In che modo un circuito parallelo è diverso da un circuito in serie?

I circuiti elettrici utilizzati nell'elettronica e negli elettrodomestici di tutti i giorni possono sembrare confusi. Ma comprendere i principi fondamentali dell'elettricità e del magnetismo che li fanno funzionare può farti capire come i diversi circuiti differiscono l'uno dall'altro.

Per iniziare a spiegare la differenza tra le connessioni in serie e in parallelo nei circuiti, dovresti prima capire in che modo i circuiti in parallelo e in serie differiscono l'uno dall'altro.Circuiti paralleliutilizzare rami che hanno diversi elementi del circuito, siano essi resistori, induttori, condensatori o altri elementi elettrici, tra questi.

​Circuiti in serie, al contrario, organizza tutti i loro elementi in un unico circuito chiuso. Ciò significa cheattuale, il flusso di carica in un circuito, evoltaggio, la forza elettromotrice che fa fluire la corrente, differiscono anche le misurazioni tra i circuiti in parallelo e in serie.

I circuiti paralleli sono generalmente utilizzati in scenari in cui più dispositivi dipendono da un'unica fonte di alimentazione. Ciò garantisce che possano comportarsi indipendentemente l'uno dall'altro in modo che, se uno smettesse di funzionare, gli altri continuerebbero a lavorare. Le luci che utilizzano molte lampadine possono utilizzare ciascuna lampadina in parallelo l'una con l'altra in modo che ognuna possa accendersi indipendentemente l'una dall'altra. Le prese elettriche domestiche in genere utilizzano un unico circuito per gestire dispositivi diversi.

Sebbene i circuiti in parallelo e in serie differiscano l'uno dall'altro, è possibile utilizzare gli stessi principi dell'elettricità per esaminare la loro corrente, tensione eresistenza, la capacità di un elemento del circuito di opporsi al flusso di carica.

Per esempi di circuiti sia in parallelo che in serie, puoi seguireLe due regole di Kirchhoff. Il primo è che, sia in un circuito in serie che in parallelo, è possibile impostare uguale a zero la somma delle cadute di tensione su tutti gli elementi in un circuito chiuso. La seconda regola è che puoi anche prendere qualsiasi nodo o punto in un circuito e impostare le somme della corrente che entra in quel punto uguale alla somma della corrente che esce da quel punto.

Nei circuiti in serie, la corrente è costante in tutto il circuito in modo da poter misurare la corrente di un singolo componente in un circuito in serie per determinare la corrente di tutti gli elementi del circuito. Nei circuiti in parallelo, le cadute di tensione su ciascun ramo sono costanti.

In entrambi i casi si usaLegge di Ohm​ ​V = IRper la tensioneV(in volt), correnteio(in ampere o ampere) e resistenzaR(in ohm) per ogni componente o per l'intero circuito stesso. Se conoscessi, ad esempio, la corrente in un circuito in serie, potresti calcolare la tensione sommando le resistenze e moltiplicando la corrente per la resistenza totale.

​Riassumendo le resistenzevaria tra esempi di circuiti in parallelo e in serie. Se hai un circuito in serie con resistori diversi, puoi sommare le resistenze aggiungendo ciascun valore di resistore per ottenere il toresistenza totale, data dall'equazione

per ogni resistore.

Nei circuiti paralleli, la resistenza su ciascun ramo si somma ainverso della resistenza totaleaggiungendo i loro inversi. In altre parole, la resistenza per un circuito parallelo è data da

per ogni resistore in parallelo per rappresentare la differenza tra serie e combinazione parallela di resistori.

Queste differenze nella somma delle resistenze dipendono dalle proprietà intrinseche della resistenza. La resistenza rappresenta l'opposizione dell'elemento del circuito al flusso di carica. Se la carica dovesse fluire in un circuito chiuso di un circuito in serie, c'è solo una direzione in cui la corrente scorre e questo flusso non viene diviso o riassunto dai cambiamenti nei percorsi in cui la corrente scorre.

Ciò significa che, attraverso ogni resistore, il flusso di carica rimane costante e la tensione, quanto potenziale di potential la carica è disponibile in ogni punto, differisce perché ogni resistore aggiunge sempre più resistenza a questo percorso del attuale.

D'altra parte, se la corrente da una sorgente di tensione come una batteria avesse più percorsi da prendere, si dividerebbe come nel caso di un circuito parallelo. Ma, come affermato in precedenza, la quantità di corrente che entra in un dato punto deve essere uguale a quanta corrente sta uscendo.

Seguendo questa regola, se la corrente dovesse deviare in percorsi diversi da un punto fisso, dovrebbe essere uguale alla corrente che rientra in un unico punto all'estremità di ogni ramo. Se le resistenze su ciascun ramo differiscono, allora l'opposizione a ciascuna quantità di corrente differisce e ciò porterebbe a differenze nelle cadute di tensione attraverso i rami del circuito parallelo.

Infine, alcuni circuiti hanno elementi sia in parallelo che in serie. Quando si analizzano questiibridi serie-parallelo, dovresti trattare il circuito come in serie o in parallelo a seconda di come sono collegati. Ciò consente di ridisegnare il circuito complessivo utilizzando circuiti equivalenti, uno dei componenti in serie e l'altro di quelli in parallelo. Quindi usa le regole di Kirchhoff sia sulla serie che sul circuito parallelo.

Usando le regole di Kirchhoff e la natura dei circuiti elettrici, puoi trovare un metodo generale per avvicinarti a tutti i circuiti indipendentemente dal fatto che siano in serie o in parallelo. Innanzitutto, etichetta ogni punto dello schema elettrico con le lettere A, B, C,... per rendere le cose più facili per indicare ogni punto.

Individua le giunzioni, dove sono collegati tre o più fili, ed etichettali usando le correnti che fluiscono dentro e fuori di essi. Determinare i circuiti nei circuiti e scrivere equazioni che descrivono come le tensioni si sommano a zero in ciascun circuito chiuso.

Gli esempi di circuiti in parallelo e in serie differiscono anche per altri elementi elettrici. Oltre a corrente, tensione e resistenza, esistono condensatori, induttanze e altri elementi che variano a seconda che siano in parallelo o in serie. Le differenze tra i tipi di circuito dipendono anche dal fatto che la sorgente di tensione utilizzi corrente continua (DC) o corrente alternata (AC).

I circuiti CC lasciano fluire la corrente in un'unica direzione mentre i circuiti CA alternano la corrente tra le direzioni avanti e indietro a intervalli regolari e assumono la forma di un'onda sinusoidale. Gli esempi finora sono stati circuiti in corrente continua, ma questa sezione si concentra su quelli in corrente alternata.

Nei circuiti CA, scienziati e ingegneri si riferiscono alla resistenza variabile comeimpedenza, e questo può spiegarecondensatori, elementi del circuito che immagazzinano la carica nel tempo, einduttori, elementi circuitali che producono un campo magnetico in risposta alla corrente nel circuito. Nei circuiti CA, l'impedenza fluttua nel tempo in base all'ingresso di alimentazione CA mentre la resistenza totale è il totale degli elementi del resistore, che rimane costante nel tempo. Questo rende la resistenza e l'impedenza diverse quantità.

I circuiti CA descrivono anche se la direzione della corrente è in fase tra gli elementi del circuito. Se due elementi sonoin fase, allora l'onda delle correnti degli elementi sono in sincrono tra loro. Queste forme d'onda ti permettono di calcolarelunghezza d'onda, la distanza di un ciclo d'onda completo,frequenza, il numero di onde che passano su un dato punto ogni secondo, eampiezza, l'altezza di un'onda, per i circuiti AC.

Si misura l'impedenza di un circuito CA in serie usando

per ilimpedenza del condensatore​ ​X_Ceimpedenza dell'induttore​ ​X​_l perché le impedenze, trattate come resistenze, sono sommate linearmente come nel caso dei circuiti in corrente continua.

Il motivo per cui usi la differenza tra le impedenze dell'induttore e del condensatore invece della loro somma è perché questi due elementi del circuito fluttuano nella quantità di corrente e tensione che hanno nel tempo a causa delle fluttuazioni della tensione CA fonte.

Questi circuiti sonoCircuiti RLCse contengono un resistore (R), un induttore (L) e un condensatore (C). I circuiti RLC paralleli sommano le resistenze come

allo stesso modo in cui i resistori in parallelo vengono sommati usando i loro inversi, e questo valore1/Zè anche conosciuto comeammissionedi un circuito.

In entrambi i casi, puoi misurare le impedenze comeX_C = 1/ωCeX_l = Lper frequenza angolare "omega", capacitàC(in Farad) e induttanzal(in Henries).

CapacitàCpuò essere correlato alla tensione comeC = Q/VoV = Q/Cper la carica su un condensatoreQ(in Coulomb) e tensione del condensatoreV(in volt). L'induttanza si riferisce alla tensione comeV = LdI/dtper il cambiamento di corrente nel tempodI/dt, tensione dell'induttoreVe induttanzal. Usa queste equazioni per risolvere la corrente, la tensione e altre proprietà dei circuiti RLC.

Sebbene sia possibile sommare le tensioni attorno a un circuito chiuso come uguali a zero in un circuito parallelo, sommare le correnti è più complicato. Invece di impostare la somma degli stessi valori correnti che entrano in un nodo uguale alla somma dei valori correnti che escono dal nodo, è necessario utilizzare i quadrati di ciascuna corrente.

Per un circuito RLC in parallelo, la corrente attraverso il condensatore e l'induttore come

per la corrente di alimentazioneio_S, corrente di resistenzaio_R, corrente dell'induttoreio_le corrente del condensatore capacitorio​_C usando gli stessi principi per sommare i valori di impedenza.

Nei circuiti RLC, è possibile calcolare l'angolo di fase, quanto è fuori fase un elemento del circuito dall'altro, utilizzando l'equazione per l'angolo di fase "phi"Φcome= tan^-1((X_l -X_C)/R)in qualetan​​^-1 ()rappresenta la funzione tangente inversa che prende una proporzione come input e restituisce l'angolo corrispondente.

Nei circuiti in serie, i condensatori vengono riassunti usando i loro inversi come

mentre gli induttori sono riassunti linearmente come

per ogni induttore. Parallelamente, i calcoli sono invertiti. Per un circuito parallelo, i condensatori sono sommati linearmente

e gli induttori sono riassunti usando i loro inversi

per ogni induttore.

I condensatori funzionano misurando la differenza di carica tra due piastre separate da un materiale dielettrico tra di loro che diminuisce la tensione aumentando la capacità. Scienziati e ingegneri misurano anche la capacitàCcomeC = ε₀ε_rAnno Dominicon "epsilon niente" ε₀ come il valore della permittività per l'aria che è 8,84 x 10-12 F/m.ε_rè la permittività del mezzo dielettrico utilizzato tra le due armature del condensatore. L'equazione dipende anche dall'area delle piastreUNin m² e distanza tra le piastredin m.