Hur skiljer sig en parallell krets från en seriekrets?

De elektriska kretsarna som används i daglig elektronik och apparater kan verka förvirrande. Men att förstå de grundläggande principerna för elektricitet och magnetism som får dem att fungera kan låta dig förstå hur olika kretsar skiljer sig från varandra.

För att börja förklara skillnaden mellan seriekopplingar och parallellkopplingar i kretsar bör du först förstå hur parallella kretsar och seriekretsar skiljer sig från varandra.Parallella kretsaranvända grenar som har olika kretselement, vare sig de är motstånd, induktorer, kondensatorer eller andra elektriska element, bland dem.

​Seriekretsardäremot ordna alla deras element i en enda, sluten slinga. Detta innebär attnuvarande, laddningsflödet i en krets, ochSpänning, den elektromotoriska kraften som får ström att strömma, mått mellan parallella och seriekretsar skiljer sig också.

Parallella kretsar används vanligtvis i scenarier där flera enheter är beroende av en enda strömkälla. Detta säkerställer att de kan bete sig oberoende av varandra så att de andra skulle fortsätta att arbeta om de skulle sluta arbeta. Lampor som använder många glödlampor kan använda varje glödlampa parallellt med varandra så att alla kan tändas oberoende av varandra. Eluttag i hushåll använder vanligtvis en enda krets för att hantera olika enheter.

Även om parallella och seriekretsar skiljer sig från varandra kan du använda samma principer för el för att undersöka deras ström, spänning ochmotstånd, ett kretselements förmåga att motverka laddningsflödet.

För både parallell- och seriekretsexempel kan du följaKirchhoffs två regler. Den första är att i både en serie och en parallell krets kan du ställa in summan av spänningsfallet över alla element i en sluten slinga lika med noll. Den andra regeln är att du också kan ta vilken nod eller punkt som helst i en krets och ställa in summan av strömmen som kommer in i den punkten lika med summan av strömmen som lämnar den punkten.

I seriekretsar är strömmen konstant i hela slingan så att du kan mäta en enskild komponents ström i en seriekrets för att bestämma strömmen för alla kretsens element. I parallella kretsar är spänningsfallet över varje gren konstant.

I båda fallen använder duOhms lag​ ​V = IRför spänningV(i volt), strömJag(i ampere eller ampere) och motståndR(i ohm) för varje komponent eller för hela kretsen. Om du till exempel kände till strömmen i en seriekrets kan du beräkna spänningen genom att summera motstånden och multiplicera strömmen med det totala motståndet.

​Sammanfattar motståndvarierar mellan parallell- och seriekretsexempel. Om du har en seriekrets med olika motstånd kan du summera motstånden genom att lägga till varje motståndsvärde för att fåtotalt motstånd, ges av ekvationen

för varje motstånd.

I parallella kretsar summerar motståndet över varje gren upp tillinvers av det totala motståndetgenom att lägga till deras inverser. Med andra ord, motståndet för en parallell krets ges av

för varje motstånd parallellt för att representera skillnaden mellan serie och parallell kombination av motstånd.

Dessa skillnader i summeringsresistens beror på resistensens inneboende egenskaper. Motstånd representerar kretselementets motstånd mot laddningsflödet. Om laddningen skulle strömma i en sluten slinga i en seriekrets finns det bara en riktning för ström att strömma, och detta flöde delas inte eller summeras av förändringar i banor för att strömmen ska flöda.

Detta betyder att över varje motstånd förblir laddningsflödet konstant och spänningen, hur mycket potential av laddning är tillgänglig vid varje punkt, skiljer sig åt eftersom varje motstånd lägger till mer och mer motstånd mot denna väg av nuvarande.

Å andra sidan, om strömmen från en spänningskälla som ett batteri hade flera vägar att ta, skulle den splittras som är fallet i en parallell krets. Men, som tidigare nämnts, måste mängden ström som går in i en viss punkt vara lika med hur mycket ström som lämnas.

Om denna ström följer denna regel, om ström skulle förgrenas till olika banor från en fast punkt, bör den vara lika med strömmen som åter går in i en enda punkt i slutet av varje gren. Om resistanserna över varje gren skiljer sig åt, skiljer sig motståndet mot varje strömmängd, vilket skulle leda till skillnader i spänningsfall över de parallella kretsgrenarna.

Slutligen har vissa kretsar element som är både parallella och i serie. När man analyserar dessaserie-parallella hybrider, bör du behandla kretsen som antingen i serie eller parallellt beroende på hur de är anslutna. Detta låter dig rita om den totala kretsen med motsvarande kretsar, en av komponenterna i serie och den andra parallellt. Använd sedan Kirchhoffs regler på både serien och parallellkretsen.

Med Kirchhoffs regler och arten av elektriska kretsar kan du komma med en allmän metod för att närma dig alla kretsar oavsett om de är i serie eller parallella. Märk först varje punkt i kretsschemat med bokstäverna A, B, C,... för att göra saker lättare för att ange varje punkt.

Leta reda på korsningarna där tre eller flera ledningar är anslutna och märk dem med de strömmar som flyter in och ut ur dem. Bestäm slingorna i kretsarna och skriv ekvationer som beskriver hur spänningarna summeras till noll i varje sluten slinga.

Parallella och seriekopplingsexempel skiljer sig också i andra elektriska element. Förutom ström, spänning och motstånd finns det kondensatorer, induktorer och andra element som varierar beroende på om de är parallella eller serier. Skillnaderna mellan kretstyperna beror också på om spänningskällan använder likström (DC) eller växelström (AC).

DC-kretsar låter ström flyta i en enda riktning medan AC-kretsar växlar ström mellan framåt och bakåt med jämna mellanrum och tar formen av en sinusvåg. Exemplen hittills har varit likströmskretsar, men detta avsnitt fokuserar på växelströmskällor.

I växelströmskretsar hänvisar forskare och ingenjörer till det förändrade motståndet somimpedans, och detta kan redogöra förkondensatorer, kretselement som lagrar laddning över tid, ochinduktorer, kretselement som alstrar ett magnetfält som svar på strömmen i kretsen. I växelströmskretsar fluktuerar impedansen över tiden enligt växelströmsingången medan det totala motståndet är summan av motståndselementen, vilket förblir konstant över tiden. Detta gör motstånd och impedans olika mängder.

AC-kretsar beskriver också om strömriktningen är i fas mellan kretselementen. Om två element äri fas, då är vågen med elementens strömmar synkroniserade med varandra. Med dessa vågformer kan du beräknavåglängd, avståndet från en helvågscykel,frekvens, antalet vågor som passerar över en viss punkt varje sekund, ochamplitud, höjden på en våg, för växelströmskretsar.

Du mäter impedansen för en serie växelströmskrets med

förkondensatorimpedans​ ​X_Cochinduktansimpedans​ ​X​_L eftersom impedanserna, behandlade som motstånd, summeras linjärt som är fallet med likströmskretsar.

Anledningen till att du använder skillnaden mellan induktorn och kondensatorn impedanser istället för deras summa beror på att dessa två kretselement fluktuerar i hur mycket ström och spänning de har över tiden på grund av växlingarna i växelspänningen källa.

Dessa kretsar ärRLC-kretsarom de innehåller ett motstånd (R), induktor (L) och kondensator (C). Parallella RLC-kretsar summerar motstånden som

på samma sätt som motstånd parallellt summeras med deras inverser, och detta värde1 / Zär också känd somtillträdeav en krets.

I båda fallen kan du mäta impedanserna somX_C = 1 / ωCochX_L = ωLför vinkelfrekvens "omega" capac, kapacitansC(i Farads) och induktansL(i Henries).

KapacitansCkan relateras till spänning somC = Q / VellerV = Q / C.för laddning på en kondensatorF(i Coulombs) och kondensatorns spänningV(i volt). Induktans avser spänning somV = LdI / dtför förändring i ström över tiddI / dt, induktorspänningVoch induktansL. Använd dessa ekvationer för att lösa ström, spänning och andra egenskaper hos RLC-kretsar.

Även om du kan summera spänningarna runt en sluten slinga lika med noll i en parallell krets, är det mer komplicerat att summera strömmarna. I stället för att ange summan av de aktuella värdena som anger en nod som är lika med summan av de aktuella värdena som lämnar noden, måste du använda rutorna för varje ström.

För en RLC-krets parallellt, strömmen över kondensatorn och induktorn som

för matningsströmJag_S, motståndsströmJag_R, induktansströmJag_Loch kondensatorströmJag​_C använder samma principer för att summera impedansvärdena.

I RLC-kretsar kan du beräkna fasvinkeln, hur ett kretselement är fasfritt från det andra, med hjälp av ekvationen för fasvinkel "phi"ΦsomΦ = solbränna^-1((X_L -X_C) / R)i vilkensolbränna​​^-1 ()representerar den inversa tangentfunktionen som tar en proportion som ingång och returnerar motsvarande vinkel.

I seriekretsar summeras kondensatorer med sina inverser som

medan induktorer summeras linjärt som

för varje induktor. Parallellt vänds beräkningarna. För en parallell krets summeras kondensatorer linjärt

och induktorer summeras med sina inverser

för varje induktor.

Kondensatorer fungerar genom att mäta skillnaden i laddning mellan två plattor som är åtskilda av ett dielektriskt material mellan sig vilket minskar spänningen samtidigt som kapacitansen ökar. Forskare och ingenjörer mäter också kapacitansCsomC = ε₀ε_rA / dmed "epsilon ingenting" ε₀ som värdet på permittiviteten för luft som är 8,84 x 10-12 F / m.ε_rär permittiviteten för det dielektriska mediet som används mellan kondensatorns två plattor. Ekvationen beror också på plattans areaAi m² och avståndet mellan plattornadi m.