Hvordan er en parallell krets forskjellig fra en seriekrets?

De elektriske kretsene som brukes i hverdagens elektronikk og apparater kan virke forvirrende. Men å forstå de grunnleggende prinsippene for elektrisitet og magnetisme som får dem til å fungere, kan la deg forstå hvordan forskjellige kretser skiller seg fra hverandre.

For å begynne å forklare forskjellen mellom seriekoblinger og parallelle forbindelser i kretser, bør du først forstå hvordan parallelle kretser og seriekretser skiller seg fra hverandre.Parallelle kretserbruk grener som har forskjellige kretselementer, det være seg motstander, induktorer, kondensatorer eller andre elektriske elementer, blant dem.

​Seriekretserderimot, ordne alle elementene i en enkelt, lukket sløyfe. Dette betyr atnåværende, strømmen av ladning i en krets, ogSpenning, den elektromotoriske kraften som får strøm til å strømme, målinger mellom parallelle og seriekretser er også forskjellige.

Parallelle kretser brukes vanligvis i scenarier der flere enheter er avhengige av en enkelt strømkilde. Dette sikrer at de kan oppføre seg uavhengig av hverandre, slik at hvis de skulle slutte å jobbe, ville de andre fortsette å jobbe. Lys som bruker mange pærer kan bruke hver pære parallelt med hverandre, slik at de alle kan lyse uavhengig av hverandre. Stikkontakter i husholdninger bruker vanligvis en enkelt krets for å håndtere forskjellige enheter.

Selv om parallelle og seriekretser er forskjellige fra hverandre, kan du bruke de samme prinsippene for elektrisitet for å undersøke strømmen, spenningen ogmotstand, et kretselements evne til å motsette seg strømmen av ladning.

For både parallelle og seriekretseksempler kan du følgeKirchhoffs to regler. Den første er at, i både en serie og en parallell krets, kan du sette summen av spenningsfallet over alle elementene i en lukket sløyfe lik null. Den andre regelen er at du også kan ta en hvilken som helst node eller et punkt i en krets og sette summen av strømmen som går inn i det punktet lik summen av strømmen som forlater det punktet.

I seriekretser er strømmen konstant gjennom hele sløyfen, slik at du kan måle strømmen til en enkelt komponent i en seriekrets for å bestemme strømmen til alle kretselementene. I parallelle kretsløp er spenningsfallet over hver gren konstant.

I begge tilfeller bruker duOhms lov​ ​V = IRfor spenningV(i volt), strømJeg(i ampere eller ampere) og motstandR(i ohm) for hver komponent eller for hele kretsen. Hvis du for eksempel kjente strømmen i en seriekrets, kan du beregne spenningen ved å oppsummere motstandene og multiplisere strømmen med total motstand.

​Oppsummerer motstandvarierer mellom eksempler på parallelle og seriekretser. Hvis du har en seriekrets med forskjellige motstander, kan du oppsummere motstandene ved å legge til hver motstandsverdi for å fåtotal motstand, gitt av ligningen

for hver motstand.

I parallelle kretsløp oppsummeres motstanden over hver greninvers av total motstandved å legge til sine inverser. Med andre ord er motstanden for en parallell krets gitt av

for hver motstand parallelt for å representere forskjellen mellom serie og parallell kombinasjon av motstander.

Disse forskjellene i summeringsmotstand avhenger av motstandens iboende egenskaper. Motstand representerer kretselementets motstand mot ladningsstrømmen. Hvis ladningen skulle strømme i en lukket sløyfe i en seriekrets, er det bare en retning for strøm å strømme, og denne strømmen blir ikke delt eller oppsummert av endringer i banene for strømmen å strømme.

Dette betyr at over hver motstand forblir strømmen konstant og spenningen, hvor mye potensial ladning er tilgjengelig på hvert punkt, er forskjellig fordi hver motstand tilfører mer og mer motstand mot denne banen til nåværende.

På den annen side, hvis strømmen fra en spenningskilde som et batteri hadde flere veier å ta, ville den splittes opp slik det er tilfelle i en parallell krets. Men som nevnt tidligere, må mengden strøm som går inn i et gitt punkt være lik hvor mye strøm som går.

I følge denne regelen, hvis strøm skulle forgrene seg i forskjellige baner fra et fast punkt, bør den være lik strømmen som går inn i et enkelt punkt igjen på slutten av hver gren. Hvis motstandene i hver gren er forskjellige, vil motstanden mot hver mengde strøm være forskjellig, og dette vil føre til forskjeller i spenningsfall over de parallelle kretsgrenene.

Til slutt har noen kretser elementer som er både parallelle og i serie. Når du analyserer disseserie-parallelle hybrider, bør du behandle kretsen som enten i serie eller parallelt, avhengig av hvordan de er koblet til. Dette lar deg tegne den totale kretsen på nytt ved hjelp av tilsvarende kretser, en av komponentene i serie og den andre av dem parallelt. Bruk deretter Kirchhoffs regler på både serien og parallellkretsen.

Ved å bruke Kirchhoffs regler og arten av elektriske kretser, kan du komme med en generell metode for å nærme deg alle kretser, uavhengig av om de er i serie eller parallelle. Merk først hvert punkt i kretsskjemaet med bokstavene A, B, C,... for å gjøre ting lettere for å indikere hvert punkt.

Finn kryssene, der tre eller flere ledninger er koblet sammen, og merk dem ved hjelp av strømmen som strømmer inn og ut av dem. Bestem sløyfene i kretsene og skriv ligninger som beskriver hvordan spenningene summeres til null i hver lukket sløyfe.

Eksempler på parallelle og seriekretser er også forskjellige i andre elektriske elementer. I tillegg til strøm, spenning og motstand er det kondensatorer, induktorer og andre elementer som varierer avhengig av om de er parallelle eller serier. Forskjellene mellom typene krets avhenger også av om spenningskilden bruker likestrøm (DC) eller vekselstrøm (AC).

DC-kretser lar strømmen strømme i en enkelt retning, mens vekselstrømskretsene vekselstrøm mellom forover og bakover med jevne mellomrom og tar form av en sinusbølge. Eksemplene så langt har vært likestrømskretser, men denne delen fokuserer på vekselstrøm.

I vekselstrømskretser refererer forskere og ingeniører til den endrede motstanden somimpedans, og dette kan gjøre rede forkondensatorer, kretselementer som lagrer ladning over tid, ogspoler, kretselementer som produserer et magnetfelt som svar på strømmen i kretsen. I vekselstrømskretser svinger impedansen over tid i henhold til vekselstrøminngangen, mens den totale motstanden er summen av motstandselementene, som forblir konstant over tid. Dette gjør motstand og impedans til forskjellige størrelser.

AC-kretser beskriver også om strømretningen er i fase mellom kretselementene. Hvis to elementer eri fase, så er bølgen av strømmen til elementene synkronisert med hverandre. Disse bølgeformene lar deg beregnebølgelengde, avstanden til en fullbølgesyklus,Frekvens, antall bølger som passerer over et gitt punkt hvert sekund, ogamplitude, høyden på en bølge, for vekselstrømskretser.

Du måler impedansen til en serie vekselstrømskrets ved hjelp av

forkondensatorimpedans​ ​X_Coginduktorimpedans​ ​X​_L fordi impedansene, behandlet som motstand, summeres lineært som tilfellet er med likestrømskretser.

Årsaken til at du bruker forskjellen mellom impedansene til induktoren og kondensatoren i stedet for deres sum, er fordi disse to kretselementer svinger i hvor mye strøm og spenning de har over tid på grunn av svingningene i vekselstrømmen kilde.

Disse kretsene erRLC-kretserhvis de inneholder en motstand (R), induktor (L) og kondensator (C). Parallelle RLC-kretser oppsummerer motstandene som

på samme måte som motstander parallelt blir oppsummert ved hjelp av deres inverser, og denne verdien1 / Zer også kjent somadgangav en krets.

I begge tilfeller kan du måle impedansene somX_C = 1 / ωCogX_L = ωLfor vinkelfrekvens "omega" capac, kapasitansC(i Farads) og induktansL(i Henries).

KapasitansCkan relateres til spenning somC = Q / VellerV = Q / Cfor lading på en kondensatorSpørsmål(i Coulombs) og kondensatorens spenningV(i volt). Induktans er relatert til spenning somV = LdI / dtfor endring i strøm over tiddI / dt, induktorspenningVog induktansL. Bruk disse ligningene til å løse for strøm, spenning og andre egenskaper til RLC-kretser.

Selv om du kan summere spenningene rundt en lukket sløyfe lik null i en parallell krets, er det mer komplisert å oppsummere strømene. I stedet for å angi summen av gjeldende verdier i seg selv som angir en node som er lik summen av gjeldende verdier som forlater noden, må du bruke kvadratene til hver strøm.

For en RLC-krets parallelt, er strømmen over kondensatoren og induktoren som

for forsyningsstrømJeg_S, motstandsstrømJeg_R, induktorstrømJeg_Log kondensatorstrømJeg​_C ved å bruke de samme prinsippene for å summere impedansverdiene.

I RLC-kretser kan du beregne fasevinkelen, hvor ut-av-fase det ene kretselementet er fra det andre, ved å bruke ligningen for fasevinkel "phi"ΦsomΦ = brunfarget^-1((X_L -X_C) / R)dersolbrun​​^-1 ()representerer den inverse tangensfunksjonen som tar en proporsjon som inngang og returnerer den tilsvarende vinkelen.

I seriekretser blir kondensatorer oppsummert ved hjelp av inversene sine som

mens induktorer oppsummeres lineært som

for hver spole. Parallelt reverseres beregningene. For en parallell krets summeres kondensatorer lineært

og induktorer oppsummeres ved hjelp av omvendt

for hver spole.

Kondensatorer fungerer ved å måle ladningsforskjellen mellom to plater som er atskilt med et dielektrisk materiale mellom dem som reduserer spenningen mens kapasitansen øker. Forskere og ingeniører måler også kapasitansCsomC = ε₀ε_rA / dmed "epsilon ingenting" ε₀ som verdien av permittiviteten for luft som er 8,84 x 10-12 F / m.ε_rer permittiviteten til det dielektriske mediet som brukes mellom kondensatorens to plater. Ligningen avhenger også av platens arealENi m² og avstand mellom platenedi m.