DAS Verein von elektrische Generatoren betrifft, wie diese Geräte mit einem Elektrischer Kreislauf. Je nach Bedarf ist es möglich, die Generatoren in Reihe oder parallel zu schalten. Beim VerbandimSeriengeneratoren, addiere die elektromotorische Kräfte einzelne Generatoren sowie deren elektrische Widerstände intern, falls diese Generatoren real sind.
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Konzept
Die Reihenschaltung von Generatoren stellt sicher, dass wir eine größere elektromotorische Kraft als nur ein Generator einen Stromkreis bieten könnte. Zum Beispiel: Wenn ein Stromkreis mit einer elektrischen Spannung von 4,5 V betrieben wird und wir nur 1,5 V-Batterien haben, ist es möglich, diese in Reihe zu schalten, so dass wir an diesem Stromkreis ein Potenzial von 4,5 V anlegen.
Ein einfaches und didaktisches Beispiel für die Reihenschaltung von Generatoren ist das Zitronenbatterie experiment. In diesem schalten wir mehrere Zitronen in Reihe, so dass das von den Früchten erzeugte elektrische Potenzial groß genug ist, um eine kleine Glühbirne einzuschalten.
In Reihe gepaart können Zitronen zum Anzünden einer Lampe verwendet werden.
Im Verbund der Generatoren in Reihe sind alle Generatoren am gleichen Zweig des Stromkreises angeschlossen, und aus diesem Grund werden alle sein durchkreuzt vom selben elektrischer Strom. DAS elektromotorische Kraft Die Gesamtmenge, die der Schaltung angeboten wird, wird durch die Summe der elektromotorischen Kräfte jedes der Generatoren bestimmt.
Obwohl es für viele Anwendungen sehr nützlich ist, bedeutet die Reihenschaltung von echten Generatoren: erhöhter elektrischer Widerstand des Stromkreises, und daher wird eine größere Menge Energie in Form von Wärme abgeführt, durch die Joule-Effekt.
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Wichtige Formeln
Gemäß der charakteristischen Gleichung der Generatoren repräsentiert die elektromotorische Kraft (ε) die gesamte Energie, die ein Generator erzeugen kann. Ein Teil dieser Energie wird jedoch durch den Eigenwiderstand der Generatoren dissipiert (r.i). Auf diese Weise ist die von der Schaltung gelieferte Energie durch die Nutzspannung (U):
Udu — Nutzspannung (V)
ε — elektromotorische Kraft (V)
rich — Innenwiderstand (Ω)
ich — elektrischer Strom (A)
Wenn wir Generatoren in Reihe schalten, addieren wir nur ihre elektromotorischen Kräfte sowie die durch ihre Innenwiderstände dissipierten Potenziale. Auf diese Weise finden wir die das Gesetz von Pouillet. Nach diesem Gesetz kann die Stärke des elektrischen Stroms, der von einer Vereinigung von n Generatoren erzeugt wird, basierend auf dem folgenden Ausdruck berechnet werden:
Σε — Summe der elektromotorischen Kräfte (V)
Σrich —Summe der Innenwiderstände der Generatoren (Ω)
ichT — Gesamtstromkreis (A)
Wenn wir den vorherigen Ausdruck analysieren, können wir sehen, dass wir damit den elektrischen Strom berechnen können, der im Stromkreis gebildet wird. Dazu bezieht sie die Summe der elektromotorischen Kräfte geteilt durch die Summe der Innenwiderstände. Das gezeigte Gesetz gilt jedoch nur für die Reihenschaltung von Generatoren, wenn Widerstände außerhalb der Generatorenkombination vorhanden sind. Der elektrische Strom des Stromkreises kann mit folgender Formel berechnet werden:
Req — Ersatzstromkreiswiderstand (Ω)
Ein Beispiel für diese Situation ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Darin haben wir zwei in Reihe geschaltete Generatoren (Batterien), die mit zwei ebenfalls in Reihe geschalteten elektrischen Widerständen (Lampen) verbunden sind.
In der Abbildung haben wir zwei Generatoren, die in Reihe mit zwei Lampen verbunden sind, die ebenfalls in Reihe geschaltet sind.
Zusammenfassung
Bei der Reihenschaltung von Generatoren werden alle Generatoren an denselben Zweig (Draht) angeschlossen.
Bei dieser Art der Zuordnung werden alle Generatoren vom gleichen elektrischen Strom durchflossen.
Bei Reihenschaltung ergibt sich die elektromotorische Kraft des Generatorverbandes aus der Summe der einzelnen elektromotorischen Kräfte.
Der Ersatzwiderstand der Reihenschaltung von Generatoren ergibt sich aus der Summe der Einzelwiderstände.
Bei Reihenschaltung erhöht sich die der Schaltung zugeführte elektromotorische Kraft. Allerdings nimmt auch die durch den Joule-Effekt dissipierte Energiemenge zu.
Sehen Sie sich unten einige gelöste Übungen zur Zuordnung von Generatoren in Serien an und erfahren Sie mehr über das Thema.
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gelöste Übungen
Frage 1) Zwei reale Generatoren, wie in der folgenden Abbildung gezeigt, mit elektromotorischen Kräften von 10 V und 6 V, und Innenwiderstände von jeweils 1 Ω sind in Reihe geschaltet und mit einem Widerstand von. verbunden 10 Ω. Berechnen Sie den elektrischen Strom, der durch diesen Widerstand fließt.
a) 12,5 A
b) 2,50 A
c) 1,33 A
d) 2,67 A
e) 3,45 A
Vorlage: Buchstabe C
Auflösung:
Berechnen wir den gesamten elektrischen Strom in der Schaltung. Dazu verwenden wir das Gesetz von Pouillet für in Reihe geschaltete Generatoren:
Bei der Berechnung haben wir die von jedem der Generatoren erzeugten elektromotorischen Kräfte (10 V und 6 V) addiert und diese aufgeteilt Wert durch den Modul des Ersatzwiderstandes des Stromkreises (10 Ω) mit der Summe der Innenwiderstände (1 Ω) der Generatoren. Somit finden wir einen elektrischen Strom von 1,33 A.
Frage 2) Drei identische Generatoren mit je 15 V und einem Innenwiderstand von 0,5 Interna sind in Reihe zu einem Satz von 3 Widerständen mit je 30 geschaltet, die parallel zueinander geschaltet sind. Bestimmen Sie die Stärke des im Stromkreis gebildeten elektrischen Stroms.
a) 2,8 A
b) 3,9 A
c) 1,7 A
d) 6,1 A
e) 4,6 A
Vorlage: Buchstabe b
Auflösung:
Um diese Aufgabe zu lösen, muss zunächst der Modul des Ersatzwiderstands der drei externen Widerstände bestimmt werden. Da diese drei 30--Widerstände parallel geschaltet sind, beträgt der äquivalente Widerstand dieser Verbindung 10 Ω:
Sobald dies erledigt ist, können wir zum nächsten Schritt übergehen, in dem wir die elektrischen Potenziale jedes Generators addieren und das Ergebnis durch die Summe des Äquivalents und des Innenwiderstands teilen:
Wenn wir die Werte des Pouillet-Gesetzes anwenden, finden wir einen elektrischen Strom mit einer Intensität von 3,9 A. Daher ist die richtige Alternative der Buchstabe B.
Frage 3) Zwei identische Batterien von jeweils 1,5 V und einem Innenwiderstand von 0,1 sind in Reihe mit einer Lampe mit einem Widerstand von 10,0 verbunden. Der durch die Lampe fließende elektrische Strom und die elektrische Spannung zwischen ihren Anschlüssen sind gleich:
a) 0,350 A und 2,50 V
b) 0,436 A und 4,36 V
c) 0,450 A und 4,50 V
d) 0,300 A und 5,0 V
e) 0,125 A und 1,25 V
Vorlage: Buchstabe b
Auflösung:
Durch das Pouillet-Gesetz können wir das Modul des elektrischen Stroms finden, der durch die Lampe fließt, beachten Sie:
Die durchgeführte Berechnung ermöglicht es uns zu bestimmen, dass der durch die Lampe fließende elektrische Strom 0,436 A beträgt und dass das elektrische Potenzial zwischen ihren Anschlüssen 4,36 V beträgt. Das Ergebnis stimmt mit der Energiebilanz der Übung überein, da die drei Akkus zusammen maximal 4,5 V liefern können.
Von mir. Rafael Helerbrock
