APAKAH PEMBAHAGI VOLTAN? (DENGAN CONTOH) - FIZIKAL - 2026

The voltan pembahagi atau voltan pembahagi terdiri daripada persatuan perintang atau galangan dalam siri disambungkan ke sumber. Dengan cara ini voltan V yang dibekalkan oleh sumber-voltan masukan- diagihkan secara berkadar dalam setiap elemen, menurut undang-undang Ohm:

Di mana V _i adalah voltan merentasi elemen litar, saya adalah arus yang mengalir melaluinya dan Z _i impedans yang sepadan.

Rajah 1. Pembahagi voltan resistif terdiri daripada perintang secara bersiri. Sumber: Wikimedia Commons.

Semasa mengatur sumber dan elemen dalam litar tertutup, undang-undang kedua Kirchhoff mesti dipenuhi, yang menyatakan bahawa jumlah semua voltan turun dan naik sama dengan 0.

Sebagai contoh, jika litar yang dipertimbangkan murni tahan dan terdapat sumber 12 volt, hanya dengan meletakkan dua perintang yang sama secara bersiri dengan sumber tersebut, voltan akan dibahagikan: setiap rintangan akan mempunyai 6 Volt. Dengan tiga perintang yang sama, masing-masing mendapat 4 V.

Oleh kerana sumbernya mewakili kenaikan voltan, maka V = +12 V. Dan di setiap perintang terdapat penurunan voltan yang diwakili oleh tanda-tanda negatif: - 6 V dan - 6 V masing-masing. Sangat mudah untuk melihat bahawa undang-undang kedua Kirchoff dipenuhi:

+12 V - 6 V - 6 V = 0 V

Di sinilah pembahagi voltan nama berasal, kerana dengan menggunakan perintang siri, voltan yang lebih rendah dapat diperoleh dengan mudah bermula dari sumber dengan voltan yang lebih tinggi.

Persamaan pembahagi voltan

Mari terus mempertimbangkan litar resistif semata-mata. Kita tahu bahawa arus I melalui rangkaian perintang siri yang disambungkan ke sumber seperti yang ditunjukkan dalam rajah 1 adalah sama. Dan menurut undang-undang Ohm dan undang-undang kedua Kirchoff:

V = IR ₁ + IR ₂ + IR ₃ + … IR _i

Di mana R ₁ , R ₂ … R _i mewakili setiap rintangan rangkaian litar. Oleh itu:

V = I ∑ R _i

Jadi arus berubah menjadi:

I = V / ∑ R _i

Sekarang mari kita mengira voltan di salah satu perintang, perintang R _i misalnya:

V _i = (V / ∑ R _i ) R _i

Persamaan sebelumnya ditulis semula dengan cara berikut dan kami sudah mempunyai peraturan pembahagi voltan untuk bateri dan perintang N dalam siri siap:

Pembahagi voltan dengan 2 perintang

Sekiranya kita mempunyai litar pembahagi voltan dengan 2 perintang, persamaan di atas menjadi:

Dan dalam kes khas di mana R ₁ = R ₂ , V _i = V / 2, tanpa mengira arus, seperti yang dikatakan pada awalnya. Ini adalah pembahagi voltan termudah.

Dalam rajah berikut adalah gambarajah pembahagi ini, di mana V, voltan masukan, dilambangkan sebagai V _dalam , dan V _i adalah voltan yang diperoleh dengan membahagi voltan antara perintang R ₁ dan R ₂ .

Rajah 2. Pembahagi voltan dengan 2 perintang secara bersiri. Sumber: Wikimedia Commons. Lihat halaman untuk pengarang / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/).

Contoh Berfungsi

Peraturan pembahagi voltan akan diterapkan dalam dua litar resistif untuk mendapatkan voltan yang lebih rendah.

- Contoh 1

Terdapat sumber 12 V, yang mesti dibahagikan kepada 7 V dan 5 V oleh dua perintang R ₁ dan R ₂ . Terdapat rintangan tetap 100 Ω dan rintangan berubah-ubah yang jaraknya antara 0 dan 1kΩ. Apa pilihan yang ada untuk mengkonfigurasi litar dan menetapkan nilai perintang R ₂ ?

Penyelesaian

Untuk menyelesaikan latihan ini, peraturan pembahagi voltan untuk dua perintang akan digunakan:

Katakan bahawa R ₁ adalah rintangan yang berada pada voltan 7 V dan di sana diletakkan rintangan tetap R ₁ = 100 Ω

Rintangan yang tidak diketahui R ₂ mestilah pada 5 V:

YR ₁ hingga 7 V:

5 (R ₂ +100) = 12 R ₂

500 = 7 R ₂

R ₂ = 71.43 Ω

Anda juga boleh menggunakan persamaan lain untuk mendapatkan nilai yang sama, atau mengganti hasil yang diperoleh untuk memeriksa persamaan.

Sekiranya sekarang rintangan tetap diletakkan sebagai R ₂ , maka R ₁ berada pada 7 V:

5 (100 + R ₁ ) = 100 x 12

500 + 5R ₁ = 1200

R ₁ = 140 Ω

Dengan cara yang sama, adalah mungkin untuk mengesahkan bahawa nilai ini memenuhi persamaan kedua. Kedua-dua nilai berada dalam jarak rintangan pemboleh ubah, oleh itu adalah mungkin untuk melaksanakan litar yang diminta dengan kedua cara.

- Contoh 2

Voltmeter arus terus DC untuk mengukur voltan dalam julat tertentu, berdasarkan pembahagi voltan. Untuk membina voltmeter seperti itu, diperlukan galvanometer, misalnya D'Arsonval.

Ia adalah meter yang mengesan arus elektrik, dilengkapi dengan skala bergraduat dan jarum penunjuk. Terdapat banyak model galvanometer, yang terdapat dalam gambar adalah model yang sangat sederhana, dengan dua terminal sambungan yang berada di bahagian belakang.

Rajah 3. Galvanometer jenis D'Arsonval. Sumber: F. Zapata.

Galvanometer yang mempunyai rintangan R dalaman _G maksimum semasa, yang bertoleransi hanya semasa kecil, yang dipanggil Saya _G . Oleh itu, voltan merentasi galvanometer adalah V _m = I _G R _G .

Untuk mengukur sebarang voltan, voltmeter diletakkan selari dengan elemen yang akan diukur dan rintangan dalamannya mestilah cukup besar untuk tidak menarik arus dari litar, jika tidak, ia akan mengubahnya.

Sekiranya kita ingin menggunakan galvanometer sebagai meter, voltan yang hendak diukur tidak boleh melebihi maksimum yang dibenarkan, yang merupakan pesongan maksimum jarum yang dimiliki alat ini. Tetapi kita menganggap bahawa V _m kecil, kerana I _G dan R _G adalah.

Namun, apabila galvanometer dihubungkan secara bersiri dengan perintang R _{S yang lain} , yang disebut perintang penghad, kita dapat memperluas julat pengukuran galvanometer dari V _m kecil hingga voltan ε yang lebih besar. Apabila voltan ini tercapai, jarum instrumen mengalami pesongan maksimum.

Skema reka bentuknya adalah seperti berikut:

Rajah 4. Reka bentuk voltmeter menggunakan galvanometer. Sumber: F. Zapata.

Pada rajah 4 di sebelah kiri, G adalah galvanometer dan R adalah rintangan di mana anda mahu mengukur voltan V _x .

Gambar di sebelah kanan menunjukkan bagaimana litar dengan G, R _G dan R _S setara dengan voltmeter, yang diletakkan selari dengan rintangan R.

Voltmeter Skala Penuh 1V

Sebagai contoh, anggap bahawa rintangan dalaman galvanometer adalah R _G = 50 Ω dan arus maksimum yang disokongnya ialah I _G = 1 mA, rintangan had RS untuk voltmeter yang dibina dengan galvanometer ini untuk mengukur voltan maksimum 1 V dikira Jadi:

I _G (R _S + R _G ) = 1 V

R _S = (1 V / 1 x 10 ^-3 A) - R _G

R _S = 1000 Ω - 50 Ω = 950 Ω

Rujukan

1. Alexander, C. 2006. Asas Litar Elektrik. Ke-3. Edisi. Bukit Mc Graw.
2. Boylestad, R. 2011. Pengantar Analisis Litar. Ke-2. Edisi. Pearson.
3. Dorf, R. 2006. Pengenalan Litar Elektrik. Ke-7. Edisi. John Wiley & Anak.
4. Edminister, J. 1996. Litar Elektrik. Seri Schaum. Ke-3. Edisi. Bukit Mc Graw
5. Figueroa, D. Siri Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Vol 5 Elektrostatik. Disunting oleh D. Figueroa. USB.
6. Hyperphysics. Reka bentuk voltmeter. Dipulihkan dari: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
7. Wikipedia. Pembahagi voltan. Dipulihkan dari: es.wikipedia.org.