потенційна діаграма

Потенційною діаграмою називається графічне зображення розподілу електричного потенціалу уздовж замкнутого контуру в залежності від опору ділянок, що входять в обраний контур.

Для побудови потенційної діаграми вибирають замкнутий контур. Цей контур розбивають на ділянки таким чином, щоб на ділянці знаходився один споживач або джерело енергії. Прикордонні точки між ділянками необхідно позначити буквами або цифрами.

Довільно заземляють одну точку контуру, її потенціал умовно вважається нульовим. Обходячи контур за годинниковою стрілкою від точки з нульовим потенціалом, визначають потенціал кожної наступної прикордонної точки як алгебраїчної суми потенціалу попередньої точки і зміни потенціалу між цими сусідніми точками.

Зміна потенціалу на ділянці залежить від складу ланцюга між точками. Якщо на ділянці включений споживач енергії (резистор), то зміна потенціалу чисельно дорівнює падінню напруги на цьому резисторі. Знак цієї зміни визначають напрямком струму. При збігу напрямків струму і обходу контуру знак негативний, в іншому випадку він позитивний.

Якщо на ділянці знаходиться джерело ЕРС, то зміна потенціалу тут чисельно дорівнює величині ЕРС даного джерела. При збігу напрямку обходу контуру і напрямки ЕРС зміна потенціалу позитивно, в іншому випадку воно негативно.

Після розрахунку потенціалів всіх точок будують в прямокутній системі координат потенційну діаграму. На осі абсцис відкладають в масштабі опір ділянок в тій послідовності, в якій вони зустрічалися під час обходу контуру, а по осі ординат - потенціали відповідних точок. Потенційна діаграма починається з нульового потенціалу і закінчується після обходу контуру таким.

Побудова потенційної діаграми електричного кола

В даному прикладі потенційну діаграму будуємо для першого контуру ланцюга, схема якої зображена на малюнку 1.

Мал. 1. Схема складної електричного кола

У розглянутий контур входять два джерела живлення E1 і E2, а також два споживача енергії r1, r2.

Розбиваємо даний контур на ділянки, межі яких позначаємо буквами a, b, c, d. Заземлюючих точку а, умовно вважаючи її потенціал нульовим, і обходимо контур за годинниковою стрілкою від цієї точки. Таким чином, φa = 0.

Наступною точкою на шляху обходу контуру буде точка b. На ділянці ab знаходиться джерело ЕРС Е1. Так як на даній ділянці ми йдемо від негативного полюса джерела до позитивного, то потенціал підвищується на величину Е1:

φb = φa + E1 = 0 + 24 = 24 В

При переході від точки b до точки c відбувається зменшення потенціалу на величину падіння напруги на резисторі r1 (напрямок обходу контуру збігається з напрямком струму в резисторі r1):

φс = φb - I1r1 = 24 - 3 х 4 = 12 В

При переході до точки d потенціал зростає на величину падіння напруги на резисторі r2 (на цій ділянці напрямок струму зустрічно напрямку обходу контуру):

φd = φc + I2r2 = 12 + 0 х 4 = 12 В

Потенціал точки а менше потенціалу точки d на величину ЕРС джерела E2 (напрямок ЕРС зустрічно напрямку обходу контуру):

φa = φd - E2 = 12 - 12 = 0

Результати розрахунку використовують для побудови потенційної діаграми. На осі абсцис відкладають опір ділянок в тій послідовності, як вони зустрічаються при обході контура від точки з нульовим потенціалом. Уздовж осі ординат відкладають розраховані раніше потенціали відповідних точок (рисунок 2).

Малюнок 2. Потенційна діаграма контуру