Чим паралельна схема відрізняється від послідовної?

Електричні схеми, що використовуються в повсякденній електроніці та приладах, можуть здатися заплутаними. Але розуміння фундаментальних принципів електрики та магнетизму, які змушують їх працювати, може дозволити вам зрозуміти, чим різні схеми відрізняються одна від одної.

Щоб почати пояснювати різницю між послідовними та паралельними з'єднаннями в ланцюгах, спочатку слід зрозуміти, чим паралельні та послідовні схеми відрізняються одна від одної.Паралельні схемивикористовувати гілки, що мають різні елементи ланцюга, будь то резистори, котушки індуктивності, конденсатори чи інші електричні елементи, серед них.

​Серійні схеминавпаки, розташуйте всі їх елементи в одному замкнутому циклі. Це означає щострум, потік заряду в ланцюзі, іНапруга, електрорушійна сила, яка спричиняє струм, вимірювання між паралельними та послідовними ланцюгами також відрізняються.

Паралельні схеми зазвичай використовуються в сценаріях, коли кілька пристроїв залежать від одного джерела живлення. Це гарантує, що вони можуть поводитися незалежно один від одного, щоб, якщо один перестане працювати, інші продовжували працювати. Фари, в яких використовується багато лампочок, можуть використовувати кожну лампочку паралельно один одному, щоб кожен міг запалювати незалежно один від одного. Електричні розетки в домашніх господарствах зазвичай використовують єдиний контур для роботи з різними пристроями.

Хоча паралельні та послідовні ланцюги відрізняються один від одного, ви можете використовувати ті самі принципи електрики, щоб дослідити їх струм, напругу таопір, здатність елемента схеми протистояти потоку заряду.

Для прикладів як паралельних, так і послідовних схем ви можете слідуватиДва правила Кірхгофа. Перший полягає в тому, що як в послідовному, так і в паралельному ланцюзі ви можете встановити суму падінь напруги на всіх елементах у замкнутому контурі, рівну нулю. Друге правило полягає в тому, що ви також можете взяти будь-який вузол або точку в ланцюзі і встановити суми струму, що входить у цю точку, рівну сумі струму, що виходить з цієї точки.

У послідовних ланцюгах струм постійний у всьому контурі, так що ви можете виміряти струм одного компонента в послідовному ланцюзі, щоб визначити струм усіх елементів схеми. У паралельних ланцюгах перепади напруги на кожній гілці постійні.

В обох випадках ви використовуєтеЗакон Ома​ ​V = ІЧдля напругиV(у вольтах), струмЯ(в амперах або амперах) і опірР.(в Омах) для кожного компонента або для всієї самої схеми. Якби ви знали, наприклад, струм в послідовному ланцюзі, ви могли б розрахувати напругу, підсумовуючи опори і помноживши струм на загальний опір.

​Підведення підсумків опорівзмінюється між прикладами паралельних та послідовних схем. Якщо у вас послідовна схема з різними резисторами, ви можете підсумувати опори, додавши значення кожного резистора, щоб отриматизагальний опір, задане рівнянням

для кожного резистора.

У паралельних ланцюгах опір на кожній гілці дорівнюєобернений загальному опорудодаючи їх обернені. Іншими словами, опір для паралельного ланцюга задається як

для кожного паралельного резистора, щоб представити різницю між послідовними та паралельними комбінаціями резисторів.

Ці відмінності в підсумовуванні опору залежать від внутрішніх властивостей опору. Опір являє собою протидію елемента схеми потоку заряду. Якщо заряд мав би протікати в замкнутому контурі послідовної схеми, існує лише один напрямок течії струму, і цей потік не розщеплюється і не підсумовується зміною шляхів протікання струму.

Це означає, що на кожному резисторі потік заряду залишається постійним, а напруга - скільки потенціалу Заряд доступний у кожній точці, відрізняється тим, що кожен резистор додає все більше і більше опору цьому шляху проходження струм.

З іншого боку, якби струм від джерела напруги, такого як акумулятор, мав проходити кілька шляхів, він поділявся б, як це має місце в паралельному ланцюзі. Але, як було зазначено раніше, величина струму, що надходить у дану точку, повинна дорівнювати тому, скільки струму йде.

Дотримуючись цього правила, якщо струм повинен розгалужуватися на різні шляхи від фіксованої точки, він повинен бути рівним струму, який знову входить в одну точку в кінці кожної гілки. Якщо опори на кожній гілці різняться, тоді протилежність кожній величині струму відрізняється, і це призведе до різниці в падінні напруги на паралельних ланцюгах гілок.

Нарешті, деякі схеми мають елементи, які є як паралельними, так і послідовними. При аналізі цихпослідовно паралельні гібриди, ви повинні розглядати схему як послідовно, так і паралельно, залежно від того, як вони підключені. Це дозволяє повторно намалювати загальну схему, використовуючи еквівалентні схеми, один із послідовних компонентів, а інший - паралельно. Потім використовуйте правила Кірхгофа як для послідовності, так і для паралельної схеми.

Використовуючи правила Кірхгофа та природу електричних ланцюгів, ви можете придумати загальний метод підходу до всіх ланцюгів незалежно від того, послідовні вони чи паралельні. Спочатку позначте кожну точку на електричній схемі буквами A, B, C,... щоб полегшити позначення кожного пункту.

Знайдіть місця з’єднань, де з’єднано три або більше проводів, і позначте їх, використовуючи струми, що входять і виходять з них. Визначте петлі в ланцюгах і напишіть рівняння, що описують, як напруги складаються до нуля в кожному замкнутому контурі.

Приклади паралельних та послідовних схем також відрізняються в інших електричних елементах. На додаток до струму, напруги та опору існують конденсатори, котушки індуктивності та інші елементи, які змінюються залежно від того, паралельні вони чи послідовні. Відмінності між типами ланцюгів також залежать від того, чи використовує джерело напруги постійний струм (постійний) або змінний струм (змінний).

Схеми постійного струму дозволяють струму протікати в одному напрямку, тоді як ланцюги змінного струму регулярно змінюють струм між прямим і зворотним напрямками і приймають форму синусоїди. Прикладами до цього часу були схеми постійного струму, але цей розділ зосереджений на змінніх.

У ланцюгах змінного струму вчені та інженери позначають мінливий опір якімпеданс, і це може пояснитиконденсатори, елементи ланцюга, які зберігають заряд з часом, ііндуктори, елементи ланцюга, які створюють магнітне поле у ​​відповідь на струм у ланцюзі. У ланцюгах змінного струму імпеданс коливається з часом відповідно до вхідної потужності змінного струму, тоді як загальний опір - це сума елементів резисторів, яка залишається незмінною з часом. Це робить опір і імпеданс різними величинами.

Схеми змінного струму також описують, чи напрямок струму знаходиться в фазі між елементами ланцюга. Якщо два елементи єв фазі, тоді хвиля струмів елементів синхронізується між собою. Ці форми сигналів дозволяють вам розрахуватидовжина хвилі, відстань повного хвильового циклу,частота, кількість хвиль, які щосекунди проходять над даною точкою, іамплітуда, висота хвилі, для ланцюгів змінного струму.

Ви вимірюєте імпеданс послідовної схеми змінного струму за допомогою

дляімпеданс конденсатора​ ​X_C.іопір індуктивності​ ​X​_L оскільки імпеданси, які обробляються як опори, підсумовуються лінійно, як це відбувається у ланцюгах постійного струму.

Причина, чому ви використовуєте різницю між імпедансами індуктивності та конденсатора замість їх суми, полягає в тому, що вони два елементи ланцюга коливаються, скільки струму та напруги вони мають з часом через коливання змінної напруги джерело.

Ці схеми єСхеми RLCякщо вони містять резистор (R), індуктивність (L) та конденсатор (C). Паралельні схеми RLC підсумовують опори як

так само паралельно підсумовують резистори, використовуючи їх обернені значення, і це значення1 / Zтакож відомий якдопускланцюга.

В обох випадках ви можете виміряти імпеданси якX_C. = 1 / ωCіX_L = ωLдля кутової частоти "омега" ω, ємністьC.(у Фарада) та індуктивністьL(в Генрі).

ЄмністьC.може бути пов'язана з напругою якC = Q / VабоV = Q / Cдля заряду на конденсаторіПитання(у кулонах) та напруга конденсатораV(у вольтах). Індуктивність відноситься до напруги якV = LdI / dtдля зміни струму з часомdI / dt, напруга індуктивностіVта індуктивністьL. Використовуйте ці рівняння для вирішення струму, напруги та інших властивостей схем RLC.

Хоча ви можете підсумувати напруги навколо замкнутого контуру як рівні нулю в паралельному ланцюзі, підсумовування струмів є більш складним. Замість того, щоб встановлювати суму самих поточних значень, які надходять у вузол, рівну сумі поточних значень, що залишають вузол, ви повинні використовувати квадрати кожного струму.

Для паралельної схеми RLC струм на конденсаторі та індукторі як

для струму живленняЯ_S, струм резистораЯ_Р., струм індуктивностіЯ_Lі струм конденсатораЯ​_C. використовуючи ті самі принципи для підсумовування значень імпедансу.

У схемах RLC ви можете розрахувати фазовий кут, наскільки один із елементів фази позафазний від іншого, використовуючи рівняння для фазового кута "фі"ΦякΦ = загар^-1((X_L -X_C.) / R)в якійзагар​​^-1 ()представляє функцію зворотної дотичної, яка приймає пропорцію як вхідну і повертає відповідний кут.

У послідовних схемах конденсатори підсумовуються, використовуючи їх обернені значення

тоді як індуктори підсумовуються лінійно як

для кожного індуктора. Паралельно обчислення обернені. Для паралельної схеми конденсатори підсумовуються лінійно

а індуктори підсумовуються за допомогою їх обернених

для кожного індуктора.

Конденсатори працюють, вимірюючи різницю в заряді між двома пластинами, розділеними між собою діелектричним матеріалом, який зменшує напругу при збільшенні ємності. Вчені та інженери також вимірюють ємністьC.якC = ε₀ε_рA / dз "епсилон нічого" ε₀ як значення діелектричної проникності для повітря, яке становить 8,84 х 10-12 Ф / м.ε_р- діелектрична проникність діелектричного середовища, що використовується між двома пластинами конденсатора. Рівняння також залежить від площі плитAв м² та відстань між плитамиdв м.