În ce este diferit un circuit paralel de un circuit de serie?

Circuitele electrice utilizate în electronice și aparate de zi cu zi pot părea confuze. Dar înțelegerea principiilor fundamentale ale electricității și magnetismului care îi determină să funcționeze vă poate permite să înțelegeți diferitele circuite diferite între ele.

Pentru a începe să explicați diferența dintre conexiunile în serie și în paralel în circuite, ar trebui să înțelegeți mai întâi în ce fel diferă circuitele în paralel și în serie între ele.Circuite paralelefolosiți ramuri care au diferite elemente de circuit, fie ele rezistențe, inductoare, condensatori sau alte elemente electrice, printre ele.

​Circuite de serie, prin contrast, aranjează toate elementele lor într-o singură buclă închisă. Aceasta înseamnă căactual, fluxul de încărcare într-un circuit șiVoltaj, forța electromotivă care determină curentul să curgă, diferă și măsurătorile între circuitele paralele și cele din serie.

Circuitele paralele sunt utilizate în general în scenarii în care mai multe dispozitive depind de o singură sursă de alimentare. Acest lucru asigură că se pot comporta independent unul de celălalt, astfel încât, dacă unul ar înceta să lucreze, ceilalți ar continua să lucreze. Luminile care utilizează mai multe becuri pot utiliza fiecare bec în paralel unul cu celălalt, astfel încât fiecare să se poată aprinde independent unul de celălalt. Priza electrică din gospodării folosește de obicei un singur circuit pentru a manipula diferite dispozitive.

Deși circuitele paralele și de serie diferă între ele, puteți utiliza aceleași principii ale electricității pentru a le examina curentul, tensiunea șirezistenţă, capacitatea unui element de circuit de a se opune fluxului de sarcină.

Pentru exemplele de circuite paralele și de serie, puteți urmăriCele două reguli ale lui Kirchhoff. Primul este că, atât într-o serie cât și într-un circuit paralel, puteți seta suma căderilor de tensiune pe toate elementele într-o buclă închisă egală cu zero. A doua regulă este că puteți lua, de asemenea, orice nod sau punct dintr-un circuit și setați sumele curentului care intră în acel punct egală cu suma curentului care iese din acel punct.

În circuitele de serie, curentul este constant pe toată bucla, astfel încât să puteți măsura curentul unei singure componente într-un circuit de serie pentru a determina curentul tuturor elementelor circuitului. În circuitele paralele, căderile de tensiune pe fiecare ramură sunt constante.

În ambele cazuri, utilizațiLegea lui Ohm​ ​V = IRpentru tensiuneV(în volți), curentEu(în amperi sau amperi) și rezistențăR(în ohmi) pentru fiecare componentă sau pentru întregul circuit în sine. Dacă ați ști, de exemplu, curentul într-un circuit de serie, ați putea calcula tensiunea prin însumarea rezistențelor și înmulțirea curentului cu rezistența totală.

​Rezumând rezistențevariază între exemple de circuite paralele și de serie. Dacă aveți un circuit de serie cu rezistențe diferite, puteți rezuma rezistențele adăugând fiecare valoare a rezistenței pentru a obținerezistență totală, dată de ecuație

pentru fiecare rezistor.

În circuite paralele, rezistența de pe fiecare ramură se rezumă lainvers al rezistenței totaleprin adăugarea inverselor lor. Cu alte cuvinte, rezistența pentru un circuit paralel este dată de

pentru fiecare rezistor în paralel pentru a reprezenta diferența dintre combinația serie și paralelă de rezistențe.

Aceste diferențe în rezistența la sumă depind de proprietățile intrinseci ale rezistenței. Rezistența reprezintă opoziția elementului circuitului la fluxul de sarcină. Dacă încărcătura ar curge într-o buclă închisă a unui circuit de serie, există o singură direcție pentru curentul să curgă, iar acest flux nu este împărțit sau rezumat prin schimbări de căi pentru curentul să circule.

Aceasta înseamnă că, de-a lungul fiecărui rezistor, fluxul de încărcare rămâne constant și tensiunea, cât de mult potențial încărcarea este disponibilă în fiecare punct, diferă deoarece fiecare rezistor adaugă din ce în ce mai multă rezistență la această cale a actual.

Pe de altă parte, dacă curentul de la o sursă de tensiune, cum ar fi o baterie, ar avea mai multe căi de parcurs, s-ar împărți, așa cum este cazul într-un circuit paralel. Dar, după cum sa menționat anterior, cantitatea de curent care intră într-un punct dat trebuie să fie egală cu cât curent pleacă.

Urmând această regulă, dacă curentul s-ar ramifica în căi diferite dintr-un punct fix, ar trebui să fie egal cu curentul care reintră într-un singur punct la sfârșitul fiecărei ramuri. Dacă rezistențele din fiecare ramură diferă, atunci opoziția față de fiecare cantitate de curent diferă și acest lucru ar duce la diferențe de cădere de tensiune pe ramurile circuitului paralel.

În cele din urmă, unele circuite au elemente care sunt atât în ​​paralel, cât și în serie. La analizarea acestorahibrizi serie-paraleli, ar trebui să tratați circuitul fie în serie, fie în paralel, în funcție de modul în care sunt conectați. Acest lucru vă permite să redesenați circuitul general utilizând circuite echivalente, una dintre componentele în serie și cealaltă dintre cele în paralel. Apoi folosiți regulile lui Kirchhoff atât pe serie, cât și pe circuitul paralel.

Folosind regulile lui Kirchhoff și natura circuitelor electrice, puteți veni cu o metodă generală de abordare a tuturor circuitelor, indiferent dacă acestea sunt în serie sau paralele. Mai întâi, etichetați fiecare punct din diagrama circuitului cu literele A, B, C,... pentru a ușura lucrurile pentru indicarea fiecărui punct.

Localizați joncțiunile, unde sunt conectate trei sau mai multe fire și etichetați-le folosind curenții care curg în și din ele. Determinați buclele din circuite și scrieți ecuații descriind modul în care tensiunile însumează până la zero în fiecare buclă închisă.

Exemplele de circuite paralele și de serie diferă și în alte elemente electrice. În plus față de curent, tensiune și rezistență, există condensatori, inductori și alte elemente care variază în funcție de faptul că sunt în paralel sau în serie. Diferențele dintre tipurile de circuite depind, de asemenea, de faptul dacă sursa de tensiune folosește curent continuu (DC) sau curent alternativ (AC).

Circuitele de curent continuu lasă curentul să curgă într-o singură direcție, în timp ce circuitele de curent alternativ alternează curentul între direcțiile înainte și inversă la intervale regulate și ia forma unei unde sinusoidale. Exemplele de până acum au fost circuitele de curent continuu, dar această secțiune se concentrează pe cele de curent alternativ.

În circuitele de curent alternativ, oamenii de știință și inginerii se referă la rezistența în schimbareimpedanta, iar acest lucru poate explicacondensatoare, elemente de circuit care stochează încărcarea în timp șiinductori, elemente de circuit care produc un câmp magnetic ca răspuns la curentul din circuit. În circuitele de curent alternativ, impedanța fluctuează în timp în funcție de puterea de intrare de curent alternativ, în timp ce rezistența totală este totalul elementelor rezistenței, care rămâne constantă în timp. Acest lucru face ca rezistența și impedanța să fie diferite.

Circuitele de curent alternativ descriu, de asemenea, dacă direcția curentului este în fază între elementele circuitului. Dacă două elemente suntîn fază, atunci valul curenților elementelor este sincronizat unul cu celălalt. Aceste forme de undă vă permit să calculațilungime de undă, distanța unui ciclu de undă completă,frecvență, numărul de unde care trec peste un punct dat în fiecare secundă șiamplitudine, înălțimea unei unde, pentru circuitele de curent alternativ.

Măsurați impedanța unui circuit de serie AC folosind

pentruimpedanta condensatorului​ ​X_Cșiimpedanta inductorului​ ​X​_L deoarece impedanțele, tratate ca rezistențe, sunt însumate liniar, așa cum este cazul circuitelor de curent continuu.

Motivul pentru care utilizați diferența dintre impedanțele inductorului și condensatorului în loc de suma lor este că acestea două elemente de circuit fluctuează în cantitatea de curent și tensiune pe care o au în timp datorită fluctuațiilor tensiunii de curent alternativ sursă.

Aceste circuite suntCircuite RLCdacă conțin un rezistor (R), inductor (L) și condensator (C). Circuitele RLC paralele rezumă rezistențele ca

în același mod rezistențele în paralel sunt însumate folosind inversele lor și această valoare1 / Zeste, de asemenea, cunoscut sub numele deadmiterea unui circuit.

În ambele cazuri, puteți măsura impedanțele caX_C = 1 / ωCșiX_L = ωLpentru frecvența unghiulară "omega" ω, capacitateC(în Farads) și inductanțăL(în Henries).

CapacitateCpoate fi legat de tensiune caC = Q / VsauV = Q / Cpentru încărcare pe un condensatorÎ(în Coulombs) și tensiunea condensatoruluiV(în volți). Inductanța se referă la tensiune caV = LdI / dtpentru schimbarea curentului în timpdI / dt, tensiunea inductoruluiVși inductanțăL. Utilizați aceste ecuații pentru a rezolva curentul, tensiunea și alte proprietăți ale circuitelor RLC.

Deși puteți suma tensiunilor în jurul unei bucle închise egale cu zero într-un circuit paralel, însumarea curenților este mai complicată. În loc să setați suma valorilor curente în sine care intră într-un nod egal cu suma valorilor curente care părăsesc nodul, trebuie să utilizați pătratele fiecărui curent.

Pentru un circuit RLC în paralel, curentul din condensator și inductor ca

pentru curentul de alimentareEu_S, curent rezistorEu_R, curent inductorEu_Lși curentul condensatoruluiEu​_C folosind aceleași principii pentru însumarea valorilor impedanței.

În circuitele RLC, puteți calcula unghiul de fază, cât de defazat este un element de circuit față de celălalt, utilizând ecuația pentru unghiul de fază "phi"Φla fel deΦ = bronz^-1((X_L -X_C) / R)in carebronzat​​^-1 ()reprezintă funcția tangentă inversă care ia o proporție ca intrare și returnează unghiul corespunzător.

În circuitele de serie, condensatoarele sunt însumate folosind inversele lor ca

în timp ce inductoarele sunt însumate liniar ca

pentru fiecare inductor. În paralel, calculele sunt inversate. Pentru un circuit paralel, condensatoarele sunt însumate liniar

iar inductoarele sunt însumate folosind inversele lor

pentru fiecare inductor.

Condensatoarele funcționează măsurând diferența de încărcare între două plăci care sunt separate de un material dielectric între ele, care scade tensiunea, crescând în același timp capacitatea. Oamenii de știință și inginerii măsoară, de asemenea, capacitateaCla fel deC = ε₀ε_rAnunțcu „epsilon naught” ε₀ ca valoare a permitivității pentru aer care este 8,84 x 10-12 F / m.ε_reste permitivitatea mediului dielectric utilizat între cele două plăci ale condensatorului. Ecuația depinde și de aria plăcilorAin m² și distanța dintre plăcidin m.