Ako sa líši paralelný obvod od sériového obvodu?

Elektrické obvody používané v každodennej elektronike a spotrebičoch sa môžu zdať mätúce. Ale pochopenie základných princípov elektriny a magnetizmu, ktoré spôsobujú ich prácu, vám môže pomôcť pochopiť, v čom sa rôzne obvody navzájom líšia.

Ak chcete začať vysvetľovať rozdiel medzi sériovými a paralelnými spojeniami v obvodoch, mali by ste najskôr pochopiť, ako sa navzájom líšia paralelné a sériové obvody.Paralelné obvodypoužívajte vetvy, ktoré majú rôzne prvky obvodu, napríklad rezistory, tlmivky, kondenzátory alebo iné elektrické prvky.

​Sériové obvody, naopak, usporiadať všetky ich prvky do jednej uzavretej slučky. To znamená, žeprúdprietok náboja v obvode aNapätie, elektromotorická sila, ktorá spôsobuje tok prúdu, sa líšia aj merania medzi paralelnými a sériovými obvodmi.

Paralelné obvody sa zvyčajne používajú v scenároch, v ktorých viac zariadení závisí od jedného zdroja energie. To zaisťuje, že sa môžu správať nezávisle na sebe, takže ak by jeden prestal pracovať, ostatní by mohli pokračovať v práci. Svetlá, ktoré používajú veľa žiaroviek, môžu používať každú žiarovku navzájom paralelne, takže každá z nich môže svietiť nezávisle od seba. Elektrické zásuvky v domácnostiach zvyčajne používajú jediný obvod na manipuláciu s rôznymi zariadeniami.

Aj keď sa paralelné a sériové obvody navzájom líšia, môžete na preskúmanie ich prúdu, napätia a použiť rovnaké princípy elektrinyodpor, schopnosť prvku obvodu postaviť sa proti toku náboja.

Môžete postupovať podľa príkladov paralelných aj sériových obvodovKirchhoffove dve pravidlá. Prvým je to, že v sériovom aj paralelnom obvode môžete nastaviť súčet poklesov napätia vo všetkých prvkoch v uzavretej slučke na nulu. Druhým pravidlom je, že môžete tiež vziať ktorýkoľvek uzol alebo bod v obvode a nastaviť súčty prúdu vstupujúceho do tohto bodu rovné súčtu prúdu opúšťajúceho daný bod.

V sériových obvodoch je prúd v celej slučke konštantný, takže môžete merať prúd jednej zložky v sériovom obvode a určiť tak prúd všetkých prvkov obvodu. V paralelných obvodoch sú poklesy napätia na každej vetve konštantné.

V obidvoch prípadoch použijeteOhmov zákon​ ​V = IRpre napätieV.(vo voltoch), prúdJa(v zosilňovačoch alebo ampéroch) a odporR(v ohmoch) pre každý komponent alebo pre celý samotný obvod. Keby ste vedeli napríklad prúd v sériovom obvode, mohli by ste vypočítať napätie súčtom odporov a vynásobením prúdu celkovým odporom.

​Sčítanie odporovsa líši medzi príkladmi paralelného a sériového obvodu. Ak máte sériový obvod s rôznymi rezistormi, môžete tieto odpory spočítať pridaním hodnoty každého rezistora a získať hodnotutotálny odpor, dané rovnicou

pre každý odpor.

V paralelných obvodoch je odpor každej vetvy súčet ažinverzná k celkovému odporupridaním ich inverzií. Inými slovami, odpor pre paralelný obvod je daný

pre každý rezistor paralelne predstavuje rozdiel medzi sériovou a paralelnou kombináciou rezistorov.

Tieto rozdiely v súčte odporu závisia od vnútorných vlastností odporu. Odpor predstavuje opozíciu prvku obvodu voči toku náboja. Ak by náboj mal tiecť v uzavretej slučke sériového obvodu, prúd môže prúdiť iba jedným smerom a tento tok nie je rozdelený ani zhrnutý zmenami v dráhach pre tok prúdu.

To znamená, že naprieč každým rezistorom zostáva tok náboja konštantný a jeho napätie je potenciálne náboj je k dispozícii v každom bode, líši sa to tým, že každý rezistor dodáva tejto ceste systému čoraz väčší odpor prúd.

Na druhej strane, ak by mal prúd zo zdroja napätia, ako je batéria, niekoľko ciest, rozdelil by sa, ako je to v prípade paralelného obvodu. Ale ako už bolo uvedené vyššie, množstvo prúdu vstupujúceho do daného bodu sa musí rovnať tomu, koľko prúdu zostáva.

Podľa tohto pravidla, ak by sa prúd mal vetviť na rôzne cesty z pevného bodu, mal by sa rovnať prúdu, ktorý znova vstupuje do jedného bodu na konci každej vetvy. Ak sa odpory v každej vetve líšia, potom sa líši opozícia voči každému množstvu prúdu, čo by viedlo k rozdielom v poklesoch napätia na vetvách paralelných obvodov.

Niektoré obvody majú nakoniec prvky, ktoré sú paralelné aj sériové. Pri ich analýzesériovo-paralelné hybridy, mali by ste s obvodom zaobchádzať buď sériovo alebo paralelne podľa toho, ako sú prepojené. To vám umožní prekresliť celkový obvod pomocou ekvivalentných obvodov, jedného z komponentov v sérii a ostatných z nich paralelne. Potom použite Kirchhoffove pravidlá pre sériový aj paralelný obvod.

Pomocou Kirchhoffových pravidiel a povahy elektrických obvodov môžete vymyslieť všeobecnú metódu prístupu ku všetkým obvodom bez ohľadu na to, či sú zapojené do série alebo paralelne. Najskôr označte každý bod v schéme zapojenia písmenami A, B, C,... aby sa veci ľahšie označovali.

Nájdite križovatky, kde sú pripojené tri alebo viac drôtov, a označte ich pomocou prúdov prúdiacich dovnútra a von z nich. Určte slučky v obvodoch a napíšte rovnice popisujúce, ako sčítajú napätia v každej uzavretej slučke až nulu.

Príklady paralelných a sériových obvodov sa líšia aj v iných elektrických prvkoch. Okrem prúdu, napätia a odporu existujú kondenzátory, tlmivky a ďalšie prvky, ktoré sa líšia podľa toho, či sú paralelné alebo sériové. Rozdiely medzi typmi obvodov závisia aj od toho, či zdroj napätia používa jednosmerný prúd (DC) alebo striedavý prúd (AC).

Jednosmerné obvody nechávajú prúd prúdiť jedným smerom, zatiaľ čo striedavé obvody striedajú v pravidelných intervaloch prúd medzi predným a spätným smerom a majú formu sínusovej vlny. Doterajším príkladom sú obvody s jednosmerným prúdom, ale táto časť sa zameriava na obvody so striedavým prúdom.

V striedavých obvodoch vedci a inžinieri označujú meniaci sa odpor akoimpedancia, a to môže zodpovedať zakondenzátoryprvky obvodu, ktoré v priebehu času ukladajú náboj, atlmivky, prvky obvodu, ktoré vytvárajú magnetické pole v reakcii na prúd v obvode. V striedavých obvodoch impedancia časom kolíše podľa príkonu striedavého prúdu, zatiaľ čo celkový odpor je súčet odporových prvkov, ktorý zostáva konštantný v priebehu času. To robí odpor a impedanciu rôznymi veličinami.

Striedavé obvody tiež popisujú, či je smer prúdu vo fáze medzi prvkami obvodu. Ak sú dva prvkyVo fáze, potom je vlna prúdov prvkov navzájom synchronizovaná. Tieto krivky vám umožňujú vypočítaťvlnová dĺžka, vzdialenosť cyklu úplných vĺn,frekvenciapočet vĺn, ktoré každú sekundu prechádzajú cez daný bod, aamplitúda, výška vlny, pre striedavé obvody.

Meriate impedanciu sériového obvodu s použitím

preimpedancia kondenzátora​ ​X_C.aimpedancia induktora​ ​X​_Ľ pretože impedancie, považované za odpory, sa sčítajú lineárne, ako je to v prípade jednosmerných obvodov.

Dôvod, prečo používate rozdiel medzi impedanciami induktora a kondenzátora namiesto ich súčtu, je ten, že dva prvky obvodu kolíšu s tým, koľko prúdu a napätia majú v priebehu času v dôsledku kolísania striedavého napätia zdroj.

Tieto obvody súRLC obvodyak obsahujú rezistor (R), induktor (L) a kondenzátor (C). Paralelné RLC obvody sčítajú odpory ako

rovnakým spôsobom sú rezistory paralelne sčítané pomocou ich inverzií a tejto hodnoty1 / Zje tiež známy akoprijatieokruhu.

V oboch prípadoch môžete zmerať impedancie akoX_C. = 1 / ωCaX_Ľ = ωLpre uhlovú frekvenciu "omega" ω, kapacituC.(vo Faradoch) a indukčnosťĽ(v Henries).

KapacitaC.môže súvisieť s napätím akoC = Q / ValeboV = Q / Cna nabitie na kondenzátoreQ(v Coulomboch) a napätie kondenzátoraV.(vo voltoch). Indukčnosť súvisí s napätím akoV = LdI / dtpre zmenu prúdu v časedI / dt, napätie induktoraV.a indukčnosťĽ. Pomocou týchto rovníc môžete vyriešiť prúd, napätie a ďalšie vlastnosti obvodov RLC.

Aj keď v paralelnom obvode môžete súčet napätí okolo uzavretej slučky rovnať nule, sčítanie prúdov je komplikovanejšie. Namiesto nastavenia súčtu samotných aktuálnych hodnôt, ktoré vstupujú do uzla, sa rovná súčtu aktuálnych hodnôt opúšťajúcich uzol, musíte použiť štvorčeky každého prúdu.

Pre obvod RLC paralelne je prúd cez kondenzátor a induktor ako

pre napájací prúdJa_S, odporový prúdJa_R, prúd induktoraJa_Ľa kondenzátorový prúdJa​_C. s použitím rovnakých princípov na sčítanie hodnôt impedancie.

V obvodoch RLC môžete vypočítať fázový uhol, ako je jeden fázový prvok mimo fázy od druhého, pomocou rovnice pre fázový uhol „phi“ΦakoΦ = opálenie^-1((X_Ľ -X_C.) / R)v ktoromopálenie​​^-1 ()predstavuje funkciu inverznej tangenty, ktorá vezme časť ako vstup a vráti zodpovedajúci uhol.

V sériových obvodoch sa kondenzátory sčítajú pomocou ich inverzií ako

zatiaľ čo induktory sú zhrnuté lineárne ako

pre každý induktor. Paralelne sú výpočty obrátené. Pre paralelný obvod sa kondenzátory sčítajú lineárne

a induktory sú zhrnuté pomocou ich inverzií

pre každý induktor.

Kondenzátory pracujú tak, že merajú rozdiel v náboji medzi dvoma doskami, ktoré sú medzi nimi oddelené dielektrickým materiálom, ktorý znižuje napätie a zvyšuje kapacitu. Vedci a inžinieri tiež merajú kapacituC.akoC = ε₀ε_rA / ds „epsilon nič“ ε₀ ako hodnota permitivity pre vzduch, ktorá je 8,84 x 10-12 F / m.ε_rje permitivita dielektrického média použitého medzi dvoma doskami kondenzátora. Rovnica závisí aj od plochy dosiekAv m² a vzdialenosť medzi doskamidv m.