Bagaimana Rangkaian Paralel Berbeda Dari Rangkaian Seri?

Sirkuit listrik yang digunakan dalam elektronik dan peralatan sehari-hari mungkin tampak membingungkan. Tetapi memahami prinsip-prinsip dasar listrik dan magnet yang menyebabkan mereka bekerja dapat membuat Anda memahami bagaimana sirkuit yang berbeda berbeda satu sama lain.

Untuk mulai menjelaskan perbedaan antara koneksi seri dan paralel dalam rangkaian, Anda harus terlebih dahulu memahami bagaimana rangkaian paralel dan seri berbeda satu sama lain.Sirkuit paralelgunakan cabang-cabang yang memiliki elemen rangkaian yang berbeda, baik itu resistor, induktor, kapasitor atau elemen listrik lainnya, di antaranya.

​Sirkuit seri, sebaliknya, atur semua elemennya dalam satu lingkaran tertutup. Ini berarti bahwaarus, aliran muatan dalam suatu rangkaian, dantegangan, gaya gerak listrik yang menyebabkan arus mengalir, pengukuran antara rangkaian paralel dan seri juga berbeda.

Sirkuit paralel umumnya digunakan dalam skenario di mana beberapa perangkat bergantung pada satu sumber daya. Ini memastikan mereka dapat berperilaku independen satu sama lain sehingga, jika salah satu berhenti bekerja, yang lain akan terus bekerja. Lampu yang menggunakan banyak bohlam dapat menggunakan setiap bohlam secara paralel satu sama lain sehingga masing-masing dapat menyala secara independen satu sama lain. Outlet listrik di rumah tangga biasanya menggunakan satu sirkuit untuk menangani perangkat yang berbeda.

Meskipun rangkaian paralel dan seri berbeda satu sama lain, Anda dapat menggunakan prinsip listrik yang sama untuk memeriksa arus, tegangan danperlawanan, kemampuan elemen rangkaian untuk melawan aliran muatan.

Untuk contoh rangkaian paralel dan seri, Anda dapat mengikuti:Dua aturan Kirchhoff. Yang pertama adalah, dalam rangkaian seri dan paralel, Anda dapat mengatur jumlah penurunan tegangan di semua elemen dalam loop tertutup sama dengan nol. Aturan kedua adalah Anda juga dapat mengambil simpul atau titik mana pun dalam suatu rangkaian dan mengatur jumlah arus yang masuk ke titik itu sama dengan jumlah arus yang keluar dari titik itu.

Dalam rangkaian seri, arus konstan sepanjang loop sehingga Anda dapat mengukur arus komponen tunggal dalam rangkaian seri untuk menentukan arus semua elemen rangkaian. Dalam rangkaian paralel, penurunan tegangan di setiap cabang adalah konstan.

Dalam kedua kasus, Anda menggunakanHukum Ohm​ ​V = IRuntuk teganganV(dalam volt), arussaya(dalam amp atau ampere) dan resistansiR(dalam ohm) untuk setiap komponen atau untuk seluruh rangkaian itu sendiri. Jika Anda mengetahui, misalnya, arus dalam rangkaian seri, Anda dapat menghitung tegangan dengan menjumlahkan hambatan dan mengalikan arus dengan hambatan total.

​Menyimpulkan resistensibervariasi antara contoh rangkaian paralel dan seri. Jika Anda memiliki rangkaian seri dengan resistor yang berbeda, Anda dapat menjumlahkan resistansi dengan menambahkan setiap nilai resistor untuk mendapatkanresistensi total, diberikan oleh persamaan

untuk setiap resistor.

Dalam rangkaian paralel, hambatan di setiap cabang dijumlahkan dengankebalikan dari hambatan totaldengan menambahkan inversnya. Dengan kata lain, resistansi untuk rangkaian paralel diberikan oleh

untuk setiap resistor secara paralel untuk mewakili perbedaan antara seri dan kombinasi paralel resistor.

Perbedaan dalam menjumlahkan resistansi ini bergantung pada sifat intrinsik resistansi. Resistansi mewakili oposisi elemen rangkaian terhadap aliran muatan. Jika muatan mengalir dalam loop tertutup dari rangkaian seri, hanya ada satu arah untuk arus mengalir, dan aliran ini tidak dibagi atau disimpulkan dengan perubahan jalur untuk arus mengalir.

Ini berarti bahwa, pada setiap resistor, aliran muatan tetap konstan dan tegangan, berapa potensial muatan tersedia di setiap titik, berbeda karena setiap resistor menambah semakin banyak resistansi ke jalur ini arus.

Di sisi lain, jika arus dari sumber tegangan seperti baterai memiliki banyak jalur yang harus dilalui, arus tersebut akan terpecah seperti halnya pada rangkaian paralel. Tetapi, seperti yang dinyatakan sebelumnya, jumlah arus yang masuk ke suatu titik tertentu harus sama dengan berapa banyak arus yang keluar.

Mengikuti aturan ini, jika arus bercabang ke jalur yang berbeda dari titik tetap, itu harus sama dengan arus yang masuk kembali ke satu titik di ujung setiap cabang. Jika resistansi di setiap cabang berbeda, maka oposisi untuk setiap jumlah arus berbeda, dan ini akan menyebabkan perbedaan penurunan tegangan di seluruh cabang rangkaian paralel.

Akhirnya, beberapa sirkuit memiliki elemen yang paralel dan seri. Saat menganalisis inihibrida seri-paralel, Anda harus memperlakukan rangkaian sebagai seri atau paralel tergantung pada bagaimana mereka terhubung. Ini memungkinkan Anda menggambar ulang rangkaian keseluruhan menggunakan rangkaian ekivalen, salah satu komponen secara seri dan yang lainnya secara paralel. Kemudian gunakan aturan Kirchhoff pada rangkaian seri dan paralel.

Menggunakan aturan Kirchhoff dan sifat sirkuit listrik, Anda dapat menemukan metode umum untuk mendekati semua sirkuit terlepas dari apakah mereka seri atau paralel. Pertama, beri label setiap titik pada diagram rangkaian dengan huruf A, B, C,... untuk membuat segalanya lebih mudah untuk menunjukkan setiap poin.

Temukan persimpangan, di mana tiga atau lebih kabel terhubung, dan beri label menggunakan arus yang mengalir masuk dan keluar darinya. Tentukan loop di sirkuit dan tulis persamaan yang menjelaskan bagaimana tegangan berjumlah nol di setiap loop tertutup.

Contoh rangkaian paralel dan seri berbeda dalam elemen listrik lainnya juga. Selain arus, tegangan, dan resistansi, ada kapasitor, induktor, dan elemen lain yang bervariasi tergantung pada apakah mereka paralel atau seri. Perbedaan antara jenis rangkaian juga tergantung pada apakah sumber tegangan menggunakan arus searah (DC) atau arus bolak-balik (AC).

Sirkuit DC membiarkan arus mengalir dalam satu arah sementara sirkuit AC mengalirkan arus bolak-balik antara arah maju dan mundur secara berkala dan berbentuk gelombang sinus. Contoh sejauh ini adalah rangkaian DC, tetapi bagian ini berfokus pada rangkaian AC.

Di sirkuit AC, para ilmuwan dan insinyur mengacu pada resistansi yang berubah sebagai:impedansi, dan ini dapat menjelaskankapasitor, elemen sirkuit yang menyimpan muatan dari waktu ke waktu, daninduktor, elemen rangkaian yang menghasilkan medan magnet sebagai respons terhadap arus dalam rangkaian. Dalam rangkaian AC, impedansi berfluktuasi dari waktu ke waktu sesuai dengan input daya AC sedangkan resistansi total adalah total elemen resistor, yang tetap konstan dari waktu ke waktu. Hal ini membuat resistansi dan impedansi besaran yang berbeda.

Rangkaian AC juga menggambarkan apakah arah arus sefasa antar elemen rangkaian. Jika dua elemen adalahDalam fase, maka gelombang arus unsur-unsur tersebut sinkron satu sama lain. Bentuk gelombang ini memungkinkan Anda menghitungpanjang gelombang, jarak siklus gelombang penuh,frekuensi, jumlah gelombang yang melewati suatu titik tertentu setiap detik, danamplitudo, tinggi gelombang, untuk rangkaian AC.

Anda mengukur impedansi rangkaian AC seri menggunakan

Untukimpedansi kapasitor​ ​X_Cdanimpedansi induktor​ ​X​_L karena impedansi, diperlakukan seperti resistansi, dijumlahkan secara linier seperti halnya dengan rangkaian DC.

Alasan mengapa Anda menggunakan perbedaan antara impedansi induktor dan kapasitor alih-alih jumlahnya adalah karena ini dua elemen rangkaian berfluktuasi dalam berapa banyak arus dan tegangan yang mereka miliki dari waktu ke waktu karena fluktuasi tegangan AC sumber.

Sirkuit ini adalahsirkuit RLCjika mereka mengandung resistor (R), induktor (L) dan kapasitor (C). Sirkuit RLC paralel menjumlahkan resistansi sebagai:

dengan cara yang sama resistor secara paralel diringkas menggunakan kebalikannya, dan nilai ini1/Zjuga dikenal sebagaimasukdari sebuah sirkuit.

Dalam kedua kasus, Anda dapat mengukur impedansi sebagai:X_C = 1/ωCdanX_L = Luntuk frekuensi sudut "omega", kapasitansiC(dalam Farad) dan induktansiL(dalam Henri).

kapasitansiCdapat dikaitkan dengan tegangan sebagaiC = Q/VatauV = Q/Cuntuk muatan pada kapasitorQ(dalam Coulomb) dan tegangan kapasitorV(dalam volt). Induktansi berhubungan dengan tegangan sebagaiV = LdI/dtuntuk perubahan arus dari waktu ke waktudI/dt, tegangan induktorVdan induktansiL. Gunakan persamaan ini untuk menyelesaikan arus, tegangan, dan sifat lain dari rangkaian RLC.

Meskipun Anda dapat menjumlahkan tegangan di sekitar loop tertutup sama dengan nol dalam rangkaian paralel, menjumlahkan arus lebih rumit. Alih-alih menetapkan jumlah nilai saat ini sendiri yang masuk ke simpul sama dengan jumlah nilai saat ini yang meninggalkan simpul, Anda harus menggunakan kuadrat dari setiap arus.

Untuk rangkaian RLC paralel, arus melintasi kapasitor dan induktor sebagai:

untuk arus suplaisaya_S, arus resistorsaya_R, arus induktorsaya_Ldan arus kapasitorsaya​_C menggunakan prinsip yang sama untuk menjumlahkan nilai impedansi.

Di sirkuit RLC, Anda dapat menghitung sudut fase, seberapa di luar fase satu elemen sirkuit dari yang lain, menggunakan persamaan untuk sudut fase "phi"Φsebagai= tan^-1((X_L -X_C)/R)di manatan​​^-1 ()mewakili fungsi tangen terbalik yang mengambil proporsi sebagai input dan mengembalikan sudut yang sesuai.

Dalam rangkaian seri, kapasitor diringkas menggunakan kebalikannya sebagai:

sedangkan induktor diringkas secara linier sebagai

untuk setiap induktor. Secara paralel, perhitungannya dibalik. Untuk rangkaian paralel, kapasitor dijumlahkan secara linier

dan induktor dijumlahkan menggunakan inversnya

untuk setiap induktor.

Kapasitor bekerja dengan mengukur perbedaan muatan antara dua pelat yang dipisahkan oleh bahan dielektrik di antara keduanya yang menurunkan tegangan sekaligus meningkatkan kapasitansi. Ilmuwan dan insinyur juga mengukur kapasitansiCsebagaiC =₀ε_rIklandengan "epsilon sia-sia"₀ sebagai nilai permitivitas udara yaitu 8,84 x 10-12 F/m.ε_radalah permitivitas media dielektrik yang digunakan antara dua pelat kapasitor. Persamaan juga tergantung pada luas pelatSEBUAHdalam m² dan jarak antar pelatddi m.