Hvordan adskiller et parallelt kredsløb sig fra et seriekredsløb?

De elektriske kredsløb, der bruges i hverdagens elektronik og apparater, kan virke forvirrende. Men at forstå de grundlæggende principper for elektricitet og magnetisme, der får dem til at arbejde, kan lade dig forstå, hvordan forskellige kredsløb adskiller sig fra hinanden.

For at begynde at forklare forskellen mellem serie- og parallelforbindelser i kredsløb, skal du først forstå, hvordan parallelle og seriekredsløb adskiller sig fra hinanden.Parallelle kredsløbbruge grene, der har forskellige kredsløbselementer, det være sig modstande, induktorer, kondensatorer eller andre elektriske elementer, blandt dem.

​Seriekredsløbderimod arrangerer alle deres elementer i en enkelt, lukket sløjfe. Det betyder atnuværende, strømmen af ​​ladning i et kredsløb, ogspænding, den elektromotoriske kraft, der får strøm til at strømme, målinger mellem parallelle kredsløb og seriekredsløb er også forskellige.

Parallelle kredsløb bruges generelt i scenarier, hvor flere enheder er afhængige af en enkelt strømkilde. Dette sikrer, at de kan opføre sig uafhængigt af hinanden, så hvis de stopper med at arbejde, vil de andre fortsætte med at arbejde. Lys, der bruger mange pærer, kan bruge hver pære parallelt med hinanden, så hver enkelt kan lyse uafhængigt af hinanden. Stikkontakter i husholdninger bruger typisk et enkelt kredsløb til at håndtere forskellige enheder.

Selvom parallelle kredsløb og seriekredsløb adskiller sig fra hinanden, kan du bruge de samme principper for elektricitet til at undersøge deres strøm, spænding ogmodstand, et kredsløbselements evne til at modsætte sig strømmen af ​​ladning.

For både parallelle og seriekredseeksempler kan du følgeKirchhoffs to regler. Den første er, at i både en serie og et parallel kredsløb kan du indstille summen af ​​spændingsfaldene på tværs af alle elementer i en lukket sløjfe lig med nul. Den anden regel er, at du også kan tage et hvilket som helst knudepunkt eller punkt i et kredsløb og indstille summen af ​​strømmen, der indtaster det punkt, lig med summen af ​​strømmen, der forlader det punkt.

I seriekredsløb er strømmen konstant gennem hele sløjfen, så du kan måle en enkelt komponents strøm i et seriekredsløb for at bestemme strømmen for alle kredsløbets elementer. I parallelle kredsløb er spændingsfaldene over hver gren konstant.

I begge tilfælde bruger duOhms lov​ ​V = IRtil spændingV(i volt), strømjeg(i ampere eller ampere) og modstandR(i ohm) for hver komponent eller for selve hele kredsløbet. Hvis du for eksempel kendte strømmen i et seriekredsløb, kunne du beregne spændingen ved at opsummere modstandene og gange strømmen med den samlede modstand.

​Opsummerer modstandvarierer mellem eksempler på parallel- og seriekredsløb. Hvis du har et seriekredsløb med forskellige modstande, kan du sammenfatte modstandene ved at tilføje hver modstandsværdi for at få dentotal modstand, givet ved ligningen

for hver modstand.

I parallelle kredsløb opsummerer modstanden på tværs af hver gren op tilomvendt af den samlede modstandved at tilføje deres inverser. Med andre ord er modstanden for et parallel kredsløb givet af

for hver modstand parallelt for at repræsentere forskellen mellem serie og parallel kombination af modstande.

Disse forskelle i summeringsresistens afhænger af resistensens iboende egenskaber. Modstand repræsenterer kredsløbselementets modstand mod strømmen af ​​ladning. Hvis opladningen skulle strømme i en lukket sløjfe i et seriekredsløb, er der kun én retning for strømmen at strømme, og denne strømning splittes ikke eller opsummeres af ændringer i stier for strømmen at strømme.

Dette betyder, at strømmen over hver modstand forbliver konstant, og spændingen, hvor meget potentiale ladning er tilgængelig på hvert punkt, adskiller sig, fordi hver modstand tilføjer mere og mere modstand til denne vej af nuværende.

På den anden side, hvis strømmen fra en spændingskilde, såsom et batteri, havde flere stier at tage, ville den opdele, som det er tilfældet i et parallelt kredsløb. Men som tidligere nævnt skal strømmen, der kommer ind i et givet punkt, være lig med hvor meget strøm, der forlader.

Efter denne regel, hvis strøm skulle forgrene sig i forskellige stier fra et fast punkt, skulle det være lig med strømmen, der genindtræder i et enkelt punkt i slutningen af ​​hver gren. Hvis modstandene på tværs af hver gren adskiller sig, adskiller modstanden mod hver strømmængde sig, og dette vil føre til forskelle i spændingsfald over de parallelle kredsløbsgrene.

Endelig har nogle kredsløb elementer, der er både parallelle og i serie. Når man analyserer disseserie-parallelle hybrider, skal du behandle kredsløbet som enten i serie eller parallelt afhængigt af hvordan de er forbundet. Dette giver dig mulighed for at gentegne det samlede kredsløb ved hjælp af tilsvarende kredsløb, en af ​​komponenterne i serie og den anden af ​​dem parallelt. Brug derefter Kirchhoffs regler på både serien og det parallelle kredsløb.

Ved hjælp af Kirchhoffs regler og karakteren af ​​elektriske kredsløb kan du komme med en generel metode til at nærme alle kredsløb, uanset om de er i serie eller parallelle. Mærk først hvert punkt i kredsløbsdiagrammet med bogstaverne A, B, C,... for at gøre tingene lettere for at angive hvert punkt.

Find krydsene, hvor tre eller flere ledninger er forbundet, og mærk dem ved hjælp af strømmen, der strømmer ind og ud af dem. Bestem sløjferne i kredsløbene, og skriv ligninger, der beskriver, hvordan spændingerne summeres til nul i hver lukket sløjfe.

Eksempler på parallelle kredsløb og seriekredsløb er også forskellige i andre elektriske elementer. Ud over strøm, spænding og modstand er der kondensatorer, induktorer og andre elementer, der varierer afhængigt af om de er parallelle eller serier. Forskellene mellem typer kredsløb afhænger også af, om spændingskilden bruger jævnstrøm (DC) eller vekselstrøm (AC).

DC-kredsløb lader strømmen strømme i en enkelt retning, mens AC-kredsløb vekselstrøm mellem fremad og tilbage retning med regelmæssige intervaller og tager form af en sinusbølge. Eksemplerne hidtil har været jævnstrømskredsløb, men dette afsnit fokuserer på vekselstrømskilder.

I vekselstrømskredsløb henviser forskere og ingeniører til den skiftende modstand somimpedans, og dette kan tage højde forkondensatorer, kredsløbselementer, der lagrer opladning over tid, oginduktorer, kredsløbselementer, der producerer et magnetfelt som reaktion på strømmen i kredsløbet. I vekselstrømskredsløb svinger impedansen over tid i henhold til vekselstrømsindgangen, mens den samlede modstand er summen af ​​modstandselementerne, som forbliver konstant over tid. Dette gør modstand og impedans forskellige størrelser.

AC-kredsløb beskriver også, om strømretningen er i fase mellem kredsløbselementer. Hvis to elementer eri fase, så er bølgen af ​​elementernes strømme synkroniseret med hinanden. Disse bølgeformer giver dig mulighed for at beregnebølgelængde, afstanden til en fuldbølge-cyklus,frekvens, antallet af bølger, der passerer over et givet punkt hvert sekund, ogamplitude, højden af ​​en bølge for vekselstrømskredsløb.

Du måler impedansen på et serie vekselstrømskredsløb ved hjælp af

tilkondensatorimpedans​ ​x_Coginduktorimpedans​ ​x​_L fordi impedanserne, behandlet som modstande, summeres lineært, som det er tilfældet med jævnstrømskredsløb.

Grunden til, at du bruger forskellen mellem induktoren og kondensatorens impedanser i stedet for deres sum, er fordi disse to kredsløbselementer svinger i hvor meget strøm og spænding de har over tid på grund af udsvingene i vekselstrømsspændingen kilde.

Disse kredsløb erRLC kredsløbhvis de indeholder en modstand (R), induktor (L) og kondensator (C). Parallelle RLC-kredsløb opsummerer modstandene som

på samme måde opsummeres modstande parallelt ved hjælp af deres inverser, og denne værdi1 / Zer også kendt somadgangaf et kredsløb.

I begge tilfælde kan du måle impedanserne somx_C = 1 / ωCogx_L = ωLfor vinkelfrekvens "omega" capac, kapacitansC(i Farads) og induktansL(i Henries).

KapacitansCkan relateres til spænding somC = Q / VellerV = Q / Ctil opladning på en kondensatorSpørgsmål(i Coulombs) og kondensatorens spændingV(i volt). Induktans vedrører spænding somV = LdI / dttil ændring i strøm over tiddI / dt, induktorspændingVog induktansL. Brug disse ligninger til at løse strøm-, spændings- og andre egenskaber ved RLC-kredsløb.

Selvom du kan summere spændingerne omkring en lukket sløjfe lig med nul i et parallelt kredsløb, er det mere kompliceret at opsummere strømme. I stedet for at indstille summen af ​​de aktuelle værdier, der angiver en node, der er lig med summen af ​​de aktuelle værdier, der forlader noden, skal du bruge firkanterne for hver strøm.

For et RLC-kredsløb parallelt er strømmen over kondensatoren og induktoren som

til forsyningsstrømjeg_S, modstandsstrømjeg_R, induktorstrømjeg_Log kondensatorstrømjeg​_C ved hjælp af de samme principper til opsummering af impedansværdierne.

I RLC-kredsløb kan du beregne fasevinklen, hvor ud-af-fase det ene kredsløbselement er fra det andet, ved hjælp af ligningen for fasevinkel "phi"ΦsomΦ = tan^-1((X_L -X_C) / R)hvoritan​​^-1 ()repræsenterer den inverse tangentfunktion, der tager en proportion som input og returnerer den tilsvarende vinkel.

I seriekredsløb opsummeres kondensatorer ved hjælp af deres inverser som

mens induktorer opsummeres lineært som

for hver induktor. Parallelt vendes beregningerne. For et parallelt kredsløb summeres kondensatorer lineært

og induktorer opsummeres ved hjælp af deres inverser

for hver induktor.

Kondensatorer arbejder ved at måle forskellen i ladning mellem to plader, der er adskilt af et dielektrisk materiale mellem dem, hvilket reducerer spændingen, mens kapaciteten øges. Forskere og ingeniører måler også kapacitansCsomC = ε₀ε_rA / dmed "epsilon intet" ε₀ som værdien af ​​permittiviteten for luft, som er 8,84 x 10-12 F / m.ε_rer permittiviteten af ​​det dielektriske medium, der anvendes mellem kondensatorens to plader. Ligningen afhænger også af pladernes arealENi m² og afstanden mellem pladernedi m.