Princípios básicos de simplificação de circuitos
Os circuitos complexos da eletricidade física do ensino médio podem ser simplificados pelos seguintes princípios:
☀Primeiro: ignorando a resistência do fio, assume-se que o fio R é ≈0. A tensão no fio com corrente fluindo é zero, e a tensão no interruptor pode ser medida quando ele está aberto (sem outros pontos de interrupção no circuito).
☀Segundo: Quando a chave está fechada, ela equivale a um fio; quando a chave está aberta, é equivalente a um circuito aberto, que pode ser removido dos dois nós do circuito. Quando a chave está fechada e a corrente flui, a tensão na chave é zero, e a tensão na chave pode ser medida quando ela está aberta (não há outros pontos de interrupção no circuito).
☀Terceiro: A resistência interna do amperímetro é muito pequena. Ao analisar o modo de conexão do circuito, o local com o amperímetro pode ser considerado um fio.
☀Quarto: A resistência interna do voltímetro é muito grande. Ao analisar o modo de conexão do circuito, o local com o voltímetro pode ser considerado um circuito aberto e removido dos dois nós do circuito.
☀Quinto: Curto-circuito do aparelho elétrico (resistência): Quando o aparelho elétrico (resistência) e o fio (interruptor, amperímetro) estão conectados em paralelo, não há corrente passando pelo aparelho elétrico (conforme mostrado na figura abaixo) , e o aparelho elétrico pode ser removido dos dois nós do circuito ( remover).
☀Sexto: O segmento Pa do reostato deslizante é curto-circuitado pelo fio (haste de metal) e não funciona. Após retirar o segmento Pa, a figura a abaixo passa a ser a figura b.
☀Sétimo: Analise a relação entre corrente total, tensão total e corrente dividida e tensão dividida de acordo com as leis de corrente e tensão de circuitos em série e paralelos "tensão dividida em série, corrente conectada em paralelo".
☀Oitavo: Se o amperímetro estiver conectado em série com qualquer aparelho elétrico, meça a corrente desse aparelho elétrico, e se o voltímetro estiver conectado em paralelo com qualquer aparelho elétrico, meça a voltagem desse aparelho elétrico. A tensão medida pelo voltímetro pode ser julgada pelo método do escorregamento e pelo método da fonte.
☀Nona: Em princípio, o voltímetro deve ser conectado em paralelo no circuito. Ao medir a tensão da fonte de alimentação separadamente, ela pode ser conectada diretamente a ambas as extremidades da fonte de alimentação.
Em geral, se o voltímetro estiver conectado em série no circuito, a tensão medida é a tensão na fonte de alimentação (consulte as notas para obter detalhes). Se o amperímetro estiver conectado diretamente a ambas as extremidades da fonte de alimentação, ele será queimado e a fonte de alimentação entrará em curto-circuito, queimando a fonte de alimentação.
☀Décimo: Se não houver aparelhos elétricos (exceto interruptores e amperímetros) no fio (entre os nós), cada ponto no fio pode ser considerado um ponto, que pode ser combinado, separado, aumentado ou diminuído arbitrariamente. (Este método também é chamado de método do nó) Por exemplo:
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Etapas de simplificação do circuito
☀Etapa 1: Remova o interruptor desconectado de acordo com os requisitos do tópico e transforme o interruptor fechado em um fio.
☀Passo 2: Transforme o amperímetro em um fio (também pode ser guardado conforme o caso).
☀Etapa 3: Remova o voltímetro.
☀Etapa 4: Mesclar (ou transpor) os nós no fio. (Esta etapa é usada quando há muitos aparelhos elétricos no circuito e eles estão emaranhados uns nos outros)
☀Etapa 5: Desenhe um diagrama de circuito equivalente para determinar se os aparelhos elétricos estão conectados em série ou em paralelo.
☀Passo 6: Use os princípios 7 e 8 no circuito original para julgar qual corrente elétrica e tensão o amperímetro e o voltímetro medem.
☀Etapa 7: Adicione o voltímetro e o amperímetro ao diagrama de circuito equivalente e analise a relação entre cada amperímetro e a representação da tensão. (Princípio Sete)
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Palestras selecionadas sobre exemplos clássicos
☀Exemplo 1: No diagrama de circuito a seguir, depois que a chave S é fechada, a leitura do voltímetro V1 é de 2,5 V e a leitura de V2 é de 1 V. Se a leitura de A2 é 0.2A, qual é a leitura de A1? Encontre a tensão entre as duas lâmpadas.
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Análise: Etapa 1: Transforme o interruptor em um fio;
Passo 2: Transforme o amperímetro em um fio;
O terceiro passo é remover o voltímetro.
O quarto passo (omitido)
Etapa 5: Determine o método de conexão elétrica
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Obviamente, as duas lâmpadas estão ligadas em série no circuito.
Passo 6: De acordo com o princípio 4, saiba que o voltímetro V2 está desconectado, portanto não há corrente passando por A1, e a leitura é zero; de acordo com o método de deslizamento, sabe-se que V1 está conectado em paralelo com a fonte de alimentação e mede a tensão em ambas as extremidades da fonte de alimentação. V2 e L2 são conectados em paralelo e a tensão em L2 é medida.
Passo 7: O diagrama de circuito equivalente é o seguinte:
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De acordo com o diagrama de circuito equivalente, pode-se ver que o necessário I1=I2=0.2A
U1=2.5V-1V=1.5V U2=1V
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☀Exemplo 2: Conforme mostrado na figura, após o fechamento da chave s, a relação entre as seguintes representações de tensão é, e a relação entre as representações de corrente é ___.
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Análise: o primeiro passo: transformar o interruptor em um fio;
Passo 2: Transforme o amperímetro em um fio;
A terceira etapa: remova o voltímetro; a quarta etapa (omitida);
Etapa 5: Determine o modo de conexão de cada aparelho elétrico:
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Etapa 6: Julgue os objetos medidos pelo amperímetro e voltímetro de acordo com os princípios 7 e 8 e o método de deslizamento ou método de remoção da fonte.
① No circuito original, se o voltímetro for removido, pode-se verificar que os amperímetros A1 e A2 estão conectados em série com a lâmpada, portanto os números de representação de corrente são iguais;
② Usando o método de deslizamento, pode-se julgar que V1 mede a tensão em ambas as extremidades de L1, V2 mede a tensão em ambas as extremidades da fonte de alimentação e V3 mede a tensão em ambas as extremidades de L2.
Passo 7: O diagrama de circuito equivalente é o seguinte:
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☀Exemplo 3: Depois que a chave do circuito é fechada, as leituras de v1, v2 e v3 são 8V, 9V e 4V respectivamente, então quais são as tensões em ambas as extremidades de L1, L2 e L3?
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A relação de tensão necessária é: U2=U1 mais U3 I1=I2
Solução: De acordo com "Dez Princípios, Sete Passos", o diagrama de circuito equivalente do circuito pode ser obtido da seguinte forma:
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A partir do diagrama equivalente, as seguintes equações podem ser obtidas:
UL1 mais UL2=8V
UL2 mais UL3=9V
UL3=4V
Solução: UL1=3v UL2=5v UL3=4V
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☀Exemplo 4: Como mostra a figura, sabe-se que as duas lâmpadas L1 e L2 estão conectadas em série, então o julgamento correto entre os três amperímetros (amperímetro ou voltímetro) em ①, ② e ③ é ( )
A. ① é um amperímetro, ② e ③ são voltímetros;
B. ① e ③ são voltímetros e ② é um amperímetro;
C. ① e ② são amperímetros e ③ é um voltímetro;
D. ①② e ③ são ambos amperímetros
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Análise: Esta questão pode ser respondida pelo método de eliminação. Preencha as tabelas para a resposta para A
Entre as três posições, de acordo com os "dez princípios, sete etapas", o diagrama de circuito é simplificado para:
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Obviamente, não cabe no título.
Preencha as tabelas da resposta B na figura, o circuito pode ser simplificado como:
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Este método de preenchimento se encaixa no significado da pergunta.
Preencha as tabelas da resposta C no circuito, o circuito L1 está desconectado e o diagrama de circuito simplificado é o mesmo da resposta A, que não atende ao significado da pergunta. Preencha as tabelas das respostas para D na figura, a fonte de alimentação está em curto-circuito e nenhuma corrente flui pelas duas lâmpadas, o que não atende ao significado da pergunta. Então escolha a resposta B.
