Hoe verschilt een parallel circuit van een serieschakeling?

De elektrische circuits die worden gebruikt in alledaagse elektronica en apparaten kunnen verwarrend lijken. Maar als u de fundamentele principes van elektriciteit en magnetisme begrijpt die ervoor zorgen dat ze werken, kunt u begrijpen hoe verschillende circuits van elkaar verschillen.

Om het verschil tussen serie- en parallelle verbindingen in circuits uit te leggen, moet u eerst begrijpen hoe parallelle en serieschakelingen van elkaar verschillen.Parallelle circuitsgebruik takken met verschillende circuitelementen, zoals weerstanden, inductoren, condensatoren of andere elektrische elementen.

​Serieschakelingen, daarentegen, rangschik al hun elementen in een enkele, gesloten lus. Dit betekent datactueel, de ladingsstroom in een circuit, enSpanning, de elektromotorische kracht die stroom doet vloeien, verschillen ook de metingen tussen parallelle en serieschakelingen.

Parallelle circuits worden over het algemeen gebruikt in scenario's waarin meerdere apparaten afhankelijk zijn van een enkele stroombron. Dit zorgt ervoor dat ze zich onafhankelijk van elkaar kunnen gedragen, zodat, als de een zou stoppen met werken, de anderen zouden blijven werken. Lampen die veel lampen gebruiken, kunnen elke lamp parallel aan elkaar gebruiken, zodat ze allemaal onafhankelijk van elkaar kunnen branden. Stopcontacten in huishoudens gebruiken meestal een enkel circuit om verschillende apparaten te verwerken.

Hoewel parallelle en serieschakelingen van elkaar verschillen, kunt u dezelfde principes van elektriciteit gebruiken om hun stroom, spanning en te onderzoekenweerstand, het vermogen van een circuitelement om de stroom van lading tegen te gaan.

Voor zowel parallelle als serieschakelingsvoorbeelden kunt u volgen:De twee regels van Kirchhoff. De eerste is dat je in zowel een serie als een parallelle schakeling de som van de spanningsdalingen over alle elementen in een gesloten lus gelijk aan nul kunt stellen. De tweede regel is dat je ook een willekeurig knooppunt of punt in een circuit kunt nemen en de som van de stroom die dat punt binnenkomt gelijk kunt stellen aan de som van de stroom die dat punt verlaat.

In serieschakelingen is de stroom constant door de hele lus, zodat u de stroom van een enkele component in een serieschakeling kunt meten om de stroom van alle elementen van het circuit te bepalen. In parallelle circuits zijn de spanningsdalingen over elke tak constant.

In beide gevallen gebruik jeDe wet van Ohm​ ​V = IRvoor spanning:V(in volt), stroomik(in ampère of ampère) en weerstandR(in ohm) voor elk onderdeel of voor het hele circuit zelf. Als je bijvoorbeeld de stroom in een serieschakeling wist, zou je de spanning kunnen berekenen door de weerstanden bij elkaar op te tellen en de stroom te vermenigvuldigen met de totale weerstand.

​Weerstanden optellenvarieert tussen voorbeelden van parallelle en serieschakelingen. Als je een serieschakeling hebt met verschillende weerstanden, kun je de weerstanden optellen door elke weerstandswaarde op te tellen om de te krijgentotale weerstand, gegeven door de vergelijking

voor elke weerstand.

In parallelle circuits somt de weerstand over elke tak op tot deinverse van de totale weerstanddoor hun inverse toe te voegen. Met andere woorden, de weerstand voor een parallelle schakeling wordt gegeven door

voor elke parallelle weerstand om het verschil tussen serie en parallelle combinatie van weerstanden weer te geven.

Deze verschillen in optelweerstand zijn afhankelijk van de intrinsieke eigenschappen van weerstand. Weerstand vertegenwoordigt de weerstand van het circuitelement tegen de stroom van lading. Als de lading in een gesloten lus van een serieschakeling zou stromen, is er maar één richting waarin de stroom kan stromen, en deze stroom wordt niet gesplitst of samengevat door veranderingen in paden om de stroom te laten vloeien.

Dit betekent dat, over elke weerstand, de ladingsstroom constant blijft en de spanning, hoeveel potentiaal van lading is op elk punt beschikbaar, verschilt omdat elke weerstand meer en meer weerstand toevoegt aan dit pad van de actueel.

Aan de andere kant, als de stroom van een spanningsbron zoals een batterij meerdere paden moest volgen, zou deze zich opsplitsen zoals het geval is in een parallelle schakeling. Maar zoals eerder vermeld, moet de hoeveelheid stroom die een bepaald punt binnenkomt gelijk zijn aan de hoeveelheid stroom die eruit gaat.

Volgens deze regel, als de stroom vanaf een vast punt in verschillende paden zou aftakken, zou deze gelijk moeten zijn aan de stroom die aan het einde van elke tak opnieuw in een enkel punt binnenkomt. Als de weerstanden over elke tak verschillen, verschilt de oppositie tegen elke hoeveelheid stroom, en dit zou leiden tot verschillen in spanningsdalingen over de parallelle circuittakken.

Ten slotte hebben sommige circuits elementen die zowel parallel als in serie staan. Bij het analyseren van dezeserie-parallelle hybriden, moet u het circuit als in serie of parallel behandelen, afhankelijk van hoe ze zijn aangesloten. Hiermee kunt u het algehele circuit opnieuw tekenen met behulp van equivalente circuits, een van de componenten in serie en de andere parallel. Gebruik vervolgens de regels van Kirchhoff voor zowel de serie als de parallelle schakeling.

Met behulp van de regels van Kirchhoff en de aard van elektrische circuits, kun je een algemene methode bedenken om alle circuits te benaderen, ongeacht of ze in serie of parallel zijn. Benoem eerst elk punt in het schakelschema met de letters A, B, C,... om dingen gemakkelijker te maken voor het aangeven van elk punt.

Zoek de knooppunten waar drie of meer draden zijn aangesloten en label ze met behulp van de stromen die erin en eruit vloeien. Bepaal de lussen in de circuits en schrijf vergelijkingen die beschrijven hoe de spanningen optellen tot nul in elke gesloten lus.

Voorbeelden van parallelle en serieschakelingen verschillen ook in andere elektrische elementen. Naast stroom, spanning en weerstand zijn er condensatoren, inductoren en andere elementen die variëren afhankelijk van of ze parallel of in serie zijn. De verschillen tussen de typen schakelingen zijn ook afhankelijk van het feit of de spanningsbron gelijkstroom (DC) of wisselstroom (AC) gebruikt.

DC-circuits laten de stroom in een enkele richting stromen, terwijl AC-circuits de stroom met regelmatige tussenpozen wisselen tussen voorwaartse en achterwaartse richtingen en de vorm aannemen van een sinusgolf. De voorbeelden tot nu toe waren DC-circuits, maar deze sectie richt zich op AC-circuits.

In AC-circuits verwijzen wetenschappers en ingenieurs naar de veranderende weerstand als:impedantie, en dit kan verklarencondensatoren, circuitelementen die lading in de loop van de tijd opslaan, eninductoren, circuitelementen die een magnetisch veld produceren in reactie op de stroom in het circuit. In AC-circuits fluctueert de impedantie in de tijd volgens de AC-stroomingang, terwijl de totale weerstand het totaal is van de weerstandselementen, dat in de loop van de tijd constant blijft. Dit maakt weerstand en impedantie verschillende grootheden.

Wisselstroomcircuits beschrijven ook of de stroomrichting in fase is tussen circuitelementen. Als twee elementen zijnin fase, dan zijn de golf van de stromen van de elementen synchroon met elkaar. Met deze golfvormen kunt u berekenen:golflengte, de afstand van een volledige golfcyclus,frequentie, het aantal golven dat elke seconde over een bepaald punt gaat, enamplitude, de hoogte van een golf, voor wisselstroomcircuits.

Je meet de impedantie van een serie AC-schakeling met behulp van

voor decondensator impedantie:​ ​X_Ceninductor impedantie:​ ​X​_L omdat de impedanties, behandeld als weerstanden, lineair worden opgeteld zoals het geval is bij DC-circuits.

De reden waarom u het verschil tussen de impedanties van de inductor en de condensator gebruikt in plaats van hun som, is omdat deze: twee circuitelementen fluctueren in hoeveel stroom en spanning ze in de loop van de tijd hebben als gevolg van de fluctuaties van de wisselspanning bron.

Deze circuits zijn:RLC-circuitsals ze een weerstand (R), spoel (L) en condensator (C) bevatten. Parallelle RLC-circuits vatten de weerstanden samen als:

op dezelfde manier worden parallel geschakelde weerstanden opgeteld met behulp van hun inverse, en deze waarde1/Zis ook bekend als detoelatingvan een kring.

In beide gevallen kunt u de impedanties meten als:X_C = 1/ωCenX_L = ωLvoor hoekfrequentie "omega" ω, capaciteitC(in Farads) en inductieL(in Henriës).

CapaciteitCkan worden gerelateerd aan spanning als:C = Q/VofV = Q/Cvoor lading op een condensatorVraag(in Coulombs) en spanning van de condensatorV(in volt). Inductantie heeft betrekking op spanning als:V = LdI/dtvoor verandering in stroom in de loop van de tijddI/dt, spoelspanningVen inductieL. Gebruik deze vergelijkingen om stroom, spanning en andere eigenschappen van RLC-circuits op te lossen.

Hoewel je de spanningen rond een gesloten lus kunt optellen als gelijk aan nul in een parallelle schakeling, is het optellen van de stromen ingewikkelder. In plaats van de som van de huidige waarden zelf die een knoop binnenkomen gelijk te stellen aan de som van de huidige waarden die de knoop verlaten, moet u de kwadraten van elke stroom gebruiken.

Voor een RLC-circuit parallel, de stroom over de condensator en de spoel als in

voor voedingsstroom:ik_S, weerstandsstroomik_R, spoelstroomik_Len condensatorstroomik​_C dezelfde principes gebruiken voor het optellen van de impedantiewaarden.

In RLC-circuits kunt u de fasehoek berekenen, hoe uit fase het ene circuitelement van het andere is, met behulp van de vergelijking voor fasehoek "phi"Φnet zoΦ = tan^-1((X_L -X_C)/R)waarinbruinen​​^-1 ()vertegenwoordigt de inverse tangensfunctie die een proportie als invoer neemt en de bijbehorende hoek retourneert.

In serieschakelingen worden condensatoren samengevat met hun inverse als

terwijl inductoren lineair worden samengevat als:

voor elke spoel. Tegelijkertijd worden de berekeningen omgekeerd. Voor een parallelle schakeling worden condensatoren lineair opgeteld

en inductoren worden samengevat met behulp van hun inverse

voor elke spoel.

Condensatoren werken door het verschil in lading te meten tussen twee platen die gescheiden zijn door een diëlektrisch materiaal ertussen, waardoor de spanning afneemt en de capaciteit toeneemt. Wetenschappers en ingenieurs meten ook capaciteitCnet zoC =₀ε_rAdvertentiemet "epsilon niets"₀ als de waarde van de permittiviteit voor lucht die 8,84 x 10-12 F/m is.ε_ris de permittiviteit van het diëlektrische medium dat tussen de twee platen van de condensator wordt gebruikt. De vergelijking hangt ook af van de oppervlakte van de platenEENin M² en afstand tussen de platendin M.