หลักการพื้นฐานของการลดความซับซ้อนของวงจร
วงจรที่ซับซ้อนในไฟฟ้าเชิงฟิสิกส์ระดับมัธยมศึกษาตอนต้นสามารถทำให้ง่ายขึ้นได้ด้วยหลักการต่อไปนี้:
☀ประการแรก: ไม่สนใจความต้านทานของเส้นลวด ให้สันนิษฐานว่าเส้นลวด R คือ ≈0 แรงดันคร่อมสายไฟที่มีกระแสไฟฟ้าไหลเป็นศูนย์ และสามารถวัดแรงดันคร่อมสวิตช์ได้เมื่อเปิดสวิตช์ (ไม่มีจุดพักอื่นในวงจร)
☀วินาที: เมื่อปิดสวิตช์ จะเทียบเท่ากับสายไฟ เมื่อเปิดสวิตช์จะเท่ากับวงจรเปิดซึ่งสามารถถอดออกจากโหนดทั้งสองของวงจรได้ เมื่อสวิตช์ปิดและกระแสไหล แรงดันคร่อมสวิตช์จะเป็นศูนย์ และสามารถวัดแรงดันคร่อมสวิตช์ได้เมื่อเปิดสวิตช์ (ไม่มีเบรกพอยต์อื่นในวงจร)
ประการที่สาม: ความต้านทานภายในของแอมมิเตอร์มีขนาดเล็กมาก เมื่อวิเคราะห์โหมดการเชื่อมต่อของวงจรสถานที่ที่มีแอมมิเตอร์สามารถถือเป็นสายไฟได้
☀ ประการที่สี่: ความต้านทานภายในของโวลต์มิเตอร์นั้นสูงมาก เมื่อวิเคราะห์โหมดการเชื่อมต่อของวงจรสถานที่ที่มีโวลต์มิเตอร์สามารถถือเป็นวงจรเปิดและนำออกจากโหนดทั้งสองของวงจร
☀ ประการที่ห้า: การลัดวงจรของเครื่องใช้ไฟฟ้า (ความต้านทาน): เมื่อเครื่องใช้ไฟฟ้า (ความต้านทาน) และสายไฟ (สวิตช์, แอมมิเตอร์) ต่อขนานกัน จะไม่มีกระแสไฟฟ้าผ่านอุปกรณ์ไฟฟ้า (ดังแสดงในรูปด้านล่าง) และสามารถถอดอุปกรณ์ไฟฟ้าออกจากโหนดทั้งสองของวงจรได้ ( ลบ)
☀ ประการที่หก: ส่วน Pa ของรีโอสแตทแบบเลื่อนถูกลวด (แท่งโลหะ) ลัดวงจรและไม่ทำงาน หลังจากลบเซกเมนต์ Pa แล้ว รูป a ด้านล่างจะกลายเป็นรูป b
☀ ประการที่เจ็ด: วิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสรวม แรงดันรวม และกระแสแบ่งและแรงดันแบ่งตามกฎหมายกระแสและแรงดันของวงจรอนุกรมและวงจรขนาน "แรงดันแบ่งอนุกรม กระแสต่อขนาน"
☀ข้อที่แปด: ถ้าแอมมิเตอร์ต่ออนุกรมกับเครื่องใช้ไฟฟ้าใดๆ ให้วัดกระแสของเครื่องใช้ไฟฟ้านั้น และถ้าโวลต์มิเตอร์ต่อขนานกับเครื่องใช้ไฟฟ้าใดๆ ให้วัดแรงดันของเครื่องใช้ไฟฟ้านั้น แรงดันไฟฟ้าที่วัดโดยโวลต์มิเตอร์สามารถตัดสินได้โดยวิธีสลิปและวิธีแหล่งที่มา
☀Ninth: โดยหลักการแล้วจำเป็นต้องต่อโวลต์มิเตอร์แบบขนานในวงจร เมื่อวัดแรงดันไฟแยกจากกัน สามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับปลายทั้งสองของแหล่งจ่ายไฟ
โดยทั่วไป ถ้าต่อโวลต์มิเตอร์แบบอนุกรมในวงจร แรงดันที่วัดได้คือแรงดันคร่อมแหล่งจ่ายไฟ (ดูรายละเอียดในหมายเหตุ) ถ้าแอมมิเตอร์เชื่อมต่อโดยตรงกับปลายทั้งสองด้านของแหล่งจ่ายไฟ แอมมิเตอร์จะถูกเผาไหม้ และแหล่งจ่ายไฟจะลัดวงจร ทำให้แหล่งจ่ายไฟดับ
☀สิบ: หากไม่มีเครื่องใช้ไฟฟ้า (ยกเว้นสวิตช์และแอมมิเตอร์) บนเส้นลวด (ระหว่างโหนด) แต่ละจุดบนเส้นลวดจะถือเป็นจุด ซึ่งสามารถรวม แยก เพิ่ม หรือลดได้ตามอำเภอใจ (วิธีนี้เรียกอีกอย่างว่าวิธีโหนด) ตัวอย่างเช่น:
02
ขั้นตอนการทำให้วงจรง่ายขึ้น
☀ขั้นตอนที่ 1: ถอดสวิตช์ที่ตัดการเชื่อมต่อออกตามข้อกำหนดของหัวข้อ และหมุนสวิตช์ที่ปิดเป็นสายไฟ
☀ขั้นตอนที่ 2: หมุนแอมมิเตอร์เป็นสาย (สามารถเก็บไว้ได้แล้วแต่กรณี)
☀ขั้นตอนที่ 3: ถอดโวลต์มิเตอร์ออก
☀ขั้นตอนที่ 4: รวม (หรือย้าย) โหนดบนเส้นลวด (ขั้นตอนนี้ใช้ในกรณีที่มีเครื่องใช้ไฟฟ้าจำนวนมากในวงจรและพันกันยุ่งเหยิง)
☀ขั้นตอนที่ 5: วาดแผนภาพวงจรสมมูลเพื่อพิจารณาว่าเครื่องใช้ไฟฟ้าเชื่อมต่อแบบอนุกรมหรือแบบขนาน
☀ขั้นตอนที่ 6: ใช้หลักการ 7 และ 8 ในวงจรเดิมเพื่อตัดสินว่ากระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าใดที่แอมมิเตอร์และโวลต์มิเตอร์วัดได้
☀ขั้นตอนที่ 7: เพิ่มโวลต์มิเตอร์และแอมมิเตอร์ในแผนภาพวงจรสมมูล และวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างแอมมิเตอร์แต่ละตัวกับการแสดงแรงดันไฟฟ้า (หลักการเจ็ด)
03
การบรรยายที่เลือกในตัวอย่างคลาสสิก
☀ตัวอย่างที่ 1: ในแผนภาพวงจรต่อไปนี้ หลังจากปิดสวิตช์ S การอ่านค่าโวลต์มิเตอร์ V1 คือ 2.5V และการอ่านค่า V2 คือ 1V ถ้าค่าของ A2 คือ 0.2A ค่าของ A1 จะเป็นเท่าใด ค้นหาแรงดันไฟที่ตกคร่อมหลอดไฟทั้งสองดวง
รูปภาพ
การวิเคราะห์: ขั้นตอนที่ 1: หมุนสวิตช์เป็นสายไฟ
ขั้นตอนที่ 2: หมุนแอมมิเตอร์เป็นสายไฟ
ขั้นตอนที่สามคือการถอดโวลต์มิเตอร์ออก
ขั้นตอนที่สี่ (ละไว้)
ขั้นตอนที่ 5: กำหนดวิธีการเชื่อมต่อไฟฟ้า
รูปภาพ
เห็นได้ชัดว่าหลอดไฟสองดวงต่ออนุกรมกันในวงจร
ขั้นตอนที่ 6: ตามหลักการที่ 4 ทราบว่าโวลต์มิเตอร์ V2 ถูกตัดการเชื่อมต่อ ดังนั้นจึงไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน A1 และค่าที่อ่านได้จะเป็นศูนย์ ตามวิธีการสลิปเป็นที่ทราบกันว่า V1 เชื่อมต่อแบบขนานกับแหล่งจ่ายไฟและวัดแรงดันไฟฟ้าที่ปลายทั้งสองของแหล่งจ่ายไฟ V2 และ L2 เชื่อมต่อแบบขนาน และวัดแรงดันคร่อม L2
ขั้นตอนที่ 7: แผนภาพวงจรสมมูลเป็นดังนี้:
รูปภาพ
จากแผนภาพวงจรสมมูล จะเห็นได้ว่า I1=I2=0.2A ที่ต้องการ
U1=2.5V-1V=1.5V U2=1V
รูปภาพ
☀ตัวอย่างที่ 2: ดังที่แสดงในรูป หลังจากปิดสวิตช์แล้ว ความสัมพันธ์ระหว่างการแสดงแรงดันไฟฟ้าต่อไปนี้คือ และความสัมพันธ์ระหว่างการแสดงกระแสไฟฟ้าคือ ___
รูปภาพ
การวิเคราะห์: ขั้นตอนแรก: เปิดสวิตช์เป็นลวด
ขั้นตอนที่ 2: หมุนแอมมิเตอร์เป็นสายไฟ
ขั้นตอนที่สาม: ถอดโวลต์มิเตอร์ออก ขั้นตอนที่สี่ (ข้าม);
ขั้นตอนที่ 5: กำหนดโหมดการเชื่อมต่อของเครื่องใช้ไฟฟ้าแต่ละเครื่อง:
รูปภาพ
ขั้นตอนที่ 6: ตัดสินวัตถุที่วัดด้วยแอมมิเตอร์และโวลต์มิเตอร์ตามหลักการข้อ 7 และ 8 ด้วยวิธีสลิปหรือวิธีถอดแหล่งที่มา
① ในวงจรเดิม หากถอดโวลต์มิเตอร์ออก จะพบว่าแอมมิเตอร์ A1 และ A2 ต่ออนุกรมกับหลอดไฟ ดังนั้นตัวเลขที่แสดงในปัจจุบันจึงเท่ากัน
② เมื่อใช้วิธีสลิป สามารถตัดสินได้ว่า V1 วัดแรงดันที่ปลายทั้งสองของ L1, V2 วัดแรงดันที่ปลายทั้งสองของแหล่งจ่ายไฟ และ V3 วัดแรงดันที่ปลายทั้งสองของ L2
ขั้นตอนที่ 7: แผนภาพวงจรสมมูลเป็นดังนี้:
รูปภาพ
รูปภาพ
☀ตัวอย่างที่ 3: หลังจากปิดสวิตช์วงจร ค่าที่อ่านได้ของ v1, v2 และ v3 คือ 8V, 9V และ 4V ตามลำดับ ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าที่ปลายทั้งสองของ L1, L2 และ L3 จึงเป็นเท่าใด
รูปภาพ
ความสัมพันธ์ของแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการคือ: U2=U1 บวก U3 I1=I2
วิธีแก้ไข: ตาม "หลักการสิบประการ เจ็ดขั้นตอน" สามารถรับแผนภาพวงจรสมมูลของวงจรได้ดังนี้:
รูปภาพ
จากแผนภาพสมมูลจะได้สมการต่อไปนี้
UL1 บวก UL2=8V
UL2 บวก UL3=9V
UL3=4V
วิธีแก้ปัญหา: UL1=3v UL2=5v UL3=4V
รูปภาพ
☀ตัวอย่างที่ 4: ดังที่แสดงในรูป เป็นที่ทราบกันว่าหลอดไฟ L1 และ L2 สองหลอดต่ออนุกรมกัน ดังนั้นการตัดสินที่ถูกต้องระหว่างแอมมิเตอร์สามตัว (แอมมิเตอร์หรือโวลต์มิเตอร์) ใน ①, ② และ ③ คือ ( )
A. ① คือแอมมิเตอร์ ② และ ③ คือโวลต์มิเตอร์
B. ① และ ③ เป็นโวลต์มิเตอร์ และ ② เป็นแอมมิเตอร์
ค. ① และ ② เป็นแอมมิเตอร์ และ ③ เป็นโวลต์มิเตอร์
ง. ①② และ ③ เป็นแอมมิเตอร์ทั้งคู่
รูปภาพ
การวิเคราะห์: คำถามนี้สามารถตอบได้ด้วยวิธีการกำจัด เติมตารางสำหรับคำตอบของ A
ในบรรดาสามตำแหน่งตามแผนภาพวงจร "หลักการสิบเจ็ดขั้นตอน" จะง่ายขึ้นเป็น:
รูปภาพ
เห็นได้ชัดว่ามันไม่เหมาะกับชื่อเรื่อง
เติมตารางคำตอบ B ลงในรูป วงจรสามารถถูกทำให้ง่ายได้ดังนี้:
รูปภาพ
วิธีการเติมนี้ตรงกับความหมายของคำถาม
เติมตารางคำตอบ C ลงในวงจร วงจร L1 ถูกตัดการเชื่อมต่อ และแผนภาพวงจรอย่างง่ายเหมือนกับคำตอบ A ซึ่งไม่ตรงตามความหมายของคำถาม เติมตารางคำตอบของ D ลงในภาพ แหล่งจ่ายไฟลัดวงจรและไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านหลอดไฟทั้งสองดวง ซึ่งไม่ตรงตามความหมายของคำถาม ดังนั้นเลือกตอบ ข.
