Po čemu se paralelni krug razlikuje od serijskog kruga?

Električni krugovi koji se koriste u svakodnevnoj elektronici i uređajima mogu izgledati zbunjujuće. Ali razumijevanje temeljnih principa elektriciteta i magnetizma koji uzrokuju njihov rad može vam omogućiti da shvatite kako se različiti krugovi međusobno razlikuju.

Da biste započeli objašnjavati razliku između serijskih i paralelnih veza u krugovima, prvo biste trebali shvatiti kako se paralelni i serijski krugovi međusobno razlikuju.Paralelni krugovikoristite grane koje imaju različite elemente kruga, bilo da su to otpornici, prigušnice, kondenzatori ili drugi električni elementi.

​Serijski krugoviza razliku od toga, rasporedite sve njihove elemente u jednu, zatvorenu petlju. Ovo znači toTrenutno, protok naboja u krugu, inapon, elektromotorna sila koja uzrokuje protok struje, razlikuju se i mjerenja između paralelnih i serijskih krugova.

Paralelni krugovi obično se koriste u scenarijima u kojima više uređaja ovisi o jednom izvoru napajanja. To osigurava da se mogu ponašati neovisno jedni o drugima, tako da bi, ako jedan prestane raditi, ostali nastavili raditi. Svjetla koja koriste mnogo žarulja mogu koristiti svaku žarulju paralelno jedna s drugom, tako da svaka može svijetliti neovisno jedna o drugoj. Električne utičnice u kućanstvima obično koriste jedan krug za rukovanje različitim uređajima.

Iako se paralelni i serijski krugovi međusobno razlikuju, možete koristiti iste principe električne energije da biste ispitali njihovu struju, napon iotpornost, sposobnost elementa sklopa da se suprotstavi protoku naboja.

Možete slijediti primjere paralelnih i serijskih krugovaKirchhoffova dva pravila. Prvo je da i u nizu i u paralelnom krugu možete postaviti zbroj padova napona na svim elementima u zatvorenoj petlji jednak nuli. Drugo je pravilo da također možete uzeti bilo koji čvor ili točku u krugu i postaviti sume struje koja ulazi u tu točku jednaku zbroju struje koja napušta tu točku.

U serijskim krugovima struja je konstantna kroz petlju tako da možete izmjeriti struju jedne komponente u serijskom krugu kako biste odredili struju svih elemenata kruga. U paralelnim krugovima padovi napona na svakoj grani su konstantni.

U oba slučaja koristiteOhmov zakon​ ​V = IRza naponV(u voltima), strujaJa(u amperima ili amperima) i otporR(u ohima) za svaku komponentu ili za cijeli krug. Ako ste znali, na primjer, struju u serijskom krugu, mogli biste izračunati napon zbrajanjem otpora i množenjem struje s ukupnim otporom.

​Zbrajanje otporavarira između primjera paralelnog i serijskog kruga. Ako imate serijski sklop s različitim otpornicima, možete zbrojiti otpore dodavanjem vrijednosti svakog otpora da biste dobiliukupni otpor, dano jednadžbom

za svaki otpornik.

U paralelnim krugovima, otpor na svakoj grani iznosi doinverzna ukupnom otporudodavanjem njihovih inverza. Drugim riječima, otpor za paralelni krug daje se sa

za svaki otpor paralelno da predstavlja razliku između serije i paralelne kombinacije otpornika.

Te razlike u zbrajanju otpora ovise o suštinskim svojstvima otpora. Otpor predstavlja suprotstavljanje elementa sklopa protoku naboja. Ako bi naboj tekao u zatvorenoj petlji serijskog kruga, postoji samo jedan smjer protoka struje, a taj se tok ne razdvaja ili ne sažima promjenama putova kako bi struja tekla.

To znači da na svakom otporniku protok naboja ostaje konstantan, a napon koliki potencijal Naboj je dostupan u svakoj točki, razlikuje se jer svaki otpor dodaje sve više i više otpora ovom putu Trenutno.

S druge strane, ako bi struja iz izvora napona, kao što je baterija, imala više putova, ona bi se podijelila, kao što je slučaj u paralelnom krugu. Ali, kao što je prethodno rečeno, količina struje koja ulazi u određenu točku mora biti jednaka količini struje koja odlazi.

Slijedom ovog pravila, ako bi se struja granala na različite staze od fiksne točke, ona bi trebala biti jednaka struji koja ponovno ulazi u jednu točku na kraju svake grane. Ako se otpori na svakoj grani razlikuju, tada se razlikuje suprotnost svakoj količini struje, što bi dovelo do razlika u padovima napona na granama paralelnog kruga.

Konačno, neki krugovi imaju elemente koji su paralelni i serijski. Kada se analiziraju oviserijski paralelni hibridi, prema krugu biste se trebali ponašati serijski ili paralelno, ovisno o načinu na koji su povezani. To vam omogućuje ponovno crtanje cjelokupnog kruga pomoću ekvivalentnih krugova, jedne od serijskih komponenata, a druge paralelno. Zatim upotrijebite Kirchhoffova pravila i za seriju i za paralelni krug.

Koristeći Kirchhoffova pravila i prirodu električnih krugova, možete smisliti opću metodu pristupanja svim krugovima bez obzira jesu li u nizu ili paralelni. Prvo označite svaku točku na shemi spojeva slovima A, B, C,... kako bi se olakšalo navođenje svake točke.

Pronađite spojeve na kojima su spojene tri ili više žica i označite ih pomoću struja koje teku i izlaze iz njih. Odredite petlje u krugovima i napišite jednadžbe koje opisuju kako se naponi zbrajaju na nulu u svakoj zatvorenoj petlji.

Primjeri paralelnih i serijskih krugova razlikuju se i u ostalim električnim elementima. Uz struju, napon i otpor, postoje kondenzatori, prigušnice i drugi elementi koji se razlikuju ovisno o tome jesu li paralelni ili serijski. Razlike između vrsta krugova također ovise o tome koristi li izvor napona istosmjernu (DC) ili izmjeničnu struju (AC).

Istosmjerni krugovi propuštaju struju u jednom smjeru, dok izmjenični krugovi izmjenjuju struju između naprijed i natrag u redovitim intervalima i poprimaju oblik sinusnog vala. Dosadašnji primjeri bili su istosmjerni krugovi, ali ovaj se odjeljak usredotočuje na izmjenične krugove.

U izmjeničnim krugovima znanstvenici i inženjeri nazivaju promjenjivi otpor kaoimpedancija, a to može objasnitikondenzatori, elementi kruga koji pohranjuju naboj tijekom vremena, iprigušnice, elementi kruga koji stvaraju magnetsko polje kao odgovor na struju u krugu. U krugovima izmjenične struje, impedancija fluktuira tijekom vremena ovisno o ulaznoj snazi ​​izmjeničnog napona, dok je ukupni otpor ukupan broj otpornih elemenata, koji ostaje vremenom konstantan. To čini otpor i impedansu različitim veličinama.

AC krugovi također opisuju je li smjer struje u fazi između elemenata kruga. Ako su dva elementau fazi, tada su val struja elemenata međusobno sinkronizirani. Ovi vam valni oblici omogućuju izračunavanjevalna duljina, udaljenost punog valnog ciklusa,frekvencija, broj valova koji svake sekunde prelaze određenu točku, iamplituda, visina vala, za izmjenične krugove.

Mjerite impedanciju serijskog izmjeničnog kruga pomoću

zaimpedancija kondenzatora​ ​x_Ciimpedancija induktora​ ​x​_L jer se impedancije, tretirane kao otpori, zbrajaju linearno, kao što je slučaj s istosmjernim krugovima.

Razlog zašto koristite razliku između impedancija prigušnice i kondenzatora umjesto njihove sume je taj što dva elementa kruga osciliraju u tome koliko struje i napona imaju tijekom vremena zbog kolebanja izmjeničnog napona izvor.

Ti su krugoviRLC krugoviako sadrže otpor (R), prigušnicu (L) i kondenzator (C). Paralelni RLC krugovi zbrajaju otpore kao

na isti se način paralelno sabiraju otpornici koristeći njihove inverze i tu vrijednost1 / Zje također poznat kaoprimanjekruga.

U oba slučaja impedancije možete izmjeriti kaox_C = 1 / ωCix_L = ωLza kutnu frekvenciju "omega" ω, kapacitetC(u Faradsu) i induktivitetL(u Henriesu).

KapacitetCmogu se povezati s naponom kaoC = Q / ViliV = Q / Cza punjenje na kondenzatoruP(u Coulombsima) i napon kondenzatoraV(u voltima). Induktivnost se odnosi na napon kaoV = LdI / dtza promjenu struje tijekom vremenadI / dt, napon induktoraVi induktivitetL. Koristite ove jednadžbe za rješavanje struje, napona i drugih svojstava RLC krugova.

Iako u paralelnom krugu možete zbrojiti napone oko zatvorene petlje jednake nuli, zbrajanje struja je složenije. Umjesto postavljanja zbroja samih trenutnih vrijednosti koje ulaze u čvor jednak zbroju trenutnih vrijednosti koje napuštaju čvor, morate koristiti kvadrate svake struje.

Za paralelni RLC krug, struja preko kondenzatora i prigušnice kao

za struju napajanjaJa_S, otporna strujaJa_R, struja induktoraJa_Li struja kondenzatoraJa​_C koristeći iste principe za zbrajanje vrijednosti impedancije.

U RLC krugovima možete izračunati fazni kut, koliko je jedan element kruga izvan faze od drugog, koristeći jednadžbu za fazni kut "phi"ΦkaoΦ = žutosmeđa^-1((X_L -X_C) / R)u kojempreplanuli​​^-1 ()predstavlja inverznu funkciju tangente koja uzima proporciju kao ulaz i vraća odgovarajući kut.

U serijskim krugovima kondenzatori se zbrajaju koristeći njihove inverze kao

dok se prigušnice sabiru linearno kao

za svaki induktor. Paralelno s tim, izračuni su obrnuti. Za paralelni krug kondenzatori se linearno zbrajaju

a prigušnice se sažimaju koristeći njihove inverze

za svaki induktor.

Kondenzatori rade mjerenjem razlike u napunjenosti između dviju ploča koje su međusobno odvojene dielektričnim materijalom koji smanjuje napon uz povećanje kapaciteta. Znanstvenici i inženjeri također mjere kapacitetCkaoC = ε₀ε_rOglass "epsilon ništa" ε₀ kao vrijednost permitivnosti za zrak koja iznosi 8,84 x 10-12 F / m.ε_rje permitivnost dielektričnog medija koji se koristi između dvije ploče kondenzatora. Jednadžba također ovisi o površini pločaAu M² te udaljenost između pločadu M.