zu berechnen, wobei U die gemessene Spannung ist, I die Stromstärke an einem Stromkreisabschnitt ist (gemessen mit einem Amperemeter) und R der Widerstand des Stromkreises ist.
Schritt 5: Zählung des Widerstands
Nachdem jedem Widerstand an einem Schaltungsabschnitt ein Widerstandswert zugewiesen wurde, können Sie mit der Berechnung des Gesamtwiderstands dieses Abschnitts beginnen.
Für die serielle Verbindung von Widerständen entspricht der Gesamtwiderstand der Summe der Widerstände jedes Widerstands: Rallgemein = R1 + R2 + R3 + .
Für die Parallelschaltung von Widerständen wird der Gesamtwiderstand anhand der Formel berechnet: 1 / Rallgemein = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 + .
Nach dem Zählen des Widerstands können Sie diesen Wert verwenden, um die Schaltung weiter zu analysieren oder ein Problem zu lösen.
Schritt 6: Ergebnisse überprüfen
Nachdem Sie den Gesamtwiderstand des Schaltkreises anhand des Musters ermittelt haben, wird empfohlen, die Ergebnisse zu überprüfen. Dazu können die theoretisch erhaltenen Widerstandswerte mit den durch Messungen erhaltenen Werten verglichen werden.
Sie können Messungen mit einem Multimeter durchführen, indem Sie es an einen Schaltkreisabschnitt anschließen und seinen Widerstand messen. Vergleichen Sie dann die resultierenden Werte mit den theoretischen Werten. Wenn die Widerstände übereinstimmen oder nahe beieinander liegen, haben Sie den Gesamtwiderstand des Schaltkreises korrekt ermittelt.
Falls sich die Widerstände stark unterscheiden, haben Sie bei den Berechnungen möglicherweise einen Fehler gemacht. In diesem Fall wird empfohlen, alle Berechnungen zu wiederholen, die korrekte Verbindung der Schaltungselemente zu überprüfen und die Messungen erneut durchzuführen.
| Theoretischer Widerstandswert, Ohm | Gemessener Widerstandswert, Ohm |
|---|---|
| 10 | 10.5 |
| 20 | 20.2 |
| 30 | 29.8 |
Die obige Tabelle ist ein Beispiel für einen Vergleich von theoretischen und gemessenen Widerstandswerten für einen Schaltungsabschnitt. Sie können Ihre eigene Tabelle erstellen, um die Ergebnisse zu vergleichen.
