IL associazione di generatori elettrici riguarda il modo in cui questi dispositivi sono collegati a a circuito elettrico. A seconda delle necessità è possibile associare i generatori in serie o in parallelo. A Associazionenelgeneratori di serie, aggiungi il forze elettromotrici singoli generatori, così come i loro resistenze elettriche interni, nel caso in cui questi generatori siano reali.
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Concetto
L'associazione di generatori in serie garantisce che possiamo fornire un maggiore forza elettromotrice di quanto solo un generatore sarebbe in grado di offrire un circuito elettrico. Ad esempio: se un circuito funziona con una tensione elettrica di 4,5 V, e abbiamo solo batterie da 1,5 V, è possibile collegarle in serie in modo da applicare a questo circuito un potenziale di 4,5 V.
Un esempio semplice e didattico di associazione di generatori in serie è il series esperimento della batteria al limone lemon. In questa colleghiamo più limoni in serie in modo che il potenziale elettrico prodotto dai frutti sia abbastanza grande da accendere una piccola lampadina.
Se abbinati in serie, i limoni possono essere utilizzati per accendere una lampada.
Nell'associazione di generatori in serie, tutti i generatori sono collegato sullo stesso ramo del circuito, e per questo motivo, tutti saranno attraversato dallo stesso corrente elettrica. IL forza elettromotiva totale offerto al circuito è determinato dalla somma delle forze elettromotrici di ciascuno dei generatori.
Nonostante sia molto utile per molte applicazioni, il collegamento in serie di generatori reali implica un maggiore resistenza elettrica del circuito, e, quindi, una maggiore quantità di energia sarà dissipata sotto forma di calore, attraverso il effetto joule.
Vedi anche: La velocità della corrente elettrica
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Formule importanti
Secondo l'equazione caratteristica dei generatori, la forza elettromotrice (ε) rappresenta tutta l'energia che un generatore può produrre. Tuttavia, parte di questa energia viene dissipata (r.i) dalla resistenza interna dei generatori. In questo modo l'energia che viene fornita dal circuito è data dal tensione utile (U):
tutu — Tensione utile (V)
ε — forza elettromotrice (V)
rio — resistenza interna (Ω)
io — corrente elettrica (A)
Quando colleghiamo i generatori in serie, aggiungiamo semplicemente le loro forze elettromotrici e i potenziali dissipati dalle loro resistenze interne. In questo modo, troviamo il legge di pouillet. Secondo questa legge, l'intensità della corrente elettrica prodotta da un'associazione di n generatori può essere calcolata in base alla seguente espressione:
Σε — Somma delle forze elettromotrici (V)
Σrio —somma delle resistenze interne dei generatori (Ω)
ioT — corrente totale del circuito (A)
Analizzando l'espressione precedente, possiamo vedere che ci permette di calcolare la corrente elettrica che si forma nel circuito. Per fare ciò, racconta il somma delle forze elettromotrici divisa per la somma delle resistenze interne. Tuttavia, la legge mostrata si applica solo all'associazione di generatori in serie, se sono presenti resistenze esterne all'associazione di generatori. La corrente elettrica del circuito può essere calcolata utilizzando la seguente formula:
Req — Resistenza del circuito equivalente (Ω)
Un esempio di questa situazione è mostrato nella figura seguente. In esso abbiamo due generatori (batterie) collegati in serie che sono collegati a due resistenze elettriche (lampade), anch'esse collegate in serie.
In figura abbiamo due generatori associati in serie collegati a due lampade, anch'esse collegate in serie.
Sommario
Quando si associano generatori in serie, tutti i generatori sono collegati allo stesso ramo (filo).
In questo tipo di associazione tutti i generatori sono percorsi dalla stessa corrente elettrica.
Quando collegati in serie, la forza elettromotrice dell'associazione dei generatori è data dalla somma delle singole forze elettromotrici.
La resistenza equivalente dell'associazione di generatori in serie è data dalla somma delle singole resistenze.
In associazione in serie, la forza elettromotrice fornita al circuito aumenta. Tuttavia, aumenta anche la quantità di energia dissipata dall'effetto Joule.
Dai un'occhiata ad alcuni esercizi risolti sull'associazione dei generatori in serie di seguito e capisci di più sull'argomento.
Vedi anche:Trucchi con formule fisiche Physi
esercizi risolti
Domanda 1) Due generatori reali, come mostrato nella figura seguente, con forze elettromotrici pari a 10 V e 6 V, rispettivamente, e resistenze interne di 1 ciascuna, sono associate in serie e collegate ad una resistenza di 10 Ω. Calcola la corrente elettrica che passa attraverso questo resistore.
a) 12,5 A
b) 2,50 A
c) 1,33 A
d) 2,67 A
e) 3,45 A
Modello: lettera C
Risoluzione:
Calcoliamo la corrente elettrica totale nel circuito. Per questo utilizzeremo la legge di Pouillet per i generatori collegati in serie:
Nel calcolo effettuato abbiamo sommato le forze elettromotrici prodotte da ciascuno dei generatori (10 V e 6 V) e diviso questo valore dal modulo della resistenza equivalente del circuito (10 Ω) con la somma delle resistenze interne (1 Ω) del generatori. Quindi, troviamo una corrente elettrica di 1,33 A.
Domanda 2) Tre generatori identici, da 15 V ciascuno e 0,5 interna di resistenza interna, sono collegati in serie a un set di 3 resistori da 30 ciascuno, collegati in parallelo tra loro. Determina l'intensità della corrente elettrica che si forma nel circuito.
a) 2,8 A
b) 3,9 A
c) 1,7 A
d) 6,1 A
e) 4,6 A
Modello: Lettera b
Risoluzione:
Per risolvere questo esercizio è necessario prima determinare il modulo della resistenza equivalente dei tre resistori esterni. Poiché questi tre resistori da 30 sono collegati in parallelo, la resistenza equivalente di questa connessione sarà di 10 :
Fatto ciò, possiamo passare al passaggio successivo, in cui aggiungiamo i potenziali elettrici di ciascun generatore e dividiamo il risultato per la somma dell'equivalente e della resistenza interna:
Quando applichiamo i valori della legge di Pouillet, troviamo una corrente elettrica con un'intensità pari a 3,9 A. Pertanto, l'alternativa corretta è la lettera B.
Domanda 3) Due batterie identiche da 1,5 V ciascuna e resistenza interna di 0,1 sono associate in serie ad una lampada di resistenza pari a 10,0 Ω. La corrente elettrica che passa attraverso la lampada e la tensione elettrica tra i suoi terminali sono, rispettivamente, pari a:
a) 0,350 A e 2,50 V
b) 0,436 A e 4,36 V
c) 0,450 A e 4,50 V
d) 0,300 A e 5,0 V
e) 0,125 A e 1,25 V
Modello: Lettera b
Risoluzione:
Attraverso la legge di Pouillet, possiamo trovare il modulo della corrente elettrica che attraversa la lampada, osserva:
Il calcolo effettuato permette di determinare che la corrente elettrica che attraversa la lampada è di 0,436 A e che il potenziale elettrico tra i suoi terminali è di 4,36 V. Il risultato è coerente con il bilancio energetico dell'esercizio, poiché insieme le tre batterie possono erogare un massimo di 4,5 V.
Di Me. Rafael Helerbrock
