En quoi un circuit parallèle est-il différent d'un circuit en série ?

Les circuits électriques utilisés dans l'électronique et les appareils de tous les jours peuvent sembler déroutants. Mais comprendre les principes fondamentaux de l'électricité et du magnétisme qui les font fonctionner peut vous permettre de comprendre en quoi différents circuits diffèrent les uns des autres.

Pour commencer à expliquer la différence entre les connexions série et parallèle dans les circuits, vous devez d'abord comprendre en quoi les circuits parallèles et série diffèrent les uns des autres.Circuits parallèlesutiliser des branches qui ont différents éléments de circuit, qu'il s'agisse de résistances, d'inductances, de condensateurs ou d'autres éléments électriques, parmi eux.

​Circuits en série, en revanche, organisent tous leurs éléments en une seule boucle fermée. Cela signifie queactuel, le flux de charge dans un circuit, etTension, la force électromotrice qui fait circuler le courant, les mesures entre les circuits parallèles et en série diffèrent également.

Les circuits parallèles sont généralement utilisés dans des scénarios dans lesquels plusieurs appareils dépendent d'une seule source d'alimentation. Cela garantit qu'ils peuvent se comporter indépendamment les uns des autres de sorte que, si l'un devait cesser de travailler, les autres continueraient à travailler. Les lampes qui utilisent de nombreuses ampoules peuvent utiliser chaque ampoule en parallèle afin que chacune puisse s'allumer indépendamment les unes des autres. Les prises électriques dans les ménages utilisent généralement un seul circuit pour gérer différents appareils.

Bien que les circuits parallèles et en série diffèrent les uns des autres, vous pouvez utiliser les mêmes principes de l'électricité pour examiner leur courant, leur tension etla résistance, la capacité d'un élément de circuit à s'opposer au flux de charge.

Pour les exemples de circuits en parallèle et en série, vous pouvez suivreLes deux règles de Kirchhoff. La première est que, dans un circuit en série comme dans un circuit parallèle, vous pouvez définir la somme des chutes de tension sur tous les éléments d'une boucle fermée égale à zéro. La deuxième règle est que vous pouvez également prendre n'importe quel nœud ou point d'un circuit et définir les sommes du courant entrant en ce point égales à la somme du courant sortant de ce point.

Dans les circuits en série, le courant est constant dans toute la boucle afin que vous puissiez mesurer le courant d'un seul composant dans un circuit en série pour déterminer le courant de tous les éléments du circuit. Dans les circuits parallèles, les chutes de tension sur chaque branche sont constantes.

Dans les deux cas, vous utilisezLa loi d'Ohm​ ​V = IRpour la tensionV(en volts), courantje(en ampères ou ampères) et résistanceR(en ohms) pour chaque composant ou pour l'ensemble du circuit lui-même. Si vous connaissiez, par exemple, le courant dans un circuit en série, vous pourriez calculer la tension en additionnant les résistances et en multipliant le courant par la résistance totale.

​Résumer les résistancesvarie entre les exemples de circuits en parallèle et en série. Si vous avez un circuit en série avec différentes résistances, vous pouvez additionner les résistances en ajoutant chaque valeur de résistance pour obtenir lerésistance totale, donnée par l'équation

pour chaque résistance.

Dans les circuits parallèles, la résistance à travers chaque branche se résume à lainverse de la résistance totaleen ajoutant leurs inverses. En d'autres termes, la résistance d'un circuit parallèle est donnée par

pour chaque résistance en parallèle pour représenter la différence entre la combinaison série et parallèle de résistances.

Ces différences de résistance de sommation dépendent des propriétés intrinsèques de la résistance. La résistance représente l'opposition de l'élément du circuit au flux de charge. Si la charge devait circuler dans une boucle fermée d'un circuit en série, il n'y a qu'un seul sens pour le courant, et ce flux n'est pas divisé ou résumé par des changements de chemins pour le courant.

Cela signifie que, à travers chaque résistance, le flux de charge reste constant et la tension, combien de potentiel de charge est disponible à chaque point, diffère parce que chaque résistance ajoute de plus en plus de résistance à ce chemin de la actuel.

En revanche, si le courant d'une source de tension telle qu'une batterie avait plusieurs chemins à emprunter, il se séparerait comme c'est le cas dans un circuit parallèle. Mais, comme indiqué précédemment, la quantité de courant entrant en un point donné doit être égale à la quantité de courant sortant.

En suivant cette règle, si le courant devait bifurquer en différents chemins à partir d'un point fixe, il devrait être égal au courant qui rentre en un seul point à la fin de chaque branche. Si les résistances à travers chaque branche diffèrent, alors l'opposition à chaque quantité de courant diffère, et cela conduirait à des différences de chutes de tension à travers les branches du circuit parallèle.

Enfin, certains circuits comportent des éléments à la fois en parallèle et en série. Lors de l'analyse de ceshybrides série-parallèle, vous devez traiter le circuit comme en série ou en parallèle selon la façon dont ils sont connectés. Cela permet de redessiner l'ensemble du circuit en utilisant des circuits équivalents, l'un de composants en série et l'autre de ceux en parallèle. Ensuite, utilisez les règles de Kirchhoff sur le circuit série et le circuit parallèle.

En utilisant les règles de Kirchhoff et la nature des circuits électriques, vous pouvez trouver une méthode générale pour approcher tous les circuits, qu'ils soient en série ou en parallèle. Tout d'abord, étiquetez chaque point du schéma de circuit avec les lettres A, B, C,... pour faciliter les choses pour indiquer chaque point.

Localisez les jonctions, où trois fils ou plus sont connectés, et étiquetez-les en utilisant les courants qui y pénètrent et en sortent. Déterminez les boucles dans les circuits et écrivez des équations décrivant la somme des tensions jusqu'à zéro dans chaque boucle fermée.

Les exemples de circuits en parallèle et en série diffèrent également par d'autres éléments électriques. En plus du courant, de la tension et de la résistance, il existe des condensateurs, des inductances et d'autres éléments qui varient selon qu'ils sont en parallèle ou en série. Les différences entre les types de circuits dépendent également du fait que la source de tension utilise du courant continu (DC) ou du courant alternatif (AC).

Les circuits CC laissent le courant circuler dans une seule direction tandis que les circuits CA alternent le courant entre les directions directe et inverse à intervalles réguliers et prennent la forme d'une onde sinusoïdale. Les exemples jusqu'à présent ont été des circuits à courant continu, mais cette section se concentre sur les circuits à courant alternatif.

Dans les circuits AC, les scientifiques et les ingénieurs se réfèrent à la résistance changeante commeimpédance, et cela peut expliquercondensateurs, éléments de circuit qui stockent la charge dans le temps, etinducteurs, éléments de circuit qui produisent un champ magnétique en réponse au courant dans le circuit. Dans les circuits CA, l'impédance fluctue dans le temps en fonction de l'entrée d'alimentation CA tandis que la résistance totale est le total des éléments de résistance, qui reste constant dans le temps. Cela rend la résistance et l'impédance des quantités différentes.

Les circuits alternatifs décrivent également si le sens du courant est en phase entre les éléments du circuit. Si deux éléments sonten phase, alors l'onde des courants des éléments sont synchronisés les uns avec les autres. Ces formes d'onde vous permettent de calculerlongueur d'onde, la distance d'un cycle d'onde complète,la fréquence, le nombre d'ondes qui passent sur un point donné chaque seconde, etamplitude, la hauteur d'une onde, pour les circuits alternatifs.

Vous mesurez l'impédance d'un circuit CA en série en utilisant

pour leimpédance du condensateur​ ​X_Cetimpédance de l'inductance​ ​X​_L car les impédances, traitées comme des résistances, sont sommées linéairement comme c'est le cas avec les circuits à courant continu.

La raison pour laquelle vous utilisez la différence entre les impédances de l'inducteur et du condensateur au lieu de leur somme est que ces deux éléments de circuit fluctuent dans la quantité de courant et de tension qu'ils ont au fil du temps en raison des fluctuations de la tension alternative la source.

Ces circuits sontCircuits RLCs'ils contiennent une résistance (R), une inductance (L) et un condensateur (C). Les circuits RLC parallèles additionnent les résistances comme

de la même manière, les résistances en parallèle sont additionnées en utilisant leurs inverses, et cette valeur1/Zest également connu sous le nom deadmissiond'un circuit.

Dans les deux cas, vous pouvez mesurer les impédances commeX_C = 1/ωCetX_L = Lpour fréquence angulaire "omega", capacitéC(en Farads) et inductanceL(dans Henries).

CapacitanceCpeut être lié à la tension commeC = Q/Vou alorsV = Q/Cpour charger sur un condensateurQ(en Coulombs) et tension du condensateurV(en volts). L'inductance se rapporte à la tension commeV = LdI/dtpour l'évolution du courant dans le tempsdI/dt, tension d'inductanceVet inductanceL. Utilisez ces équations pour résoudre le courant, la tension et d'autres propriétés des circuits RLC.

Bien que vous puissiez additionner les tensions autour d'une boucle fermée comme étant égales à zéro dans un circuit parallèle, la somme des courants est plus compliquée. Au lieu de définir la somme des valeurs actuelles elles-mêmes qui entrent dans un nœud égale à la somme des valeurs actuelles quittant le nœud, vous devez utiliser les carrés de chaque courant.

Pour un circuit RLC en parallèle, le courant aux bornes du condensateur et de l'inducteur comme

pour courant d'alimentationje_S, courant de résistanceje_R, courant d'inductanceje_Let courant de condensateurje​_C en utilisant les mêmes principes pour additionner les valeurs d'impédance.

Dans les circuits RLC, vous pouvez calculer l'angle de phase, le déphasage d'un élément de circuit par rapport à l'autre, en utilisant l'équation de l'angle de phase "phi"Φcomme= bronzage^-1((X_L -X_C)/R)dans lequelbronzer​​^-1 ()représente la fonction tangente inverse qui prend une proportion en entrée et renvoie l'angle correspondant.

Dans les circuits en série, les condensateurs sont résumés en utilisant leurs inverses comme

tandis que les inducteurs se résument linéairement comme

pour chaque inducteur. En parallèle, les calculs sont inversés. Pour un circuit parallèle, les condensateurs sont additionnés linéairement

et les inducteurs sont additionnés en utilisant leurs inverses

pour chaque inducteur.

Les condensateurs fonctionnent en mesurant la différence de charge entre deux plaques séparées par un matériau diélectrique entre elles, ce qui diminue la tension tout en augmentant la capacité. Les scientifiques et les ingénieurs mesurent également la capacitéCcommeC =₀ε_rUn davec "epsilon rien"₀ comme la valeur de la permittivité pour l'air qui est de 8,84 x 10-12 F/m.ε_rest la permittivité du milieu diélectrique utilisé entre les deux plaques du condensateur. L'équation dépend aussi de l'aire des plaquesUNEdans M² et distance entre les plaquesrédans M.