Jak se paralelní obvod liší od sériového obvodu?

Elektrické obvody používané v běžné elektronice a spotřebičích se mohou zdát matoucí. Ale pochopení základních principů elektřiny a magnetismu, které způsobují jejich fungování, vám může pomoci pochopit, jak se různé obvody od sebe liší.

Chcete-li začít vysvětlovat rozdíl mezi sériovým a paralelním připojením v obvodech, měli byste nejprve pochopit, jak se paralelní a sériové obvody od sebe liší.Paralelní obvodypoužívejte větve, které mají různé prvky obvodu, ať už jsou to rezistory, tlumivky, kondenzátory nebo jiné elektrické prvky.

​Sériové obvody, naopak, uspořádat všechny jejich prvky do jediné uzavřené smyčky. Tohle znamená tamtoproudtok náboje v obvodu aNapětí, elektromotorická síla, která způsobuje tok proudu, se liší také měření mezi paralelními a sériovými obvody.

Paralelní obvody se obecně používají ve scénářích, kdy více zařízení závisí na jednom zdroji energie. Tím je zajištěno, že se mohou chovat nezávisle na sobě, takže pokud by jeden přestal pracovat, ostatní by pokračovali v práci. Světla, která používají mnoho žárovek, mohou každou žárovku používat paralelně, takže se každá může rozsvítit nezávisle na sobě. Elektrické zásuvky v domácnostech obvykle používají jediný obvod pro manipulaci s různými zařízeními.

Ačkoli se paralelní a sériové obvody navzájem liší, můžete použít stejné principy elektřiny ke zkoumání jejich proudu, napětí aodpor, schopnost prvku obvodu postavit se proti toku náboje.

U příkladů paralelních i sériových obvodů můžete postupovatKirchhoffova dvě pravidla. První je, že v sériovém i paralelním obvodu můžete nastavit součet poklesů napětí napříč všemi prvky v uzavřené smyčce rovný nule. Druhým pravidlem je, že můžete také vzít jakýkoli uzel nebo bod v obvodu a nastavit součty proudu vstupujícího do tohoto bodu rovnou součtu proudu opouštějícího tento bod.

V sériových obvodech je proud v celé smyčce konstantní, takže můžete měřit proud jedné komponenty v sériovém obvodu a určit proud všech prvků obvodu. V paralelních obvodech jsou poklesy napětí na každé větvi konstantní.

V obou případech použijeteOhmův zákon​ ​V = IRpro napětíPROTI(ve voltech), proudJá(v zesilovačích nebo ampérech) a odporR(v ohmech) pro každou komponentu nebo pro celý samotný obvod. Pokud jste znali například proud v sériovém obvodu, můžete vypočítat napětí sečtením odporů a vynásobením proudu celkovým odporem.

​Shrnutí odporůse liší mezi příklady paralelních a sériových obvodů. Pokud máte sériový obvod s různými odpory, můžete součty odporů sečtením hodnoty každého rezistoru získatcelkový odpor, dané rovnicí

pro každý odpor.

V paralelních obvodech je odpor přes každou větev součtem ažinverzní k celkovému odporupřidáním jejich inverzí. Jinými slovy, odpor pro paralelní obvod je dán vztahem

pro každý rezistor paralelně představuje rozdíl mezi sériovou a paralelní kombinací odporů.

Tyto rozdíly v součtu odporu závisí na vnitřních vlastnostech odporu. Odpor představuje odpor prvku obvodu k toku náboje. Pokud by náboj měl proudit v uzavřené smyčce sériového obvodu, existuje pouze jeden směr toku proudu a tento tok není rozdělen nebo shrnut změnami cest pro tok proudu.

To znamená, že napříč každým odporem zůstává tok náboje konstantní a napětí, o kolik potenciálu jde náboj je k dispozici v každém bodě, liší se tím, že každý rezistor přidává stále větší odpor této cestě proud.

Na druhou stranu, pokud by proud ze zdroje napětí, jako je baterie, měl více cest, měl by se rozdělit, jako je tomu v paralelním obvodu. Jak však bylo uvedeno výše, množství proudu vstupujícího do daného bodu se musí rovnat tomu, kolik proudu opouští.

Podle tohoto pravidla, pokud by se proud měl větvit na různé cesty z pevného bodu, měl by se rovnat proudu, který znovu vstupuje do jednoho bodu na konci každé větve. Pokud se odpory v každé větvi liší, pak se liší opozice vůči každému množství proudu, což by vedlo k rozdílům v poklesech napětí napříč větvemi paralelního obvodu.

A konečně, některé obvody mají prvky, které jsou paralelní i sériové. Při jejich analýzesériově paralelní hybridy, měli byste s obvodem zacházet buď sériově, nebo paralelně podle toho, jak jsou připojeni. To vám umožní znovu nakreslit celkový obvod pomocí ekvivalentních obvodů, jedné ze součástí v sérii a druhé z paralelně. Pak použijte Kirchhoffova pravidla pro sériový i paralelní obvod.

Pomocí Kirchhoffových pravidel a povahy elektrických obvodů můžete přijít s obecnou metodou přístupu ke všem obvodům bez ohledu na to, zda jsou v sérii nebo paralelně. Nejprve označte každý bod v schématu zapojení písmeny A, B, C,... usnadnit označování každého bodu.

Vyhledejte křižovatky, kde jsou připojeny tři nebo více vodičů, a označte je pomocí proudů proudících dovnitř a ven z nich. Určete smyčky v obvodech a napište rovnice popisující, jak se napětí v každé uzavřené smyčce sčítají k nule.

Příklady paralelních a sériových obvodů se liší i v jiných elektrických prvcích. Kromě proudu, napětí a odporu existují kondenzátory, induktory a další prvky, které se liší podle toho, zda jsou paralelní nebo sériové. Rozdíly mezi typy obvodů také závisí na tom, zda zdroj napětí používá stejnosměrný proud (DC) nebo střídavý proud (AC).

Obvody stejnosměrného proudu nechávají proud proudit jedním směrem, zatímco obvody střídavého proudu střídají v pravidelných intervalech proud mezi dopředným a zpětným směrem a mají podobu sinusové vlny. Dosud byly příklady stejnosměrné obvody, ale tato část se zaměřuje na střídavé.

V střídavých obvodech vědci a inženýři označují měnící se odpor jakoimpedance, a to může odpovídat zakondenzátory, prvky obvodu, které v průběhu času ukládají náboj, ainduktory, prvky obvodu, které vytvářejí magnetické pole v reakci na proud v obvodu. Ve střídavých obvodech impedance v průběhu času kolísá podle příkonu střídavého proudu, zatímco celkový odpor je součet odporových prvků, který v průběhu času zůstává konstantní. To činí odpor a impedanci různými veličinami.

Střídavé obvody také popisují, zda je směr proudu ve fázi mezi prvky obvodu. Pokud jsou dva prvkyve fázi, pak je vlna proudů prvků navzájem synchronizována. Tyto křivky vám umožňují vypočítatvlnová délkavzdálenost celého vlnového cyklu,frekvence, počet vln, které každou sekundu procházejí daným bodem, aamplituda, výška vlny, pro střídavé obvody.

Měříte impedanci sériového obvodu pomocí

proimpedance kondenzátoru​ ​X_Caimpedance induktoru​ ​X​_L protože impedance, považované za odpory, se sčítají lineárně, jako je tomu u stejnosměrných obvodů.

Důvod, proč používáte rozdíl mezi impedancemi induktoru a kondenzátoru místo jejich součtu, je ten, že dva prvky obvodu kolísají v tom, kolik proudu a napětí mají v průběhu času v důsledku kolísání střídavého napětí zdroj.

Tyto obvody jsouRLC obvodypokud obsahují rezistor (R), induktor (L) a kondenzátor (C). Paralelní RLC obvody shrnují odpory jako

stejným způsobem jsou rezistory paralelně sečteny pomocí jejich inverzí a této hodnoty1 / Zje také známý jakovstupobvodu.

V obou případech můžete měřit impedance jakoX_C = 1 / ωCaX_L = ωLpro úhlovou frekvenci "omega" ω, kapacituC(ve Faradech) a indukčnostL(v Henries).

KapacitaCmůže souviset s napětím jakoC = Q / VneboV = Q / Cpro nabíjení na kondenzátoruQ(v Coulombs) a napětí kondenzátoruPROTI(ve voltech). Indukčnost souvisí s napětím jakoV = LdI / dtpro změnu proudu v časedI / dt, napětí induktoruPROTIa indukčnostL. Tyto rovnice použijte k řešení proudu, napětí a dalších vlastností obvodů RLC.

I když v paralelním obvodu můžete součet napětí kolem uzavřené smyčky rovnat nule, součet proudů je složitější. Namísto nastavení součtu samotných aktuálních hodnot, které vstupují do uzlu, rovného součtu aktuálních hodnot opouštějících uzel, musíte použít druhé mocniny každého proudu.

Pro paralelní obvod RLC je proud přes kondenzátor a induktor jako

pro napájecí proudJá_S, odporový proudJá_R, proud induktoruJá_La kondenzátorový proudJá​_C za použití stejných principů pro sčítání hodnot impedance.

V obvodech RLC můžete vypočítat fázový úhel, jak je jeden fázový prvek mimo fázi od druhého, pomocí rovnice pro fázový úhel "phi"Φtak jakoΦ = opálení^-1((X_L -X_C) / R)ve kterémopálení​​^-1 ()představuje funkci inverzní tangenty, která vezme proporci jako vstup a vrátí odpovídající úhel.

V sériových obvodech jsou kondenzátory shrnuty pomocí jejich inverzí jako

zatímco induktory jsou shrnuty lineárně jako

pro každý induktor. Souběžně jsou výpočty obráceny. U paralelního obvodu jsou kondenzátory sečteny lineárně

a induktory jsou shrnuty pomocí jejich inverzí

pro každý induktor.

Kondenzátory pracují měřením rozdílu v náboji mezi dvěma deskami, které jsou mezi nimi odděleny dielektrickým materiálem, který snižuje napětí a zvyšuje kapacitu. Vědci a inženýři také měří kapacituCtak jakoC = ε₀ε_rInzeráts „epsilon nic“ ε₀ jako hodnota permitivity pro vzduch, která je 8,84 x 10-12 F / m.ε_rje permitivita dielektrického média použitého mezi dvěma deskami kondenzátoru. Rovnice také závisí na ploše desekAv m² a vzdálenost mezi deskamidv m.