Elektrisk krets: definition, typer, komponenter (med exempel och diagram)

De elektriska ledningarna i ditt hem som håller din bärbara dator, telefonladdare och mindre verktyg som kylskåp och kaminer surrar längs består av ett antal sammankopplade elektriska kretsar. Dessa är anslutna till vilken strömkälla som helst som levererar el till ditt hem.

Syftet med kretsar är att få el och dess betydande energipotential exakt dit den behöver gå, och att innehålla de potentiellt skadliga effekterna av el i processen.

Vad händer i alla de ledningar som i sig mest är utom synhåll? Till att börja med grunderna rör sig fria elektroner i närvaro av ett elektriskt fält av fysiska skäl som kommer att beskrivas senare. Om de får en sluten slinga där de kan strömma kan en elektrisk krets skapas.

En enkel krets består endast av en spänningskälla (elektrisk potentialskillnad); ett medium genom vilket elektroner kan strömma, vanligtvis en tråd; och någon källa till elektriskt motstånd i kretsen. De flesta verkliga exempel är dock mycket mer komplexa, och det finns flera typer av elektriska kretsar, som alla är viktiga för ett effektivt flöde av el.

De grundläggande konceptuella elementen i elvärlden är ström, spänning och motstånd. Innan du utforskar dessa är det nödvändigt att titta lite djupare, tillbaka till idén om fria elektroner. En elektron bär enligt konvention en negativ laddning med storleken 1,60 × 10^-19 coulombs, eller C. Eftersom det är strömmen av elektroner som bestämmer ström, laddas i en kretsflöde bort från den negativa terminalen och i riktning mot den positiva terminalen.

"Enhetsladdningen" i fysik är standardiserad som positiv och har samma storlek som laddningenepå en elektron. En positiv laddning placerad nära en positiv terminal kommer att uppleva "avstötning" och "vill" röra sig bort från terminalen, desto starkare när avståndet stänger till noll. I detta tillstånd har laddningen en högre elektrisk potential än vad den gör på något avstånd längre bort.

Således strömmar en "laddning" ("positiv" under förutsättning att inget annat anges) från områden med högre spänning till områden med lägre spänning. Detta är den potentialskillnad eller spänning som fysiken hänvisar till och dess storlek bestämmer delvis strömflödet i en krets. Elektrisk ström kommer i växelström (ett "jittery", fasflöde) och likström (enhetligt flöde). den senare är den moderna standarden som används i elnät.

• Strömmen mäts med hjälp av en anordning som kallas enammeter. Samma enhet kan vanligtvis användas som envoltmeterför att mäta potentiell skillnad.

Föregående avsnitt kan till stor del sammanfattas av en enkel matematisk lag som kallas Ohms lag:

varJagär aktuell iampere(C / s), V är spänning, eller potentialskillnad, ivolt(joule per C eller J / C; notera energitiden i nämnaren) ochRär motståndet iohm​ (Ω).

I en seriekrets, individens motståndmotståndläggs ihop för att beräkna kretsens motstånd som helhet. I parallella kretsar, som du snart kommer att läsa om, är regeln:

varR₁, R₂och så vidare är de enskilda värdena förnmotstånd i parallellkretsen.

En krets är en sluten slinga genom vilken elektrisk laddning flyter som ett resultat av en drivspänning. Ström är flödeshastigheten, mätt som den laddning som passerar en given punkt i kretsen per tidsenhet.

Ibland är det bra att tänka på ström i en trådkrets som analog med vatten som strömmar genom rör. Vatten kommer att strömma från regioner med hög potentialenergi till regioner med lägre potentialenergi. Vissa källor skulle behöva använda energi för att höja vattnet så att det rinner nedför. För att få ett kontinuerligt flöde av vatten, när vattnet når botten, måste det lyftas upp igen.Denna åtgärd att lyfta upp vattnet uppåt är i huvudsak vad ett batteri eller en strömkälla gör i en elektrisk krets.​

Målet med en krets är att göra något användbart med detta laddningsflöde. Alla kretsar innehåller något slags resistivt element som sänker laddningsflödet, precis som en damm sänker vattenflödet från en behållare. Om till exempel en glödlampa läggs till i en krets sänker den laddningen och förvandlar tillhörande energi till ljus.

Ofta är det användbart att skissa ett diagram över en krets om du får någon kombination avV, jagochRoch bad att lösa den okända kvantiteten. För att göra det, använd en uppsättning symboler för att förenkla skissen.

•••Dana Chen | Sciencing

Dessa symboler kopplas sedan med raka linjer för att skapa ett kretsschema.

•••Dana Chen | Sciencing

Aseriekretshar elementkopplade i serie eller efter varandra utan trådförgrening. Strömmen som flödar genom alla elementkopplade i serie är densamma, oavsett hur många motstånd man stöter på under vägen.

Aparallell kretshar element anslutna parallellt - det vill säga en punkt i kretsgrenarna, med ledningar som går till två olika element, och sedan går grenarna igen.Spänningen över varje element som är ansluten parallellt är densamma.​

Ettöppen kretsär en där ingen ström kan flöda eftersom slingan går sönder någon gång. Asluten kretsär en där hela slingan bildas och strömmen kan strömma. Det är uppenbart att det senare är mer intressant att studera.

Akortslutningär en där de resistiva elementen kringgås och strömflödet är mycket högt. Dessa är i allmänhet oönskade och enheter som kallas brytare installeras i kretsar för att "bryta" (öppna) krets och stoppa strömflödet för att skydda mot skador på kretsen och elektriska apparater, och för att skydda mot bränder.

1. En seriekrets innehåller en 9-V strömkälla (ett batteri, i detta fall) och fyra motstånd med motståndsvärden 1,5, 4,5, 2 och 1 Ω. Vad är strömflödet?

Beräkna först det totala motståndet. Om vi ​​återkallar regeln i föregående avsnitt är detta helt enkelt 1,5 + 4,5 + 2 + 1 = 9 Ω. Således är strömflödet

2. Föreställ dig nu samma spänning och fyra motstånd, men med 1,5-Ω och 4,5-Ω motstånden placerade parallellt och de andra ordnade samma som tidigare. Vad är strömflödet?

Den här gången beräknar du motståndet i kretsens parallella del. Detta ges av 1 /R​ = 1/1.5 + 1/4.5 = 8/9 = 0.89. ​Glöm inte att ta det ömsesidiga av detta nummer för att fåR​!Detta ges av 1 / 0,89 = 1,13 Ω.

Du kan nu behandla denna del av kretsen som ett enda resistivt element med ett motstånd på 0,89 Ω, och hela problemet är löst som med en seriekrets: R_parvel = 1.125 + 2 + 1 = 4.13 Ω. Detta gör att du kan lösa för ström en gång till:V / R_parvel= 9 V / 4,13 Ω =2,18 A.​.

3. Slutligen, bygga på uppställningen i föregående exempel, kombinera 2-Ω och 1-Ω motstånden i en parallell krets, vilket ger två uppsättningar av parallella kretsar som själva är ordnade i serie. Vad är nuvarande flöde?

Lös motståndet i den nya parallella kretsen: 1 /R= 1/1 + 1/2 = 1,5; R = 2/3 = 0,67 Ω. Det totala motståndet är alltså 1,13 + 0,67 = 1,79 Ω. Strömmen i den återförnyade kretsen är alltså 9 V / 1,79 Ω =5,03 A.​.

Dessa exempel illustrerar att fördelning av motstånd över parallella motstånd ökar strömmen genom att sänka det totala motståndet, eftersom spänningen inte förändras.