كيف تختلف الدائرة الموازية عن دائرة متسلسلة؟

قد تبدو الدوائر الكهربائية المستخدمة في الأجهزة الإلكترونية والأجهزة اليومية مربكة. لكن فهم المبادئ الأساسية للكهرباء والمغناطيسية التي تجعلها تعمل يمكن أن يتيح لك فهم كيفية اختلاف الدوائر عن بعضها البعض.

للبدء في شرح الفرق بين التوصيلات المتسلسلة والمتوازية في الدوائر ، يجب أولاً أن تفهم كيف تختلف الدوائر المتوازية والمتسلسلة عن بعضها البعض.الدوائر المتوازيةاستخدم الفروع التي تحتوي على عناصر دائرة مختلفة ، سواء كانت مقاومات أو محاثات أو مكثفات أو عناصر كهربائية أخرى ، من بينها.

​دوائر متسلسلةعلى النقيض من ذلك ، رتب كل عناصرها في حلقة واحدة مغلقة. هذا يعني ذاكتيار، وتدفق الشحنة في الدائرة ، والجهد االكهربى، وهي القوة الدافعة الكهربائية التي تسبب تدفق التيار ، كما تختلف القياسات بين الدوائر المتوازية والمتسلسلة أيضًا.

تُستخدم الدوائر المتوازية عمومًا في السيناريوهات التي تعتمد فيها أجهزة متعددة على مصدر طاقة واحد. هذا يضمن أنهم يستطيعون التصرف بشكل مستقل عن بعضهم البعض بحيث إذا توقف أحدهم عن العمل ، فسيواصل الآخرون العمل. يمكن للأضواء التي تستخدم العديد من المصابيح أن تستخدم كل لمبة بالتوازي مع بعضها البعض بحيث يمكن أن تضيء كل واحدة بشكل مستقل عن بعضها البعض. تستخدم المنافذ الكهربائية في المنازل عادةً دائرة واحدة للتعامل مع الأجهزة المختلفة.

على الرغم من اختلاف الدوائر المتوازية والمتسلسلة عن بعضها البعض ، يمكنك استخدام نفس مبادئ الكهرباء لفحص التيار والجهد ومقاومة، قدرة عنصر الدائرة على معارضة تدفق الشحنة.

يمكنك متابعة أمثلة الدارات المتوازية والمتسلسلةقاعدتا كيرشوف. الأول هو أنه في كلٍّ من سلسلة ودائرة متوازية ، يمكنك ضبط مجموع قطرات الجهد عبر جميع العناصر في حلقة مغلقة تساوي الصفر. القاعدة الثانية هي أنه يمكنك أيضًا أخذ أي عقدة أو نقطة في الدائرة وتعيين مجاميع التيار الذي يدخل تلك النقطة مساوية لمجموع التيار الذي يترك تلك النقطة.

في الدوائر المتسلسلة ، يكون التيار ثابتًا في جميع أنحاء الحلقة بحيث يمكنك قياس تيار مكون واحد في دائرة متسلسلة لتحديد تيار جميع عناصر الدائرة. في الدوائر المتوازية ، يكون انخفاض الجهد عبر كل فرع ثابتًا.

في كلتا الحالتين ، يمكنك استخدامقانون أوم​ ​V = IRللجهدالخامس(بالفولت) ، التيارأنا(بالأمبيرات أو الأمبيرات) والمقاومةر(بالأوم) لكل مكون أو للدائرة بأكملها. إذا كنت تعرف ، على سبيل المثال ، التيار في دائرة متسلسلة ، يمكنك حساب الجهد عن طريق جمع المقاومة وضرب التيار في المقاومة الإجمالية.

​تلخيص المقاوماتيختلف بين أمثلة الدارات المتوازية والمتسلسلة. إذا كان لديك دائرة متسلسلة بمقاومات مختلفة ، فيمكنك تلخيص المقاومة بإضافة كل قيمة مقاوم للحصول علىالمقاومة الكاملةمن المعادلة

لكل مقاوم.

في الدوائر المتوازية ، تلخص المقاومة عبر كل فرع إلىمعكوس المقاومة الكليةعن طريق إضافة مقلوبهم. بعبارة أخرى ، تُعطى مقاومة الدائرة المتوازية بواسطة

لكل مقاوم على التوازي لتمثيل الفرق بين مجموعة المقاومات المتسلسلة والمتوازية.

تعتمد هذه الاختلافات في جمع المقاومة على الخصائص الجوهرية للمقاومة. تمثل المقاومة معارضة عنصر الدائرة لتدفق الشحنة. إذا كان من المقرر أن تتدفق الشحنة في حلقة مغلقة من دائرة متسلسلة ، فهناك اتجاه واحد فقط لتدفق التيار ، ولا يتم تقسيم هذا التدفق أو تلخيصه بالتغيرات في مسارات تدفق التيار.

هذا يعني أنه عبر كل مقاوم ، يظل تدفق الشحنة ثابتًا والجهد وكمية الجهد الشحنة متوفرة في كل نقطة ، وتختلف لأن كل مقاوم يضيف المزيد والمزيد من المقاومة لهذا المسار من تيار.

من ناحية أخرى ، إذا كان للتيار من مصدر جهد مثل البطارية مسارات متعددة ليأخذها ، فسوف ينقسم كما هو الحال في دائرة متوازية. ولكن ، كما ذكرنا سابقًا ، يجب أن يساوي مقدار التيار الذي يدخل نقطة معينة مقدار التيار الذي يغادر.

باتباع هذه القاعدة ، إذا كان التيار سيتفرع إلى مسارات مختلفة من نقطة ثابتة ، فيجب أن يكون مساويًا للتيار الذي يدخل مرة أخرى في نقطة واحدة في نهاية كل فرع. إذا اختلفت المقاومات عبر كل فرع ، فإن معارضة كل مقدار من التيار تختلف ، وهذا من شأنه أن يؤدي إلى اختلافات في انخفاض الجهد عبر فروع الدائرة المتوازية.

أخيرًا ، تحتوي بعض الدوائر على عناصر متوازية ومتسلسلة. عند تحليل هذهسلسلة الهجينة المتوازية، يجب أن تتعامل مع الدائرة على أنها إما متسلسلة أو متوازية حسب كيفية اتصالها. يتيح لك هذا إعادة رسم الدائرة الكلية باستخدام دوائر مكافئة ، أحد المكونات في سلسلة والآخر من تلك الموجودة على التوازي. ثم استخدم قواعد Kirchhoff في كل من السلسلة والدائرة المتوازية.

باستخدام قواعد Kirchhoff وطبيعة الدوائر الكهربائية ، يمكنك التوصل إلى طريقة عامة للتعامل مع جميع الدوائر بغض النظر عما إذا كانت متسلسلة أو متوازية. أولاً ، قم بتسمية كل نقطة في مخطط الدائرة بالأحرف A ، B ، C ،... لتسهيل الأمور للإشارة إلى كل نقطة.

حدد موقع التقاطعات ، حيث تم توصيل ثلاثة أسلاك أو أكثر ، وقم بتسميتها باستخدام التيارات المتدفقة والداخلية منها. حدد الحلقات في الدوائر واكتب معادلات تصف كيف يصل مجموع الفولتية إلى الصفر في كل حلقة مغلقة.

تختلف أمثلة الدارات المتوازية والمتسلسلة في العناصر الكهربائية الأخرى أيضًا. بالإضافة إلى التيار والجهد والمقاومة ، هناك مكثفات ومحثات وعناصر أخرى تختلف حسب ما إذا كانت متوازية أو متسلسلة. تعتمد الاختلافات بين أنواع الدوائر أيضًا على ما إذا كان مصدر الجهد يستخدم التيار المباشر (DC) أو التيار المتردد (AC).

تسمح دوائر التيار المستمر بالتدفق في اتجاه واحد بينما تقوم دوائر التيار المتردد بتبديل التيار بين الاتجاهين الأمامي والخلفي على فترات منتظمة وتأخذ شكل موجة جيبية. كانت الأمثلة حتى الآن هي دوائر التيار المستمر ، لكن هذا القسم يركز على دوائر التيار المتردد.

في دوائر التيار المتردد ، يشير العلماء والمهندسون إلى المقاومة المتغيرة باسممعاوقة، وهذا يمكن أن يفسرالمكثفات، وعناصر الدوائر التي تخزن الشحنة بمرور الوقت ، والمحاثات، عناصر الدائرة التي تنتج مجالًا مغناطيسيًا استجابة للتيار في الدائرة. في دارات التيار المتردد ، تتقلب المقاومة بمرور الوقت وفقًا لإدخال طاقة التيار المتردد بينما المقاومة الكلية هي إجمالي عناصر المقاوم ، والتي تظل ثابتة بمرور الوقت. هذا يجعل المقاومة والمقاومة بكميات مختلفة.

تصف دوائر التيار المتردد أيضًا ما إذا كان اتجاه التيار في الطور بين عناصر الدائرة. إذا كان هناك عنصرينفي مرحلة، فإن موجة تيارات العناصر متزامنة مع بعضها البعض. تسمح لك هذه الأشكال الموجية بالحسابالطول الموجي، مسافة دورة موجة كاملة ،تردد، وعدد الموجات التي تمر فوق نقطة معينة كل ثانية ، والسعة، ارتفاع الموجة بالنسبة لدارات التيار المتناوب.

يمكنك قياس مقاومة سلسلة دوائر التيار المتردد باستخدام

لمقاومة مكثف​ ​X_جومقاومة المحرِّض​ ​X​_إل لأن الممانعات ، التي تُعامل كمقاومات ، تُجمع خطيًا كما هو الحال مع دوائر التيار المستمر.

سبب استخدامك للفرق بين ممانعات المحرِّض والمكثف بدلاً من مجموعهما هو لأنهما يتأرجح عنصرا دارة في مقدار التيار والجهد الذي يمتلكانه بمرور الوقت بسبب تقلبات جهد التيار المتردد مصدر.

هذه الدوائردوائر RLCإذا كانت تحتوي على مقاوم (R) ومحث (L) ومكثف (C). دوائر RLC المتوازية تلخص المقاومات على أنها

بنفس طريقة تلخيص المقاومات بالتوازي باستخدام مقلوبها ، وهذه القيمة1 / ضيُعرف أيضًا باسمالقبولمن الدائرة.

في كلتا الحالتين ، يمكنك قياس الممانعات مثلX_ج = 1 / CوX_إل = ωLللتردد الزاوي "أوميغا" ω ، السعةج(في فاراد) والحثإل(في هنريز).

السعةجيمكن أن تكون مرتبطة بالجهد كC = س / فأوالخامس = س / جلشحنه على مكثفس(في كولوم) والجهد للمكثفالخامس(بالفولت). المحاثة تتعلق بالجهد كماV = LdI / dtللتغيير في التيار بمرور الوقتدي / دينار، الجهد مغوالخامسوالحثإل. استخدم هذه المعادلات لحساب التيار والجهد والخصائص الأخرى لدارات RLC.

على الرغم من أنه يمكنك جمع الفولتية حول حلقة مغلقة على أنها تساوي صفرًا في دائرة موازية ، إلا أن تلخيص التيارات يكون أكثر تعقيدًا. بدلاً من تعيين مجموع القيم الحالية نفسها التي تدخل عقدة مساوية لمجموع القيم الحالية التي تغادر العقدة ، يجب عليك استخدام مربعات كل تيار.

بالنسبة لدائرة RLC بالتوازي ، فإن التيار عبر المكثف والمحث هو

لتوريد التيارأنا_س، المقاوم الحاليأنا_ر، مغو الحاليأنا_إلوالمكثف الحاليأنا​_ج باستخدام نفس المبادئ لتلخيص قيم المعاوقة.

في دارات RLC ، يمكنك حساب زاوية الطور ، ومدى خروج عنصر دائرة عن الآخر ، باستخدام معادلة زاوية الطور "phi"ΦمثلΦ = تان^-1((X_إل -X_ج) / ص)بحيثتان​​^-1 ()يمثل دالة الظل العكسي التي تأخذ نسبة كمدخل وتعيد الزاوية المقابلة.

في الدوائر المتسلسلة ، يتم تلخيص المكثفات باستخدام مقلوبها كـ

بينما يتم تلخيص المحاثات خطيًا كـ

لكل مغو. في موازاة ذلك ، يتم عكس الحسابات. بالنسبة للدائرة المتوازية ، يتم جمع المكثفات خطيًا

ويتم تلخيص المحاثات باستخدام مقلوبها

لكل مغو.

تعمل المكثفات عن طريق قياس الفرق في الشحنة بين لوحين مفصولين بمادة عازلة بينهما مما يقلل الجهد مع زيادة السعة. يقيس العلماء والمهندسون أيضًا السعةجمثلج = ε₀ε_صميلاديمع "إبسيلون لا شيء" ε₀ حيث تبلغ قيمة سماحية الهواء 8.84 × 10-12 فهرنهايت / م.ε_صهي سماحية الوسيط العازل المستخدم بين لوحين المكثف. تعتمد المعادلة أيضًا على مساحة اللوحاتأفي م² والمسافة بين اللوحاتدفي م.