Questo articolo spiega cos'è la caduta di tensione e come calcolare la caduta di tensione in un circuito in serie. Ogni volta che la tensione incontra un elemento resistivo nel circuito, il valore diminuisce o "scende".
In un circuito in serie, ci sono diverse resistenze o impedenze. Ogni volta che la corrente li attraversa, la tensione diminuisce. Quindi, abbiamo bisogno di conoscere il valore di una particolare resistenza e la corrente che la attraversa per calcolare la caduta di tensione su di essa. La caduta di tensione è la corrente moltiplicata per la resistenza.
Cos'è la caduta di tensione?
Supponiamo di unire una batteria con un resistore attraverso un filo. Gli elettroni tendono a fluire dal lato negativo a quello positivo della batteria. È come una carica elettrica che va dal terminale positivo a quello negativo.
Quando un'unità di carica incontra il resistore, si ferma per un po'. Quando passa il resistore, un'altra unità di carica arriva e si ferma. In qualsiasi momento, la quantità di carica all'estremità del resistore è inferiore alla carica all'inizio del resistore. Questo fenomeno crea un "potenziale o caduta di tensione".
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Come calcolare la caduta di tensione totale in un circuito in serie?
La caduta di tensione totale in un circuito in serie è la somma di tutte le cadute di tensione individuali causate dai parametri di impedenza. Inoltre, la somma è uguale alla tensione totale fornita al circuito o alla tensione prima di qualsiasi "caduta".
Esaminiamo i fenomeni con l'aiuto di un circuito. Nel circuito sottostante, ci sono due resistori, R1 di 100 ohm e R2 di 200 ohm, collegato con un'alimentazione V di 30 volt. Corrente i = V/(R1 + R2) = 30/(100+200) = 0.1 A. Pertanto la tensione cade su R1 = ix R1 = 0.1 x 100 = 10 V e attraverso R2 = ix R2 = 0.1 x 200 = 20 V.
Come si calcola la caduta di tensione in un circuito in serie AC?
AC o corrente alternata i circuiti sono circuiti elettrici con una tensione di alimentazione CA. Un AC circuiti in serie è costituito da qualsiasi combinazione di resistore, induttore e condensatore collegati tramite configurazione in serie.
Proprio come DC, possiamo calcolare l'impedenza netta di un circuito in serie AC aggiungendoli. Anche le cadute di tensione possono essere rilevate in modo simile. La caduta di tensione su qualsiasi elemento in un circuito in serie AC è V= iZ, dove Z è l'impedenza netta del circuito e i è la corrente totale che lo attraversa.
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Caduta di tensione nel circuito RLC in serie:
Il circuito RLC è un caso particolare di circuiti CA. Un circuito RLC comprende resistori, condensatori e induttori collegati in serie. Cerchiamo di capire il cadute di tensione attraverso un circuito in serie RLC attraverso un esempio.
Il circuito ha tre componenti disegnati di seguito: un resistore R ohm, un induttore L Henry e un condensatore C farad. Abbiamo precedentemente saputo che la caduta di tensione su uno di essi = impedenza × corrente. Così,
Caduta di tensione attraverso il resistore = iR, l'induttore= iXL e il condensatore = iXC dove XL= 2πfL e XC = 1/ 2πfC
Come calcolare la caduta di tensione in un circuito in serie - Esempi numerici
Q1. Tre resistori sono collegati in serie con valori come R1= 4 Ω, R2= 5 , e R3 = 6 . Il circuito è collegato con un alimentatore da 15 V. Scopri le cadute di tensione attraverso i resistori.
Per calcolare le potenziali cadute su R1, R2e R3, dobbiamo prima ottenere la corrente nel circuito. Sappiamo che corrente = tensione netta/resistenza equivalente
La resistenza equivalente Req = R1 + R2 + R3 = 4 + 5 + 6 = 15Ω
Pertanto, corrente totale = 15V/15Ω = 1A
Ora, possiamo usare la legge di ohm (V = IR) per ogni resistore e trovare le cadute di tensione su di essi.
Quindi, V1 = io x R1 = 1x4 = 4V
V2 = io x R2 = 1x5 = 5V
V3 = io x R3 = 1 x 6 = 6 V
Q2. Per il circuito sottostante, la caduta di tensione attraverso il resistore da 6 ohm è di 12 V. Scopri le altre cadute di tensione e calcola la caduta di tensione totale o la tensione di alimentazione.
Sappiamo, la caduta di tensione su qualsiasi resistore nel circuito in serie = resistenza × corrente totale
Se la corrente i scorre nel circuito, la caduta di tensione attraverso il resistore da 6 ohm è 6i.
6i = 12 o i = 2 ampere
Pertanto, caduta di tensione attraverso il resistore da 2 ohm = 2 x 2 = 4 V
Caduta di tensione attraverso il resistore da 4 ohm = 2 x 4 = 8 V
Quindi la rete caduta di tensione oppure la tensione di alimentazione = (12 + 4 + 8) = 24 V
Q3. L'immagine seguente mostra un circuito della serie RLC con i seguenti componenti: Un'alimentazione CA da 120 V, 50 Hz, Un resistore da 100 ohm, Un condensatore da 20 μF, Un induttore da 420 mH. Calcola le cadute di tensione su tutte e tre le impedenze.
In precedenza sapevamo come calcolare le cadute di tensione per un circuito RLC in serie. La corrente moltiplicata per l'impedenza ( R o XL o XC) ci dà la caduta di tensione. Scopriamo XL e XC prima.
XL= 2πfL (f è la frequenza dell'alimentazione CA)
Quindi, 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
Pertanto, impedenza netta,
Ora, per i circuiti CA, esiste un'entità chiamata angolo di fase. Fornisce una misura dell'angolo di cui la corrente ritarda o anticipa la tensione. Angolo di fase φ = arctan (XC - XL/ R)
φ = arctan(27.2/100) = 15.22°
Quindi, attuale
Perciò,
Qui, la corrente conduce la tensione come XC > XL.
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