並列回路は直列回路とどう違うのですか？

日常の電子機器や電化製品で使用されている電気回路は、紛らわしいように思われるかもしれません。 しかし、それらを機能させる電気と磁気の基本原理を理解することで、さまざまな回路が互いにどのように異なるかを理解することができます。

回路の直列接続と並列接続の違いを説明するには、まず、並列回路と直列回路の違いを理解する必要があります。並列回路抵抗、インダクタ、コンデンサ、その他の電気素子など、さまざまな回路素子を持つ分岐を使用します。

​直列回路対照的に、すべての要素を単一の閉ループに配置します。 この意味は電流、回路内の電荷の流れ、および電圧、電流を流す起電力、並列回路と直列回路の測定値も異なります。

並列回路は通常、複数のデバイスが単一の電源に依存するシナリオで使用されます。 これにより、それらが互いに独立して動作できるようになり、一方が動作を停止した場合でも、もう一方は動作を継続できます。 多くの電球を使用するライトは、各電球を互いに並列に使用できるため、それぞれが互いに独立して点灯できます。 家庭のコンセントは通常、単一の回路を使用してさまざまなデバイスを処理します。

並列回路と直列回路は互いに異なりますが、同じ電気の原理を使用して、電流、電圧、および抵抗、電荷の流れに対抗する回路要素の能力。

並列回路と直列回路の両方の例について、次のことができます。キルヒホッフの2つのルール. 1つ目は、直列回路と並列回路の両方で、閉ループ内のすべての要素の電圧降下の合計をゼロに設定できることです。 2番目のルールは、回路内の任意のノードまたはポイントを取得して、そのポイントに入る電流の合計を、そのポイントから出る電流の合計に等しく設定することもできるということです。

直列回路では、電流はループ全体で一定であるため、直列回路の単一コンポーネントの電流を測定して、回路のすべての要素の電流を決定できます。 並列回路では、各分岐の両端の電圧降下は一定です。

どちらの場合も、オームの法則​ ​V = IR電圧用V（ボルト単位）、電流私（アンペアまたはアンペア単位）および抵抗R（オーム単位）各コンポーネントまたは回路全体。 たとえば、直列回路の電流がわかっている場合は、抵抗を合計し、電流に合計抵抗を掛けることで電圧を計算できます。

​抵抗を合計する並列回路と直列回路の例によって異なります。 異なる抵抗を備えた直列回路がある場合は、各抵抗値を加算して抵抗を合計すると、総抵抗、方程式で与えられます

各抵抗器に対して。

並列回路では、各分岐間の抵​​抗の合計は全抵抗の逆数それらの逆数を追加することによって。 言い換えれば、並列回路の抵抗は次の式で与えられます。

並列の各抵抗器について、抵抗器の直列と並列の組み合わせの違いを表します。

抵抗の合計におけるこれらの違いは、抵抗の固有の特性に依存します。 抵抗は、電荷の流れに対する回路要素の反対を表します。 電荷が直列回路の閉ループを流れる場合、電流が流れる方向は1つだけであり、この流れは、電流が流れる経路の変化によって分割または合計されることはありません。

これは、各抵抗器の両端で、電荷の流れが一定に保たれ、電圧、 電荷は各ポイントで利用可能ですが、各抵抗器がこのパスにますます多くの抵抗を追加するため、異なります。 電流。

一方、バッテリーなどの電圧源からの電流が複数の経路をたどる場合、並列回路の場合のように分割されます。 ただし、前述のように、特定のポイントに入る電流の量は、出る電流の量と等しくなければなりません。

この規則に従って、電流が固定点から異なるパスに分岐する場合、各分岐の終わりに単一の点に再入る電流と等しくなければなりません。 各分岐間の抵​​抗が異なる場合、各電流量に対する反対が異なり、これにより、並列回路分岐間の電圧降下に違いが生じます。

最後に、一部の回路には、並列と直列の両方の要素があります。 これらを分析するとき直並列ハイブリッド、接続方法に応じて、回路を直列または並列として扱う必要があります。 これにより、等価回路を使用して回路全体を再描画できます。一方は直列のコンポーネントで、もう一方は並列のコンポーネントです。 次に、直列回路と並列回路の両方でキルヒホッフの規則を使用します。

キルヒホッフの規則と電気回路の性質を使用して、直列か並列かに関係なく、すべての回路にアプローチする一般的な方法を考え出すことができます。 まず、回路図の各ポイントにA、B、C、...の文字でラベルを付けます。 各ポイントを示すために物事を簡単にするため。

3本以上のワイヤーが接続されているジャンクションを見つけ、それらに出入りする電流を使用してそれらにラベルを付けます。 回路内のループを決定し、各閉ループで電圧がどのようにゼロになるかを説明する方程式を記述します。

並列回路と直列回路の例は、他の電気素子でも異なります。 電流、電圧、抵抗に加えて、コンデンサ、インダクタ、その他の要素があり、それらが並列であるか直列であるかによって異なります。 回路の種類の違いは、電圧源が直流（DC）を使用するか交流（AC）を使用するかによっても異なります。

DC回路は電流を一方向に流し、AC回路は一定の間隔で順方向と逆方向の間で電流を交互に流し、正弦波の形をとります。 これまでの例はDC回路でしたが、このセクションではAC回路に焦点を当てます。

AC回路では、科学者やエンジニアは抵抗の変化を次のように呼びます。インピーダンス、そしてこれは説明することができますコンデンサ、時間の経過とともに電荷を蓄積する回路要素、およびインダクタ、回路内の電流に応答して磁場を生成する回路要素。 AC回路では、インピーダンスはAC電源入力に応じて時間とともに変動しますが、合計抵抗は抵抗要素の合計であり、時間の経過とともに一定に保たれます。 これにより、抵抗とインピーダンスの量が異なります。

AC回路は、電流の方向が回路要素間で同相であるかどうかも示します。 2つの要素が同相、その後、要素の電流の波は互いに同期しています。 これらの波形を使用すると、計算できます波長、全波サイクルの距離、周波数、1秒間に特定のポイントを通過する波の数、および振幅、AC回路の場合の波の高さ。

を使用して直列AC回路のインピーダンスを測定します

のためにコンデンサのインピーダンス​ ​バツ_Cそしてインダクタインピーダンス​ ​バツ​_L なぜなら、抵抗のように扱われるインピーダンスは、DC回路の場合と同様に線形に合計されるからです。

インダクタとコンデンサのインピーダンスの合計ではなくインピーダンスの差を使用する理由は、これらが 2つの回路要素は、AC電圧の変動により、時間の経過とともに流れる電流と電圧の量が変動します。 ソース。

これらの回路はRLC回路抵抗（R）、インダクタ（L）、コンデンサ（C）が含まれている場合。 並列RLC回路は、抵抗を次のように合計します。

同じように、並列の抵抗はその逆数を使用して合計され、この値は1 / Zとしても知られていますアドミタンス回路の。

どちらの場合も、インピーダンスを次のように測定できます。バツ_C = 1 /ωCそしてバツ_L =ωL角周波数「オメガ」ωの場合、静電容量C（ファラッド）とインダクタンスL（ヘンリーで）。

キャパシタンスCとして電圧に関連付けることができますC = Q / VまたはV = Q / Cコンデンサの充電用Q（クーロン単位）およびコンデンサの電圧V（ボルト単位）。 インダクタンスは次のように電圧に関連しますV = LdI / dt時間の経過に伴う電流の変化dI / dt、インダクタ電圧VとインダクタンスL. これらの方程式を使用して、RLC回路の電流、電圧、およびその他の特性を解きます。

並列回路では、閉ループの周りの電圧をゼロに等しいものとして合計できますが、電流の合計はより複雑です。 ノードに入る現在の値自体の合計を、ノードから出る現在の値の合計に等しく設定する代わりに、各電流の2乗を使用する必要があります。

並列のRLC回路の場合、コンデンサとインダクタの両端の電流は次のようになります。

供給電流用私_S、抵抗電流私_R、インダクタ電流私_Lおよびコンデンサ電流私​_C インピーダンス値を合計するために同じ原理を使用します。

RLC回路では、位相角「phi」の式を使用して、位相角、つまり一方の回路要素が他方からどの程度位相がずれているかを計算できます。ΦなのでΦ=日焼け^-1（（バツ_L -バツ_C）/ R）その中で日焼け​​^-1 ()入力として比率を取り、対応する角度を返す逆正接関数を表します。

直列回路では、コンデンサは次のようにその逆数を使用して合計されます。

一方、インダクタは次のように線形に合計されます。

インダクタごとに。 並行して、計算が逆になります。 並列回路の場合、コンデンサは線形に合計されます

インダクタはその逆数を使用して合計されます

インダクタごとに。

コンデンサは、それらの間の誘電体によって分離された2つのプレート間の電荷の差を測定することによって機能します。これにより、静電容量が増加しながら電圧が減少します。 科学者やエンジニアも静電容量を測定しますCなのでC =ε₀ε_r広告「イプシロンなし」でε₀ 8.84 x 10-12 F / mである空気の誘電率の値として。ε_rは、コンデンサの2つのプレート間で使用される誘電体の誘電率です。 方程式はプレートの面積にも依存しますAメートルで² プレート間の距離dメートルで。