Jaka jest różnica między obwodami szeregowymi a równoległymi?

Topologia obwodów to fascynująca i zaskakująco dostępna rodzina pojęć. Dzisiaj zamierzamy zbadać różnicę między obwodami szeregowymi i równoległymi.

Co to jest obwód szeregowy? Co więcej, co to jest obwód równoległy? Nawet jeśli nie masz absolutnie pojęcia, już teraz możemy Ci powiedzieć, że prawdopodobnie korzystasz z obu rodzajów obwodów w każdym dniu swojego życia.

Zrozumienie różnicy między obwodem szeregowym a obwodem równoległym: definicja i kluczowe pojęcia

Najprościej mówiąc: obwód szeregowy oferuje prąd energii elektrycznej jedna idealna ścieżka przez labirynt. Obwody równoległez drugiej strony są skonfigurowane tak, że istnieją dwie lub więcej ścieżek przez obwód, aby prąd płynął. Tego typu obwody są uważane za „równoległe”, ponieważ ścieżka rozgałęzienia prądu biegnie wzdłuż siebie, gdy przechodzi przez obie pętle jednocześnie.

Zachowanie prądu w obwodzie równoległym podczas jego przechodzenia przez obwód jest w dużej mierze zdeterminowane przez fakt, że an prąd elektryczny będzie szukał obszarów o najniższym napięciu w danym systemie, zajmując te obszary w dowolny sposób.

Nie jest to takie proste, ale z przyjemnością dowiesz się, że w grę wchodzi tylko kilka innych zasad. Co dokładnie określa ścieżkę prądu o najmniejszym oporze?

Związane z: Jak sprawdzić napięcie za pomocą multimetru?

Seria a Obwody równoległe: co w Toledo się tutaj dzieje?

Aby zobrazować to zjawisko, przywołamy kilka kluczowych słów, o których należy pamiętać:

• Aktualny: Energia elektryczna pobierana ze źródła i związana przewodem.
• Źródło: Skąd pochodzi prąd? Bateria? Piorun?
• Przewód: Wszystko, co jest wystarczająco przewodzące, aby pobierać energię elektryczną ze swojego źródła. Miedziany przewód wewnątrz kabla ładującego smartfona jest jednym z przykładów przewodu elektrycznego, który prowadzi prąd z komputera lub ładowarki blokowej do akumulatora wymagającego ładowania.
• Zamknięty obwód: Zamknięta sieć elektryczna, w której prąd ma bezpośrednią drogę powrotną do źródła, tworząc kompletną, ciągłą i nieprzerwaną pętlę.
• Napięcie: Miara energii potencjalnej na jednostkę, gdy dowolne dwa punkty w obwodzie są porównywane ze sobą. Jest to mechanizm, dzięki któremu prąd przepływa przez obwód; nadmiar napięcia w jednej części systemu płynie do punktów o niższym napięciu, nieustannie poszukując równowagi.
• Opór: Dowolny czynnik, który hamuje kompensację napięcia i przepływ. Silikon jest jednym z przykładów bardzo odpornego materiału izolacyjnego stosowanego powszechnie w elektronice. Odporny materiał służy do kierowania przepływem energii elektrycznej w obwodzie i zapobiegania jej ucieczce z przewodu.

Podczas wizualizacji prądu elektrycznego mamy do czynienia z przenoszeniem elektronów z atomu na atom wzdłuż przewodu. Obiekt staje się naładowany dodatnio lub ujemnie, gdy wokół niego krąży więcej elektronów niż protonów, które same nie opuszczają atomu.

Elektrony są walutą elektryczności. Ten transfer elektronów jest integralną częścią sposobu, w jaki prąd jest przenoszony przez każdy atom przewodu.

Jak elektrony przechodzą przez obwody szeregowe i równoległe?

Pomyśl o tych wszystkich elektronach poruszających się po szynach przewodu, jak o maleńkich samochodach poruszających się po miniaturowej autostradzie.

W zamkniętym, kompletnym obwodzie energia elektryczna podąża swoim przewodem do miejsca, w którym ostatecznie „opadnie” – to znaczy punkt najniższego napięcia dostępnego dla prądu, miejsce, w którym fizycznie poczuje się najbardziej zmuszony iść. Elektryczność krąży w zamkniętym systemie zgrabnie i nieprzerwanie, a jej całkowite zachowane napięcie w sposób naturalny rozprowadza się po całym systemie, przy założeniu określonego stanu kwantowego.

W obwodzie równoległym, zamiast podróżować w kółko tą jedną, pojedynczą, zapętloną ścieżką, są „podjazdy” i „zjazdy”, węzły dostępu, oferujące obecną alternatywną trasę widokową przez dwie lub więcej równoległych odgałęzień. Prosty stan zapętlenia rozkłada się teraz znacznie inaczej w całym obwodzie.

Związane z: Pomysły na projekty DIY Electronics dla studentów inżynierii

Napięcie równoległe: prawa obwodu Kirchhoffa

Widzieliśmy, jak obwody równoległe do pewnego stopnia przypominają rozgałęzione naczynia krwionośne. Cała sieć wspomaga przepływ krwi przez każdą żyłę i kapilarę, docierając do każdego zakątka ciała, z którym połączony jest system.

Niemiecki fizyk Gustav Kirchhoff był jednym z pierwszych, który sformalizował matematycznie analizę obwodów. Był w stanie uprościć zachowanie elektryczności w obwodzie, korzystając z dwóch praw fizycznych, które idą ze sobą w parze.

Prąd płynący przez dowolny obwód jest fizycznie posłuszny tym prawom, bez względu na wszystko:

1. Energia płynąca do węzła lub przecięcia rozgałęzionego obwodu jest w dużej mierze równa energii, która z niego wypływa, zachowując całkowity ładunek netto systemu.
2. Całkowita suma różnic potencjałów elektrycznych netto w całym systemie musi być równa zeru. Składniki zasilania, takie jak ogniwa baterii, przyczyniają się do tej sumy, zasilając elementy zużywające energię, takie jak rezystory lub urządzenia takie jak żarówki.

Oba te wyjaśnienia wyjaśniają, co dokładnie reguluje zachowanie prądu w danym obwodzie. Ten drugi punkt jest jednak szczególnie interesujący.

Zasadniczo to drugie prawo mówi, że każdy elektron przechodzący przez obwód musi zyskać dokładnie tyle energii, ile traci po drodze. Jeśli którekolwiek z wymagań nie jest spełnione, rozważana ścieżka nie jest realną ścieżką, przez którą prąd może przepływać w sposób naturalny.

Związane z: Niskobudżetowe projekty elektroniki DIY dla początkujących

Przykłady obwodów szeregowych i równoległych

Najczęstszy przykład napięcia równoległego vs. w serii: lampki choinkowe. W szczególności nowoczesne struny vs. zabytkowe światła.

Pierwotnie świąteczne lampki były nawleczone szeregowo, jednokierunkowy łańcuch żarówek; jeśli jedna żarówka ulegnie awarii, cała rzecz gaśnie, zarówno przed przepaloną żarówką, jak i po. Obwód jest teraz otwarty i skutecznie zepsuty.

To żałosny stan rzeczy, ale nie pozwól, aby ten pierwszy przykład zepsuł dla ciebie szeregowe obwody. Nadal istnieje wiele okoliczności, w których obwody szeregowe są w rzeczywistości odpowiednim typem obwodu do wyboru:

• Proste urządzenia, które sterują tylko jednym urządzeniem — na przykład małe diody LED w niektórych zabawkach
• Latarka lub inne proste urządzenie uruchamiane pstryknięciem przełącznika
• Bezpiecznik chroniący duże urządzenie, takie jak pralka, przed przetężeniem; są połączone w obwód szeregowy, tak że seria jest przerywana przez konsekwencje po uruchomieniu bezpiecznika

Natomiast obwody równoległe są zaprojektowane tak, aby działały w każdych warunkach. Nowoczesne lampki świąteczne wykorzystują obwód równoległy, aby na przykład zapobiec wspomnianej wcześniej niefortunnej katastrofie świątecznej. Nawet jeśli pozostała tylko jedna żarówka, nadal będzie świecić.

Inne typowe przykłady obwodów równoległych obejmują:

• Reflektory samochodowe są połączone równolegle, dzięki czemu jedna strona pozostaje sprawna, nawet jeśli druga strona ulegnie awarii
• Komercyjne systemy głośnikowe wykorzystują obwody równoległe z tego samego powodu
• Lampy uliczne opierają się na równoległym napięciu, aby oświetlić większość ulicy

Ani obwody równoległe, ani obwody szeregowe nie powinny być postrzegane jako „lepsze” lub „gorsze” od drugiego – oba są niezwykle przydatne na swój sposób w różnych okolicznościach. Jeśli wiesz, co musisz osiągnąć z obwodem, który projektujesz, strona ogrodzenia, do której należysz, powinna być całkowicie oczywista.

Związane z: Co to jest multimetr i gdzie można go używać?

Podstawy obwodów: obwody równoległe i szeregowe oraz dlaczego oba mają znaczenie

Elektryczność jest niebezpieczna. Zrozumienie, jak działają obwody, jest jednym ze sposobów na zapewnienie sobie bezpieczeństwa, bez względu na to, w co się pakujesz.

Dobra wiadomość: jeśli zrozumiesz te i inne koncepcje w tej dziedzinie, będziesz uzbrojony i gotowy ze wszystkim, co musisz wiedzieć, aby Twój projekt nie smażył Twojego ciała żywcem jak kurczak samorodek. Weź to od kogoś, kto tam był.

Jaka jest różnica między AC a DC i jak je przekonwertować?

Zdezorientowany prądem przemiennym i stałym? Czytaj dalej, aby poznać różnice i sposoby konwersji prądu przemiennego i stałego.

Czytaj dalej

O autorze