Điện áp trong Mạch Nối tiếp & Song song Hướng dẫn

Vật lýNgười mới bắt đầuThời gian đọc: 4 phút

Tổng quan

Điện áp là hiệu điện thế giữa hai điểm trong một mạch điện. Mối quan hệ giữa điện áp riêng lẻ và tổng điện áp khác nhau đáng kể tùy thuộc vào phương pháp kết nối. Thí nghiệm này sử dụng vôn kế thời gian thực để giúp bạn khám phá hiệu ứng phân chia điện áp trong mạch nối tiếp và đặc tính điện áp bằng nhau trong mạch song song.

Bối cảnh

Năm 1845, nhà vật lý người Đức Gustav Kirchhoff, ở tuổi 21, đã xây dựng Định luật Điện áp Kirchhoff (KVL) nổi tiếng: tổng đại số của sự tăng và giảm điện thế trong bất kỳ vòng kín nào bằng không. Định luật này đã đặt nền tảng lý thuyết cho sự phân chia điện áp trong mạch nối tiếp và sự cân bằng điện áp trong mạch song song. Trong kỷ nguyên điện báo, các kỹ sư đã sử dụng nguyên lý phân áp nối tiếp để truyền tín hiệu đường dài và tính chất điện áp bằng nhau song song để đảm bảo điện áp ổn định cho mọi nút. Ngày nay, các định luật này vẫn là nền tảng của thiết kế mạch điện tử.

Khái niệm chính

Điện áp đầu cực

U

Điện áp trên nguồn điện hoặc linh kiện mạch. Trong mô phỏng, tổng điện áp được điều khiển trực tiếp bởi thanh trượt điện áp nguồn.

Phân chia điện áp

U_n \propto R_n

Trong mạch nối tiếp, tổng điện áp được phân phối giữa các điện trở. Điện trở càng lớn, phần điện áp mà nó nhận được càng lớn.

Điện áp bằng nhau

U_1 = U_2 = U

Trong mạch song song, điện áp trên mỗi nhánh là bằng nhau và cũng bằng tổng điện áp.

Công thức và diễn giải

Định luật điện áp nối tiếp

U = U_1 + U_2

Trong mạch nối tiếp, tổng điện áp bằng tổng các điện áp riêng lẻ. Năng lượng giảm từng bước khi đi qua mỗi điện trở.

Định luật điện áp song song

U = U_1 = U_2

Trong mạch song song, điện áp trên mỗi nhánh là bằng nhau và bằng điện áp nguồn.

Các bước thí nghiệm

1
Thiết lập mạch nối tiếp
Chọn 'Mạch nối tiếp' trên bảng điều khiển. Ban đầu, cả hai điện trở đều là $10\Omega$ . Bạn có thể điều chỉnh $R_2$ thành $20\Omega$ hoặc giá trị khác. Đóng công tắc và quan sát số đọc của ba vôn kế $U$ , $U_1$ và $U_2$ . $U_1$ và $U_2$ cộng lại có bằng $U$ không?
2
Khám phá hiệu ứng điện trở
Ở chế độ nối tiếp, hãy thử thay đổi điện trở của $R_1$ hoặc $R_2$ . Bạn sẽ thấy: phần có điện trở lớn hơn có số đọc vôn kế ____? Điều này cho thấy các mạch nối tiếp phân phối điện áp tỷ lệ thuận với điện trở.
3
Chuyển sang mạch song song
Chuyển mạch sang 'Mạch song song'. Quan sát số đọc vôn kế trên $R_1$ và $R_2$ . Ngay cả khi giá trị điện trở của hai nhánh được đặt khác nhau, điện áp của chúng có duy trì nhất quán không?
4
Thay đổi tổng điện áp
Điều chỉnh thanh trượt điện áp nguồn. Quan sát cách điện áp trên mỗi nhánh trong mạch song song thay đổi theo tổng điện áp. Suy nghĩ: Mối quan hệ giữa điện áp nhánh và điện áp nguồn là gì?

Mục tiêu học tập

Hiểu mối quan hệ cộng của tổng điện áp và điện áp thành phần trong mạch nối tiếp
Nắm vững đặc tính vật lý rằng điện áp trên các nhánh song song là bằng nhau
Có khả năng dự đoán giá trị điện áp nối tiếp dựa trên tỷ lệ điện trở
Học cách sử dụng vôn kế ảo để đo hiệu điện thế trong mạch

Ứng dụng thực tế

Mạch phân áp: Các thiết bị điện tử thường sử dụng hai điện trở mắc nối tiếp để thu được điện áp tham chiếu thấp hơn
Ổ cắm gia đình: Tất cả các thiết bị đều được mắc song song với nguồn điện 220V (hoặc 110V) để đảm bảo mỗi thiết bị nhận được điện áp định mức
Mở rộng dải đo vôn kế: Một điện trở lớn được mắc nối tiếp với đầu đo để cho phép nó đo điện áp cao hơn

Sự hiểu lầm phổ biến

Sai

Trong mạch nối tiếp, điện áp trên tất cả các điện trở phải bằng nhau

Đúng

Sai. Điện áp chỉ được chia đều khi các điện trở nối tiếp bằng nhau. Các điện trở khác nhau dẫn đến sự phân bố điện áp khác nhau.

Sai

Trong mạch song song, nhánh có điện trở lớn hơn có điện áp lớn hơn

Đúng

Sai. Điện áp trên các nhánh song song hoàn toàn bằng nhau, bất kể điện trở. Điện trở chỉ ảnh hưởng đến dòng điện trong nhánh đó.

Đọc thêm

Sẵn sàng bắt đầu?

Bây giờ bạn đã nắm được kiến thức cơ bản, hãy bắt đầu thí nghiệm tương tác!

Bắt đầu thí nghiệm Bắt đầu trắc nghiệm