Prąd w obwodzie elektrycznym płynie przez przewody od źródła napięcia do obciążenia, np. lampy, urządzenia. W większości przypadków jako przewodnika używa się drutu miedzianego. Obwód może zawierać kilka elementów o różnych rezystancjach. W obwodzie urządzenia przewody mogą być połączone równolegle lub szeregowo, a także mogą występować typy mieszane.
Element obwód Napięcie tego elementu jest różnicą potencjałów między końcami rezystora. Równoległe i szeregowe połączenie elektryczne przewodników charakteryzuje się tą samą zasadą działania, zgodnie z którą prąd płynie od plusa do minusa, a potencjał odpowiednio maleje. Na schematach elektrycznych rezystancję przewodów przyjmuje się jako 0, ponieważ jest ona pomijalna.
Połączenie równoległe oznacza, że elementy obwodu są podłączone do źródła równolegle i włączane jednocześnie. Połączenie szeregowe oznacza, że przewodniki oporowe są połączone ze sobą w ścisłej kolejności.
W obliczeniach zastosowano metodę idealizacji, co znacznie ułatwia ich zrozumienie. W rzeczywistości w obwodach elektrycznych potencjał jest stopniowo zmniejszany w miarę przemieszczania się przez przewody i elementy połączone równolegle lub szeregowo.
Zawartość
Łączenie przewodów szeregowo
Połączenie szeregowe oznacza, że przewody są połączone w określonej kolejności jeden za drugim. Wszystkie mają takie samo natężenie prądu. Elementy te tworzą całkowite napięcie w tym obszarze. Ładunki nie gromadzą się w węzłach obwodu elektrycznego, ponieważ w przeciwnym razie można by zaobserwować zmianę napięcia i natężenia prądu. Przy stałym napięciu prąd zależy od wartości rezystancji obwodu, więc w obwodzie szeregowym rezystancja zmienia się, gdy zmienia się jedno obciążenie.
Wadą tego obwodu jest to, że jeśli jeden element ulegnie uszkodzeniu, pozostałe również tracą zdolność działania, ponieważ obwód zostaje przerwany. Przykładem może być girlanda, która nie działa, jeśli jedna żarówka ulegnie uszkodzeniu. Jest to zasadnicza różnica w stosunku do połączenia równoległego, w którym poszczególne elementy mogą działać indywidualnie.
W obwodzie szeregowym zakłada się, że ponieważ przewodniki są połączone w jednym poziomie, ich opór w każdym punkcie sieci jest równy. Całkowita rezystancja jest równa sumie napięć malejących poszczególnych elementów sieci.
W tym rodzaju połączenia początek jednego przewodu jest połączony z końcem drugiego. Kluczową cechą połączenia jest to, że wszystkie żyły znajdują się na tym samym przewodzie bez żadnych rozgałęzień i przez każdą z nich płynie jeden prąd elektryczny. Całkowite napięcie jest jednak równe sumie napięć na każdym z nich. Można też spojrzeć na połączenie z innego punktu widzenia - wszystkie przewodniki zastępuje się jednym równoważnym opornikiem, a prąd na tym oporniku jest taki sam jak całkowity prąd przepływający przez wszystkie oporniki. Całkowite napięcie zastępcze jest sumą wartości napięć na każdym rezystorze. Tak właśnie objawia się różnica potencjałów na rezystorze.
Połączenie szeregowe jest przydatne w sytuacjach, gdy konieczne jest specyficzne włączanie i wyłączanie określonego urządzenia. Na przykład dzwonek elektryczny może dzwonić tylko wtedy, gdy jest podłączony do źródła napięcia i przycisku. Pierwsza zasada mówi, że jeśli w co najmniej jednym elemencie obwodu nie płynie prąd, nie płynie on również w pozostałych. W związku z tym, jeśli w jednym przewodniku płynie prąd, płynie on również w innych. Innym przykładem może być latarka zasilana bateriami, która świeci tylko wtedy, gdy jest w niej bateria, sprawna żarówka i wciśnięty przycisk.
W niektórych przypadkach obwód szeregowy jest niepraktyczny. W mieszkaniu, w którym system oświetlenia składa się z wielu lamp, kinkietów, żyrandoli, nie należy organizować obwodu tego typu, ponieważ nie ma potrzeby jednoczesnego włączania i wyłączania świateł we wszystkich pomieszczeniach. Lepiej jest zastosować połączenie równoległe, aby można było włączać światła w poszczególnych pomieszczeniach.
Równoległe łączenie przewodów
W obwodzie równoległym przewodniki są zbiorem opornikówktórego jeden koniec jest zamontowany w jednym węźle, a drugi w drugim węźle. Zakłada się, że napięcie w połączeniu równoległym jest takie samo na wszystkich odcinkach obwodu. Odcinki równoległe obwodu elektrycznego nazywane są gałęziami i biegną między dwoma węzłami połączeniowymi, przewodzą to samo napięcie. Takie napięcie jest równe wartości na każdym przewodzie. Suma wartości odwrotnych do rezystancji gałęzi jest również odwrotna do rezystancji poszczególnych sekcji obwodu równoległego.
W przypadku połączeń równoległych i szeregowych system obliczania rezystancji poszczególnych przewodów jest inny. W obwodzie równoległym prąd płynie wzdłuż gałęzi, co zwiększa przewodność obwodu i zmniejsza jego całkowity opór. Jeśli kilka oporników o podobnych wartościach zostanie połączonych równolegle, to całkowity opór takiego obwodu będzie mniejszy od oporu jednego opornika o liczbę razy większą od liczby oporników w obwodzie.
W każdym rozgałęzieniu znajduje się jeden opornik, a prąd elektryczny jest dzielony i kierowany do każdego opornika, gdy osiąga punkt rozgałęzienia, przy czym jego wartość końcowa jest równa sumie prądów na wszystkich opornikach. Wszystkie rezystory zostały zastąpione pojedynczym rezystorem zastępczym. Stosując prawo Ohma, wartość oporu staje się jasna - w obwodzie równoległym wartości odwrotności oporników są sumowane.
W tym obwodzie wartość natężenia prądu jest odwrotnie proporcjonalna do wartości oporu. Prądy w rezystorach są nieskorelowane, więc wyłączenie jednego rezystora nie będzie miało żadnego wpływu na pozostałe. Z tego powodu obwód ten jest stosowany w wielu urządzeniach.
Rozważając zastosowanie obwodu równoległego w domu, warto wspomnieć o systemie oświetlenia w mieszkaniu. Wszystkie lampy i żyrandole powinny być połączone równolegle, wówczas włączenie i wyłączenie jednej z nich nie ma wpływu na działanie pozostałych. W ten sposób, poprzez dodanie przełącznik Po podłączeniu każdej żarówki do odgałęzienia obwodu można w razie potrzeby włączać i wyłączać odpowiednie światło. Wszystkie pozostałe światła działają niezależnie.
Wszystkie urządzenia są podłączone równolegle do sieci 220 V, a następnie podłączone do rozdzielnicy. Innymi słowy, wszystkie urządzenia są podłączone niezależnie od podłączenia innych urządzeń.
Prawa szeregowego i równoległego łączenia przewodników
W celu dokładnego praktycznego zrozumienia obu typów połączeń, poniżej podano wzory wyjaśniające prawa rządzące tymi typami połączeń. Obliczanie mocy jest inne dla połączenia równoległego i szeregowego.
W połączeniu szeregowym we wszystkich przewodach płynie taki sam prąd:
I = I1 = I2.
Zgodnie z prawem Ohma, te rodzaje połączeń przewodników są różnie wyjaśniane w różnych przypadkach. Zatem w przypadku obwodu szeregowego napięcia są sobie równe:
U1 = IR1, U2 = IR2.
Ponadto napięcie całkowite jest równe sumie napięć poszczególnych przewodników:
U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.
Całkowitą rezystancję obwodu elektrycznego oblicza się jako sumę rezystancji czynnych wszystkich przewodników, niezależnie od ich liczby.
W przypadku obwodu równoległego całkowite napięcie obwodu jest równe napięciom poszczególnych elementów:
U1 = U2 = U.
Natomiast skumulowane natężenie prądu elektrycznego oblicza się jako sumę prądów dostępnych we wszystkich przewodnikach ułożonych równolegle:
I = I1 + I2.
Aby zmaksymalizować wydajność sieci elektrycznych, należy zrozumieć naturę obu rodzajów połączeń i rozsądnie je stosować, korzystając z praw i obliczając racjonalność praktycznej realizacji.
Mieszane połączenie przewodów
W razie potrzeby w jednym obwodzie elektrycznym można połączyć szeregowe i równoległe połączenie rezystancyjne. Na przykład możliwe jest połączenie szeregowe rezystorów równoległych z innym rezystorem lub grupą rezystorów; ten typ jest uważany za kombinowany lub mieszany.
Następnie oblicza się całkowitą rezystancję, sumując wartości dla połączeń równoległych w układzie i wartości dla połączeń szeregowych. Najpierw należy obliczyć rezystancje zastępcze rezystorów w obwodzie szeregowym, a następnie elementów w obwodzie równoległym. Połączenie szeregowe jest uważane za priorytetowe, a obwody tego typu są często stosowane w urządzeniach i sprzęcie AGD.
Tak więc, patrząc na rodzaje połączeń przewodników w obwodach elektrycznych i opierając się na prawach ich działania, można w pełni zrozumieć organizację obwodów większości urządzeń gospodarstwa domowego. W połączeniach równoległych i szeregowych obliczanie rezystancji i natężenia prądu jest inne. Znając zasady obliczeń i wzory, można kompetentnie wykorzystać każdy rodzaj organizacji obwodu, aby połączyć elementy w optymalny sposób i z maksymalną wydajnością.
Powiązane artykuły:
