Reihenschaltungen schalten Widerstände so, dass der Strom, gemessen in Amplitude oder Stromstärke, einem Pfad im Stromkreis folgt und durchgehend konstant bleibt. Der Strom fließt in entgegengesetzter Richtung von Elektronen durch jeden Widerstand, die den Fluss behindern von Elektronen, einer nach dem anderen in eine Richtung vom positiven Ende der Batterie zum Negativ. Es gibt keine externen Zweige oder Pfade, durch die der Strom fließen kann, wie dies bei einer Parallelschaltung der Fall wäre.
Beispiele für Reihenschaltungen
Serienschaltungen sind im Alltag üblich. Beispiele sind einige Arten von Weihnachts- oder Weihnachtsbeleuchtung. Ein weiteres gängiges Beispiel ist ein Lichtschalter. Darüber hinaus arbeiten Computer, Fernseher und andere elektronische Haushaltsgeräte alle nach dem Konzept einer Reihenschaltung.
Tipps
In einer Reihenschaltung bleibt die Stromstärke oder Amplitude des Stroms konstant und kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werdenV = I/Rwährend die Spannung an jedem Widerstand abfällt, der summiert werden kann, um den Gesamtwiderstand zu erhalten. Im Gegensatz dazu ändert sich in einer Parallelschaltung die Amplitude eines Stroms über die Verzweigungswiderstände, während die Spannung konstant bleibt.
Stromstärke (oder Ampere) in einer Reihenschaltung
Sie können die durch die Variable A gegebene Amplitude der Reihenschaltung in Ampere oder Ampere berechnen, indem Sie den Widerstand an jedem Widerstand in der Schaltung alsRund Summieren der Spannungsabfälle alsV, dann nach I in der Gleichung auflösenV = I/Rin welchemVist die Spannung der Batterie in Volt,ichist aktuell, undRist der Gesamtwiderstand der Widerstände in Ohm (Ω). Der Spannungsabfall sollte gleich der Spannung der Batterie in einer Reihenschaltung sein.
Die gleichungV = I/R, bekannt als Ohmsches Gesetz, gilt auch an jedem Widerstand in der Schaltung. Der Stromfluss durch eine Reihenschaltung ist konstant, das heißt, er ist an jedem Widerstand gleich. Sie können den Spannungsabfall an jedem Widerstand mit dem Ohmschen Gesetz berechnen. In Reihe wird die Spannung der Batterien erhöht, sie halten also kürzer als parallel.
Reihenschaltung und Formel
•••Syed Hussain Ather
In der obigen Schaltung ist jeder Widerstand (gekennzeichnet durch Zick-Zack-Linien) in Reihe mit der Spannungsquelle, der Batterie (bezeichnet durch die + und -, die die getrennten Leitungen umgeben) verbunden. Der Strom fließt in eine Richtung und bleibt an jedem Teil des Stromkreises konstant.
Wenn Sie jeden Widerstand aufsummieren, erhalten Sie einen Gesamtwiderstand von 18 Ω (Ohm, wobei Ohm das Maß für den Widerstand ist). Dies bedeutet, dass Sie den Strom berechnen können mitV = I/Rin welchemRist 18 Ω undVist 9 V, um einen Strom I von 162 A (Ampere) zu erhalten.
Kondensatoren und Induktivitäten
In einer Reihenschaltung können Sie einen Kondensator mit einer KapazitätCund lassen Sie es im Laufe der Zeit aufladen. In dieser Situation wird der Strom durch den Stromkreis gemessen als
I=\frac{V}{R}e^{-t/(RC)}
in welchemVist in Volt,Rist in Ohm,Cist in Farad,tist die Zeit in Sekunden undichist in Ampere. Hierebezieht sich auf die Euler-Konstantee.
Die Gesamtkapazität einer Reihenschaltung ist gegeben durch
\frac{1}{C_{total}}=\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_2}+...
wobei jeweils der Kehrwert jedes einzelnen Kondensators auf der rechten Seite summiert wird (1/C1, 1/C2, usw.). Mit anderen Worten, der Kehrwert der Gesamtkapazität ist die Summe der einzelnen Kehrwerte jedes Kondensators. Mit zunehmender Zeit baut sich die Ladung auf dem Kondensator auf und der Strom verlangsamt sich und nähert sich Null, erreicht aber nie ganz.
Ebenso können Sie eine Induktivität verwenden, um den Strom zu messen
I=\frac{V}{R}e^{-tR/L}
wobei die Gesamtinduktivität L die Summe der Induktivitätswerte der einzelnen Induktivitäten, gemessen in Henries, ist. Wenn eine Reihenschaltung bei Stromfluss Ladung aufbaut, erzeugt der Induktor, eine Drahtspule, die normalerweise einen Magnetkern umgibt, ein Magnetfeld als Reaktion auf den Stromfluss. Sie können in Filtern und Oszillatoren verwendet werden,
Serie vs. Parallelschaltungen
Bei Parallelschaltungen, bei denen sich der Strom durch verschiedene Teile der Schaltungen verzweigt, sind die Berechnungen sind „umgedreht“. Anstatt den Gesamtwiderstand als Summe der Einzelwiderstände zu bestimmen, wird der Gesamtwiderstand angegeben durch
\frac{1}{R_{total}}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+...
(die gleiche Methode zur Berechnung der Gesamtkapazität einer Reihenschaltung).
Die Spannung, nicht der Strom, ist im gesamten Stromkreis konstant. Der Gesamtstrom der Parallelschaltung ist gleich der Summe des Stroms über jeden Zweig. Sie können sowohl Strom als auch Spannung mit dem Ohmschen Gesetz berechnen (V = I/R).
•••Syed Hussain Ather
In der obigen Parallelschaltung würde sich der Gesamtwiderstand durch die folgenden vier Schritte ergeben:
- 1/Rgesamt= 1/R1 + 1/R2 + 1/R3
- 1/Rgesamt = 1/1 Ω + 1/4 Ω + 1/5 Ω
- 1/Rgesamt = 20/20 Ω + 5/20 Ω + 4/20 Ω
- 1/Rgesamt = 29/20 Ω
- Rgesamt = 20/29 oder ca. 0,69 .
Beachten Sie bei der obigen Berechnung, dass Sie erst ab Schritt 4 zu Schritt 5 gelangen, wenn auf der linken Seite nur ein Term steht (1/Rgesamt ) und nur ein Begriff auf der rechten Seite (29/20 Ω).
Ebenso ist die Gesamtkapazität in einer Parallelschaltung einfach die Summe jedes einzelnen Kondensators, und die Gesamtinduktivität ist ebenfalls durch eine umgekehrte Beziehung gegeben (1/Lgesamt = 1/L1 + 1/L2 + … ).
Gleichstrom vs. Wechselstrom
In Stromkreisen kann Strom entweder konstant fließen, wie es bei Gleichstrom (DC) der Fall ist, oder in Wechselstromkreisen (AC) wellenförmig schwanken. In einem Wechselstromkreis ändert sich der Strom zwischen einer positiven und einer negativen Richtung im Stromkreis.
Der britische Physiker Michael Faraday demonstrierte die Kraft von Gleichstrom mit dem Dynamo-Elektrogenerator in 1832, aber er konnte seine Leistung nicht über große Entfernungen übertragen und die erforderlichen Gleichspannungen waren kompliziert Schaltungen.
Als der serbisch-amerikanische Physiker Nikola Tesla 1887 einen Induktionsmotor mit Wechselstrom entwickelte, demonstrierte er, wie es einfach ist über große Entfernungen übertragen und mit Transformatoren zwischen hohen und niedrigen Werten umgewandelt werden können, ein Gerät, das verwendet wird, um zu ändern Stromspannung. Schon bald, um die Wende zum 20. Jahrhundert, begannen Haushalte in ganz Amerika, Gleichstrom zugunsten von Wechselstrom einzustellen.
Heutzutage verwenden elektronische Geräte bei Bedarf sowohl Wechselstrom als auch Gleichstrom. Gleichstrom wird bei Halbleitern für kleinere Geräte verwendet, die nur ein- und ausgeschaltet werden müssen, wie Laptops und Mobiltelefone. Wechselspannung wird durch lange Drähte transportiert, bevor sie mit einem Gleichrichter oder einer Diode in Gleichstrom umgewandelt wird, um diese Geräte wie Glühbirnen und Batterien zu versorgen.