Como um circuito paralelo é diferente de um circuito em série?

Os circuitos elétricos usados ​​nos aparelhos e eletrônicos do dia-a-dia podem parecer confusos. Mas compreender os princípios fundamentais da eletricidade e do magnetismo que os fazem funcionar pode permitir que você entenda como os diferentes circuitos diferem uns dos outros.

Para começar a explicar a diferença entre conexões em série e paralelas em circuitos, você deve primeiro entender como os circuitos paralelos e em série diferem um do outro.Circuitos paralelosutilizar ramais que possuam diferentes elementos de circuito, sejam eles resistores, indutores, capacitores ou outros elementos elétricos, entre eles.

​Circuitos série, por outro lado, organize todos os seus elementos em um único loop fechado. Isso significa queatual, o fluxo de carga em um circuito, eVoltagem, a força eletromotriz que faz com que a corrente flua, as medições entre os circuitos paralelos e em série também diferem.

Os circuitos paralelos são geralmente usados ​​em cenários em que vários dispositivos dependem de uma única fonte de alimentação. Isso garante que eles possam se comportar de forma independente um do outro para que, se um parasse de funcionar, os outros continuassem trabalhando. Luzes que usam muitas lâmpadas podem usar cada lâmpada em paralelo umas com as outras, de forma que cada uma possa acender independentemente uma da outra. As tomadas elétricas em residências geralmente usam um único circuito para lidar com diferentes dispositivos.

Embora os circuitos paralelos e em série sejam diferentes uns dos outros, você pode usar os mesmos princípios de eletricidade para examinar sua corrente, tensão eresistência, a capacidade de um elemento de circuito de se opor ao fluxo de carga.

Para exemplos de circuitos paralelos e em série, você pode seguirAs duas regras de Kirchhoff. A primeira é que, tanto em um circuito em série quanto em paralelo, você pode definir a soma das quedas de tensão em todos os elementos em um circuito fechado igual a zero. A segunda regra é que você também pode pegar qualquer nó ou ponto em um circuito e definir as somas da corrente que entra naquele ponto igual à soma da corrente que sai daquele ponto.

Em circuitos em série, a corrente é constante em todo o loop, de modo que você pode medir a corrente de um único componente em um circuito em série para determinar a corrente de todos os elementos do circuito. Em circuitos paralelos, as quedas de tensão em cada ramo são constantes.

Em ambos os casos, você usaLei de Ohm​ ​V = IRpara voltagemV(em volts), correnteeu(em amperes ou amperes) e resistênciaR(em ohms) para cada componente ou para todo o circuito em si. Se você conhecesse, por exemplo, a corrente em um circuito em série, você poderia calcular a tensão somando as resistências e multiplicando a corrente pela resistência total.

​Somando as resistênciasvaria entre exemplos de circuitos paralelos e em série. Se você tiver um circuito em série com resistores diferentes, você pode somar as resistências adicionando cada valor de resistor para obter oresistência total, dado pela equação

para cada resistor.

Em circuitos paralelos, a resistência em cada ramo se soma aoinverso da resistência totaladicionando seus inversos. Em outras palavras, a resistência para um circuito paralelo é dada por

para cada resistor em paralelo para representar a diferença entre a combinação de resistores em série e em paralelo.

Essas diferenças na soma da resistência dependem das propriedades intrínsecas da resistência. A resistência representa a oposição do elemento do circuito ao fluxo de carga. Se a carga fluir em um circuito fechado de um circuito em série, haverá apenas uma direção para a corrente fluir, e esse fluxo não é dividido ou somado por mudanças nos caminhos para a corrente fluir.

Isso significa que, em cada resistor, o fluxo de carga permanece constante e a tensão, quanto potencial de carga está disponível em cada ponto, difere porque cada resistor adiciona mais e mais resistência a este caminho do atual.

Por outro lado, se a corrente de uma fonte de tensão, como uma bateria, tivesse vários caminhos a percorrer, ela se dividiria, como é o caso em um circuito paralelo. Mas, como afirmado anteriormente, a quantidade de corrente que entra em um determinado ponto deve ser igual a quanta corrente está saindo.

Seguindo esta regra, se a corrente se ramificar em caminhos diferentes a partir de um ponto fixo, ela deve ser igual à corrente que entra novamente em um único ponto no final de cada ramal. Se as resistências em cada ramificação forem diferentes, a oposição a cada quantidade de corrente será diferente, e isso levaria a diferenças nas quedas de tensão nas ramificações do circuito paralelo.

Finalmente, alguns circuitos possuem elementos que estão em paralelo e em série. Ao analisar esteshíbridos em série paralela, você deve tratar o circuito como em série ou em paralelo, dependendo de como eles estão conectados. Isso permite que você desenhe novamente o circuito geral usando circuitos equivalentes, um dos componentes em série e o outro em paralelo. Em seguida, use as regras de Kirchhoff tanto na série quanto no circuito paralelo.

Usando as regras de Kirchhoff e a natureza dos circuitos elétricos, você pode criar um método geral para abordar todos os circuitos, independentemente de estarem em série ou em paralelo. Primeiro, rotule cada ponto no diagrama de circuito com as letras A, B, C,... para facilitar a indicação de cada ponto.

Localize as junções, onde três ou mais fios estão conectados, e rotule-os usando as correntes que fluem para dentro e para fora deles. Determine os loops nos circuitos e escreva as equações que descrevem como as tensões somam zero em cada loop fechado.

Os exemplos de circuitos paralelos e em série também diferem em outros elementos elétricos. Além da corrente, tensão e resistência, existem capacitores, indutores e outros elementos que variam dependendo se estão em paralelo ou em série. As diferenças entre os tipos de circuito também dependem se a fonte de tensão usa corrente contínua (DC) ou corrente alternada (AC).

Os circuitos CC permitem que a corrente flua em uma única direção, enquanto os circuitos CA alternam a corrente entre as direções direta e reversa em intervalos regulares e tomam a forma de uma onda senoidal. Os exemplos até agora foram circuitos CC, mas esta seção se concentra nos circuitos CA.

Em circuitos AC, cientistas e engenheiros referem-se à mudança de resistência comoimpedância, e isso pode ser responsável porcapacitores, elementos de circuito que armazenam carga ao longo do tempo, eindutores, elementos de circuito que produzem um campo magnético em resposta à corrente no circuito. Em circuitos CA, a impedância flutua ao longo do tempo de acordo com a entrada de energia CA, enquanto a resistência total é o total dos elementos do resistor, que permanece constante ao longo do tempo. Isso torna a resistência e a impedância em quantidades diferentes.

Os circuitos CA também descrevem se a direção da corrente está em fase entre os elementos do circuito. Se dois elementos sãoem fase, então as ondas das correntes dos elementos estão sincronizadas umas com as outras. Essas formas de onda permitem calcularComprimento de onda, a distância de um ciclo de onda completo,frequência, o número de ondas que passam por um determinado ponto a cada segundo, eamplitude, a altura de uma onda, para circuitos AC.

Você mede a impedância de um circuito AC em série usando

para oimpedância do capacitor​ ​X_Ceimpedância indutora​ ​X​_eu porque as impedâncias, tratadas como resistências, são somadas linearmente, como é o caso dos circuitos CC.

A razão pela qual você usa a diferença entre as impedâncias do indutor e do capacitor em vez de sua soma é porque estes dois elementos de circuito flutuam em quanta corrente e tensão eles têm ao longo do tempo devido às flutuações da tensão CA fonte.

Esses circuitos sãoCircuitos RLCse eles contêm um resistor (R), indutor (L) e capacitor (C). Os circuitos RLC paralelos somam as resistências como

da mesma forma que os resistores em paralelo são somados usando seus inversos, e este valor1 / Ztambém é conhecido como oadmissãode um circuito.

Em ambos os casos, você pode medir as impedâncias comoX_C = 1 / ωCeX_eu = ωLpara frequência angular "ômega" ω, capacitânciaC(em Farads) e indutânciaeu(em Henries).

CapacitânciaCpode estar relacionado à tensão comoC = Q / VouV = Q / Cpara carregar em um capacitorQ(em coulombs) e tensão do capacitorV(em volts). A indutância se relaciona com a tensão comoV = LdI / dtpara mudança na corrente ao longo do tempodI / dt, tensão do indutorVe indutânciaeu. Use essas equações para resolver a corrente, tensão e outras propriedades dos circuitos RLC.

Embora você possa somar as tensões em torno de uma malha fechada igual a zero em um circuito paralelo, somar as correntes é mais complicado. Em vez de definir a soma dos próprios valores atuais que entram em um nó igual à soma dos valores atuais que saem do nó, você deve usar os quadrados de cada corrente.

Para um circuito RLC em paralelo, a corrente através do capacitor e indutor como

para corrente de suprimentoeu_S, corrente do resistoreu_R, corrente do indutoreu_eue corrente do capacitoreu​_C usando os mesmos princípios para somar os valores de impedância.

Em circuitos RLC, você pode calcular o ângulo de fase, quão fora de fase um elemento do circuito está do outro, usando a equação para o ângulo de fase "phi"ΦcomoΦ = bronzeado^-1((X_eu -X_C) / R)no qualbronzeado​​^-1 ()representa a função tangente inversa que recebe uma proporção como entrada e retorna o ângulo correspondente.

Em circuitos em série, os capacitores são somados usando seus inversos como

enquanto os indutores são resumidos linearmente como

para cada indutor. Paralelamente, os cálculos são invertidos. Para um circuito paralelo, os capacitores são somados linearmente

e os indutores são somados usando seus inversos

para cada indutor.

Os capacitores funcionam medindo a diferença de carga entre duas placas que são separadas por um material dielétrico entre elas, o que diminui a tensão e aumenta a capacitância. Cientistas e engenheiros também medem a capacitânciaCcomoC = ε₀ε_rDe Anúncioscom "nada epsilon" ε₀ como o valor da permissividade para o ar que é 8,84 x 10-12 F / m.ε_ré a permissividade do meio dielétrico usado entre as duas placas do capacitor. A equação também depende da área das placasUMAem m² e distância entre as placasdem m.