مقاطع تحصیلی
جستجو در منظومه
فصل 2مدار تک حلقه ای و افت پتانسیل در مقاومت: مدار ٔ ساده تک حلقه ای شکل 31 ــ2 را درباالتر پتانسیل I نظر بگیرید. این مدار شامل باتری آرمانی B با نیروی ٔ محرکه ℰ ، مقاومت R ، و دو سیم رابط است.فرض کنید می‌خواهیم از ٔ نقطه دلخواهی شروع کنیم و مدار را به طور ذهنی در یک جهت دور بزنیم+ _ a B R I ℰ و هرجا با اختالف پتانسیل ها مواجه شدیم، آنها را به طور جبری جمع کنیم. اگر از ٔ نقطه a مثال ً به طورپایین پتانسیل تر ساعتگرد شروع کنیم، نخست با باتری B مواجه می‌شویم.همان طور که دیدیم با حرکت از ٔ پایانه منفیشکل ــ2 31 مداری I تک حلقه ای که در باتری به سمت ٔ پایانه مثبت آن پتانسیل الکتریکی به ٔ اندازه ℰ + افزایش می‌یابد. وقتی در طول سیم باالییآن مقاومت R به دو سر باتری آرمانی B حرکت می‌کنیم، هیچ تغییر پتانسیلی وجود ندارد؛ زیرا در بستن مدارها فرض کرده ایم از سیم های رابطبا نیروی محرکۀ ℰ بسته شده است. جریان با مقاومت ناچیز استفاده شده است. وقتی از مقاومت می‌گذریم پتانسیل طبق ٔ رابطه = IR ∆V تغییرI در کل مدار یکسان است. می‌کند، ولی توجه کنید پتانسیل باید کاهش یابد؛ زیرا ما از طرف پتانسیل باالتر به سمت پتانسیل پایین ترحرکت کرده ایم (شکل .)32ــ2 بنابراین، در شکل ما تغییر پتانسیل هنگام عبور از مقاومت برابر با٠V ٢V - IR است؛ یعنی اصطالحاً در مقاومت افت پتانسیلی رخ می‌دهد. اگر با حرکت در طول سیم پایینی به+ ٔ نقطه a باز گردیم چون مقاومت این سیم نیز ناچیز فرض شده است باز تغییر پتانسیل نخواهیم داشت. با+ + بازگشت به ٔ نقطه ،a پتانسیل دوباره برابر با پتانسیل ٔ نقطه a می‌شود؛ یعنی می‌توان نوشت:١V ٣V + و با حذف V a از دو طرف ٔ معادله باال به ٔ رابطه زیر می‌رسیم: - IR = V a ℰ V a +نماد میدان الکتریکی - IR = 0 ℰاین شکل 32ــ2 مقاومت، با پتانسیل حرکت در پیوسته جهت کاهش جریان پیدا در این رابطه نشان می‌دهد که جمع جبری اختالف پتانسیل ها در مدار ما برابر با صفر است.می‌کند. توجه کنید که اگر حلقه را در خالف جهت نشان داده شده در شکل دور می‌زدیم به ٔ رابطه+ IR = 0 ℰ - می‌رسیدیم که همان ٔ رابطه باالست. در حالت کلی جمع جبری اختالف پتانسیل ها درهر حلقه صفر است. به این قاعده، ٔ قاعده حلقه می‌گویند. ٔ قاعده حلقه یا قانون ولتاژها بیان می‌دارد:در هر دور زدن کامل حلقه ای از مدار، جمع جبری اختالف پتانسیل های اجزای مدار صفر است.I نشان داده می‌شود که ٔ قاعده حلقه چیزی جز پایستگی انرژی نیست (تمرین 4ــ2 را ببینید).b + اکنون اگر باتری آرمانی مدار شکل 31 ــ2 را با یک باتری واقعی که مقاومت داخلی r داردr جایگزین کنیم (شکل ،)33ــ2 با به کاربستن ٔ قاعده حلقه به ٔ رابطه زیر می‌رسیم:R I 0 = IR - Ir - ℰℰ a _ همچنین می‌توانیم اختالف پتانسیل دوسر باتری را نیز به دست آوریم. اگر از ٔ نقطه a در جهت جریان II به سمت ٔ نقطه b حرکت کنیم، می‌توانیم با درنظر گرفتن اختالف پتانسیل ها ٔ رابطه زیر را بنویسیم:شکل 33ــ2 مدار تک حلقه ای شکل 31 ــ2 - Ir = V b ℰ V a +که باتری آرمانی آن با یک باتری واقعی و یاجایگزین شده است.)7ــ2(- I r ℰ V b - V a =در ّ حل مسئله های مدار تک حلقه ای همواره دو دستورالعمل ٔ ساده زیر را به کار می‌بندیم:١ــ هرگاه در مدار در جهت جریان از مقاومت مثال ً R بگذریم، پتانسیل به ٔ اندازه IR کاهش می‌یابد واگر در خالف جهت جریان حرکت کنیم پتانسیل به همان اندازه افزایش می‌یابد.64