По какво се различава паралелната верига от веригата на серията?

Електрическите вериги, които се използват в ежедневната електроника и уреди, може да изглеждат объркващи. Но разбирането на основните принципи на електричеството и магнетизма, които ги карат да работят, може да ви позволи да разберете как различните вериги се различават една от друга.

За да започнете да обяснявате разликата между последователни и паралелни връзки във вериги, първо трябва да разберете как паралелните и последователните вериги се различават една от друга.Паралелни веригиизползвайте клонове, които имат различни елементи на веригата, независимо дали са резистори, индуктори, кондензатори или други електрически елементи.

​Поредични веригиза разлика от това подредете всичките им елементи в един затворен цикъл. Това означава, четекущ, потокът на заряд във верига иволтаж, електромоторната сила, която кара тока да тече, измерванията между паралелни и последователни вериги също се различават.

Паралелните вериги обикновено се използват в сценарии, при които множество устройства зависят от един източник на захранване. Това гарантира, че те могат да се държат независимо един от друг, така че ако някой спре да работи, останалите ще продължат да работят. Светлините, които използват много крушки, могат да използват всяка крушка паралелно една на друга, така че всяка една може да светне независимо една от друга. Електрическите контакти в домакинствата обикновено използват една верига за работа с различни устройства.

Въпреки че паралелните и последователните вериги се различават една от друга, можете да използвате същите принципи на електричеството, за да проверите техния ток, напрежение исъпротива, способността на елемента на веригата да се противопостави на потока от заряд.

Можете да следвате както примери за паралелни, така и за последователни веригиДвете правила на Кирхоф. Първият е, че както в последователна, така и в паралелна верига можете да зададете сумата от спада на напрежението във всички елементи в затворен контур, равна на нула. Второто правило е, че можете също така да вземете всеки възел или точка във верига и да зададете сумите на тока, който влиза в тази точка, равен на сумата от тока, напускащ тази точка.

В последователните вериги токът е постоянен в целия контур, така че можете да измерите тока на един компонент в последователна верига, за да определите тока на всички елементи на веригата. В паралелните вериги спада на напрежението във всеки клон е постоянен.

И в двата случая използватеЗаконът на Ом​ ​V = IRза напрежениеV(във волта), токАз(в ампера или ампера) и устойчивостR(в ома) за всеки компонент или за самата верига. Ако знаете например тока в последователна верига, можете да изчислите напрежението, като сумирате съпротивленията и умножите тока по общото съпротивление.

​Обобщаване на съпротивлениятаварира между паралелни и последователни примери на вериги. Ако имате последователна верига с различни резистори, можете да обобщите съпротивленията, като добавите всяка стойност на резистора, за да получитеобщо съпротивление, дадени от уравнението

за всеки резистор.

В паралелни вериги съпротивлението във всеки клон се сумира дообратна на общото съпротивлениечрез добавяне на техните обрати. С други думи, съпротивлението за паралелна верига се дава от

за всеки резистор успоредно, за да представи разликата между серия и успоредна комбинация от резистори.

Тези разлики в сумирането на съпротивлението зависят от присъщите свойства на съпротивлението. Съпротивлението представлява противопоставянето на елемента на веригата на потока от заряд. Ако зарядът тече в затворен цикъл на последователна верига, има само една посока на протичане на тока и този поток не се разделя или сумира от промени в пътищата за протичане на тока.

Това означава, че през всеки резистор потокът на заряда остава постоянен, а напрежението, колко потенциал е зарядът е наличен във всяка точка, се различава, защото всеки резистор добавя все повече и повече съпротивление към този път на текущ.

От друга страна, ако токът от източник на напрежение, като батерия, трябваше да поеме по множество пътища, той би се разделил, както е в случая с паралелна верига. Но, както беше посочено по-горе, количеството ток, влизащо в дадена точка, трябва да е равно на това колко напуска ток.

Следвайки това правило, ако токът трябва да се разклонява на различни пътища от фиксирана точка, той трябва да е равен на тока, който отново влиза в една точка в края на всеки клон. Ако съпротивленията във всеки клон се различават, тогава противопоставянето на всяко количество ток се различава и това би довело до разлики в спада на напрежението в паралелните разклонения на веригата.

И накрая, някои вериги имат елементи, които са едновременно паралелни и последователни. Когато се анализират тезипоследователно паралелни хибриди, трябва да третирате веригата или последователно, или паралелно, в зависимост от това как са свързани. Това ви позволява да нарисувате цялостната схема, като използвате еквивалентни схеми, един от компонентите в серия, а другият от паралелните. След това използвайте правилата на Kirchhoff както за серията, така и за паралелната верига.

Използвайки правилата на Kirchhoff и естеството на електрическите вериги, можете да измислите общ метод за подход към всички вериги, независимо дали са последователни или паралелни. Първо, маркирайте всяка точка в схемата с букви A, B, C,... за улесняване на посочването на всяка точка.

Намерете кръстовищата, където са свързани три или повече проводника, и ги маркирайте с помощта на токовете, които текат и излизат от тях. Определете контурите във веригите и напишете уравнения, описващи как напреженията се сумират до нула във всеки затворен контур.

Примери за паралелни и серийни вериги се различават и при други електрически елементи. В допълнение към тока, напрежението и съпротивлението има кондензатори, индуктори и други елементи, които варират в зависимост от това дали са паралелни или последователни. Разликите между типовете вериги също зависят от това дали източникът на напрежение използва постоянен ток (DC) или променлив ток (AC).

DC веригите позволяват на тока да тече в една посока, докато веригите с променлив ток променят тока между посоката напред и назад на равни интервали и приема формата на синусоида. Примерите досега са DC вериги, но този раздел се фокусира върху AC.

В схемите за променлив ток учените и инженерите наричат ​​променящото се съпротивление катоимпеданс, и това може да отчетекондензатори, верижни елементи, които съхраняват заряд във времето, ииндуктори, верижни елементи, които генерират магнитно поле в отговор на тока във веригата. В веригите с променлив ток импедансът се колебае във времето в зависимост от вложената променлива мощност, докато общото съпротивление е общото на резисторните елементи, което остава постоянно с течение на времето. Това прави съпротивлението и импеданса различни величини.

AC веригите също описват дали посоката на тока е във фаза между елементите на веригата. Ако са два елементавъв фаза, тогава вълната на токовете на елементите се синхронизират помежду си. Тези форми на вълната ви позволяват да изчислитедължина на вълната, разстоянието на пълен цикъл на вълната,честота, броя на вълните, които преминават над дадена точка всяка секунда, иамплитуда, височината на вълната, за променливотокови вериги.

Измервате импеданса на последователна променливотокова верига, като използвате

заимпеданс на кондензатора​ ​х_{° С}иимпеданс на индуктора​ ​х​_L тъй като импедансите, третирани като съпротивления, се сумират линейно, както е при DC веригите.

Причината, поради която използвате разликата между импедансите на индуктора и кондензатора вместо тяхната сума, е, че те са два елемента на веригата се колебаят в това колко ток и напрежение имат във времето поради колебанията на променливото напрежение източник.

Тези вериги саRLC веригиако съдържат резистор (R), индуктор (L) и кондензатор (C). Паралелните RLC вериги сумират съпротивленията като

по същия начин паралелните резистори се сумират, използвайки техните обратни, и тази стойност1 / Zе известен също катодопусканена верига.

И в двата случая можете да измерите импедансите катох_{° С} = 1 / ωCих_L = ωLза ъглова честота "омега" ω, капацитет° С(във Фарад) и индуктивностL(в Хенерис).

Капацитет° Сможе да бъде свързано с напрежението катоC = Q / VилиV = Q / Cза зареждане на кондензаторВъпрос:(в Coulombs) и напрежение на кондензатораV(във волта). Индуктивността се отнася до напрежението катоV = LdI / dtза промяна на тока във времетоdI / dt, напрежение на индуктораVи индуктивностL. Използвайте тези уравнения за решаване на ток, напрежение и други свойства на RLC веригите.

Въпреки че можете да сумирате напреженията около затворен контур като равни на нула в паралелна верига, сумирането на токовете е по-сложно. Вместо да задавате сумата от самите текущи стойности, които влизат във възел, равен на сумата от текущите стойности, напускащи възела, трябва да използвате квадратите на всеки ток.

За паралелна RLC верига токът през кондензатора и индуктора като

за захранващ токАз_С, резисторен токАз_R, индуктивен токАз_Lи кондензаторен токАз​_{° С} използвайки същите принципи за сумиране на импедансните стойности.

В RLC веригите можете да изчислите фазовия ъгъл, колко е извънфазен един елемент на веригата от другия, като използвате уравнението за фазов ъгъл "phi"ΦкатоΦ = тен^-1((Х_L -Х_{° С}) / R)в койтотен​​^-1 ()представлява обратната допирателна функция, която приема пропорция като вход и връща съответния ъгъл.

В последователни вериги кондензаторите се сумират, използвайки техните обратни като

докато индукторите се сумират линейно като

за всеки индуктор. Успоредно с това изчисленията се обръщат. За паралелна верига кондензаторите се сумират линейно

и индукторите се сумират, използвайки техните обратни

за всеки индуктор.

Кондензаторите работят чрез измерване на разликата в заряда между две плочи, които са разделени от диелектричен материал между тях, което намалява напрежението, като същевременно увеличава капацитета. Учените и инженерите също измерват капацитета° СкатоC = ε₀ε_rA / dс "epsilon nič" ε₀ като стойността на диелектричната проницаемост за въздуха, която е 8,84 x 10-12 F / m.ε_rе диелектричната проницаемост на диелектричната среда, използвана между двете плочи на кондензатора. Уравнението зависи и от площта на плочитеAв м² и разстоянието между плочитедв м.