Circuit Properties and Measurement

00:01 Wir haben also einige wichtige Komponenten vorgestellt, die einen Stromkreis ausmachen.

00:05 Nun werden wir uns mit einigen fortgeschrittenen Themen der Schaltkreise befassen.

00:09 Wir werden also in eine ähnliche Situation kommen, in der wir ein paar mehr Komponenten haben.

00:13 Zunächst werden wir ein wenig mehr über die Eigenschaften der Schaltung sprechen und wie diese Eigenschaften zu messen sind.

00:20 Dann sprechen wir über das Kirchhoffsche Gesetz zur Messung der Spannung, wenn sie in einem Stromkreis abfällt. Dann werden wir über die Leitfähigkeit im Gegensatz zu dem Widerstand, den wir bereits eingeführt haben, sprechen und schließlich werden wir einen kurzen Überblick über Wechselstromkreise anfügen.

00:35 Aber zuerst wollen wir über einige Eigenschaften von Schaltkreisen sprechen und darüber, wie wir diese Eigenschaften messen.

00:40 Zunächst einmal ist es wichtig zu wissen, dass die Spannung in einer Parallelschaltung auf beiden parallelen Pfaden in gleicher Weise abfällt.

00:49 Mit anderen Worten: Wenn eine Spannung in einen Stromkreis eintritt, wie hier, kann sie einen von zwei Wegen nehmen, wenn wir den Weg durch einen Stromkreis verfolgen.

00:57 Der Betrag, um den die Spannung über den oberen und den unteren Pfad abfällt, muss gleich sein.

01:04 Delta V1 oder die Änderung der Spannung im oberen Pfad und Delta V2 oder die Änderung der Spannung im unteren Pfad müssen also gleich sein.

01:12 Der Grund dafür ist, dass, wenn die Spannungsdifferenz über den oberen Pfad im Gegensatz zum unteren Pfad unterschiedlich, vielleicht sogar höher, dann wäre das System nicht im Gleichgewicht.

01:23 In einem Fall wäre der Druck zu hoch, in einem anderen nicht ausreichend, und immer, wenn dies in einem Schaltkreis geschieht, gleicht sich der Schaltkreis sehr, sehr schnell aus und aus diesem Grund muss der Spannungsabfall über beide Pfade immer gleich sein.

01:36 Auf der anderen Seite, genau das Gegenteil, muss sich der Strom, der in diesen Knotenpunkt fließt, wenn er diesen Knotenpunkt überquert, aufspalten.

01:44 Mit anderen Worten, einige der Elektronen, die fließen, müssen den einen Weg nehmen und die anderen den anderen Weg.

01:50 Der Strom bewirkt also das genaue Gegenteil der Spannung und ist nicht auf beiden Pfaden gleich, sondern teilt sich in zwei Pfade auf, I1 und I2.

01:59 Da der Gesamtstrom erhalten bleibt, sind I1 und I2 immer noch gleich der Strommenge, die dem System zugeführt wurde.

02:06 Und wenn I1 und I2 wieder zusammenkommen, haben wir wieder die gleiche Strommenge auf dem Weg nach draußen.

02:12 In der Serie ist die Situation umgekehrt.

02:15 Bei Serienschaltung können die Spannungsabfälle unterschiedlich sein.

02:19 Zum Beispiel der Strom, der durch jeden dieser Widerstände fließt.

02:22 Wir haben bereits gesehen, dass der Spannungsabfall nicht nur vom Strom abhängt, der durch den Widerstand fließt, sondern auch davon, wie viel Widerstand jeder einzelne Widerstand hat, so dass der Spannungsabfall in Reihe durch jeden Widerstand unterschiedlich sein kann. Andererseits wird der Strom, wiederum aufgrund der Stromerhaltung, durch beide Widerstände gleich sein, da er nirgendwo anders hinfließen kann und deshalb muss der Strom, der in diesem ersten Widerstand fließt, auch in den zweiten Widerstand fließen.

02:47 Jetzt werden wir ein wenig darüber sprechen, wie wir Größen wie die Spannung praktisch messen.

02:55 Zunächst wird die Spannung mit einem Voltmeter gemessen, und bei der Spannung handelt es sich wiederum um eine Differenz.

03:01 Es handelt sich um einen Druckunterschied zwischen einem Punkt in Ihrem System und einem anderen.

03:05 Wir messen also tatsächliche Unterschiede in der Spannung.

03:07 Um diesen Unterschied zu messen, könnten wir zum Beispiel die Spannung über diese Batterie messen. In diesem Fall, wenn wir eine 12-Volt-Batterie hätten, würde unser Voltmeter 12 Volt messen, weil der Unterschied in der Spannung von einer Seite dieser Batterie zur anderen genau dem entspricht, es wird 12 Volt betragen.

03:25 Wir könnten auch das Gegenteil tun und den Spannungsabfall über einem Widerstand messen.

03:30 Wie wir mit dem Ohm'schen Gesetz besprochen haben, ist der Spannungsunterschied, den unser Voltmeter in diesem Fall anzeigen würde, gleich dem Strom, der durch den Widerstand fließt, mal dem Widerstand in diesem Widerstand.

03:39 Schauen wir uns kurz an, was ein Voltmeter ist, wenn wir einen Blick hineinwerfen und sehen könnten, wie es funktioniert.

03:46 Ein Voltmeter funktioniert so, dass wenn ich den Deckel öffne, sehen Sie hier in Schwarz genau die Bestandteile eines Voltmeters.

03:55 Wir haben einen Widerstand und einen Kreis mit einem G, der als Galvanometer bezeichnet wird.

04:00 Zunächst einmal ist der Widerstand, den wir parallel zu einem normalen Stromkreis mit einem normalen Widerstand schalten würden, ein sehr, sehr hoher Widerstand, und es gibt einen Grund, warum wir das tun.

04:13 Dieser hohe Widerstand, den wir parallel zu einem normalen Widerstand im Stromkreis schalten, wird einen Gesamtwiderstand haben, der annähernd unverändert bleibt, und der Grund, warum wir wissen, dass er unverändert bleibt, ist, dass wir, wenn ich den Widerstand des normalen Widerstands im Stromkreis zu dem sehr hohen Widerstand addieren wollte, en wir in unserem Voltmeter haben, weil sie parallel geschaltet sind, unser paralleles Additionsgesetz für den Widerstand anwenden würden, das besagt, dass die 1 über dem Gesamtwiderstand 1 über jedem der einzelnen Widerstände sein wird.

04:45 Wenn jedoch R in diesem Voltmeter, R sub v, eine sehr, sehr, sehr große Zahl ist, dann ist der zweite Term in unserer Gleichung 1 über R plus 1 über Rv.

04:56 Der Term 1 über Rv wäre Null oder nahe Null weil wir einen sehr hohen Widerstand in unserem Voltmeter haben.

04:59 Dadurch wird die Gleichung für den erlebten Gesamtwiderstand wieder auf 1 über R vereinfacht.

05:05 Mit anderen Worten, der Gesamtwiderstand ist immer noch sehr nahe am tatsächlichen Widerstand in der Schaltung, so dass wir uns keine Sorgen machen müssen, dass wir versehentlich die Schaltung selbst verändern.

05:14 Sobald wir diesen Parallelwiderstand haben, wird der Widerstand im Voltmeter sehr hoch, da sehr wenig Strom durch den Voltmeter fließt, weil es diesen großen Widerstand gibt.

05:27 Dieser winzige Strom wird mit diesem Galvanometer gemessen und das ist das Wichtigste, was man über Galvanometer wissen muss.

05:33 Sie müssen nicht viel von dem, worüber wir sprechen werden, auswendig lernen, über die Funktionsweise dieser Mechanismen, aber es ist gut zu wissen, dass ein Galvanometer diese sehr kleinen Ströme messen kann.

05:42 Wenn wir diesen Strom messen, ist es für uns ein Leichtes, ihn in eine Spannung umzuwandeln oder zu interpretieren, welche Spannung durch ihn hindurchgegangen sein muss, weil wir aufgrund der Konstruktion des Voltmeters bereits genau wissen, was dieser hohe Widerstand in einem Stromkreis mit einem Galvanometer ist.

05:57 Ein Amperemeter, das die Stromstärke in einem Stromkreis misst, funktioniert in der anderen Richtung, anstatt parallel zum Stromkreis geschaltet zu werden, wird es direkt in den Stromkreis geschaltet, sodass das Kabel durch das Strommessgerät geführt werden muss.

06:12 Das Innenleben eines Amperemeters ist etwas anders als das eines Voltmeters.

06:16 Hier haben wir einen kleinen Widerstand parallel geschaltet und einem sehr großen Widerstand in Reihe und wir tun dies aus den gleichen Gründen wie beim Voltmeter.

06:25 Wir werden einen kleinen Gesamtwiderstand, R sub p, für R parallel haben, und dieser Parallelwiderstand wird, wenn wir ihn parallel mit dem kleinen Widerstand in Reihe mit der regulären Schaltung addieren, die gleiche Art von Effekt haben, den wir mit dem Voltmeter haben dass der Widerstand parallel so groß ist, dass dieser Term in der Addition der Widerstände hier, der 1 über R parallel ist, ungefähr Null sein wird, weil R parallel ein so großer Wert sein wird.

06:53 Wenn wir also diese beiden Widerstände zusammenzählen, erhalten wir, dass der Gesamtwiderstand, der durch unser Strommessgerät in den Stromkreis eingeführt wird nur der Widerstand des sehr kleinen Widerstands sein wird.

07:03 Mit anderen Worten, wir haben einen sehr kleinen Widerstand zu unserer Gesamtschaltung hinzugefügt, weil wir die Dynamik der Schaltung nicht verändern wollen, wir wollen einfach nur messen, was in der Schaltung passiert und noch einmal, wenn wir das getan haben, und weil wir einen sehr kleinen Widerstand in Reihe haben, wird Strom durch unser Galvanometer fließen.

07:19 Und wie wir schon sagten, misst das Galvanometer den Strom und damit ein Amperemeter, so kann das Galvanometer den Strom direkt messen.