Aký je rozdiel medzi sériovými a paralelnými obvodmi?

Topológia obvodov je fascinujúca a prekvapivo dostupná rodina konceptov. Dnes budeme skúmať rozdiel medzi sériovými a paralelnými obvodmi.

Čo je sériový obvod? Navyše, čo je paralelný obvod? Aj keď nemáte absolútne žiadnu predstavu, už teraz vám môžeme povedať, že oba typy okruhov pravdepodobne používate každý jeden deň svojho života.

Pochopenie rozdielu medzi sériovým a paralelným obvodom: Definícia a kľúčové pojmy

Najjednoduchšie povedané: sériový obvod ponúka prúd el jedna ideálna cesta cez bludisko. Paralelné obvody, na druhej strane sú nakonfigurované tak, že existujú dve alebo viac ciest cez obvod, aby prúd nasledoval. Tieto typy obvodov sa považujú za "paralelné", pretože vetviaca dráha prúdu prebieha vedľa seba, keď prechádza oboma slučkami súčasne.

Správanie sa prúdu v paralelnom obvode pri jeho prechode obvodom je do značnej miery určené skutočnosťou, že an elektrický prúd bude hľadať oblasti s najnižším napätím v danom systéme a obsadí tieto oblasti akýmkoľvek spôsobom.

Nie je to úplne také jednoduché, ale budete radi, keď zistíte, že je tu skutočne zahrnutých len niekoľko ďalších pravidiel. Čo presne určuje cestu najmenšieho odporu prúdu?

Súvisiace: Ako skontrolovať napätie pomocou multimetra

Séria vs. Paralelné okruhy: Čo sa tu deje v Tolede?

Aby sme si tento jav predstavili, uvedieme niekoľko kľúčových slov zo slovnej zásoby, ktoré treba mať na pamäti:

• Aktuálne: Elektrická energia čerpaná zo zdroja a viazaná vedením.
• Zdroj: Odkiaľ pochádza elektrina? Batéria? Úder blesku?
• Vedenie: Čokoľvek dostatočne vodivé na to, aby ťahalo elektrinu dopredu zo svojho zdroja. Medený drôt vo vnútri nabíjacieho kábla smartfónu je jedným z príkladov elektrického vedenia, ktoré vedie prúd z počítača alebo z blokovej nabíjačky do batérie, ktorá sa potrebuje nabiť.
• Uzavretý okruh: Uzavretá elektrická sieť, v ktorej má prúd priamu cestu späť k zdroju a tvorí tak úplnú, nepretržitú a neprerušenú slučku.
• Napätie: Miera potenciálnej energie na jednotku, keď sa akékoľvek dva body v obvode navzájom porovnávajú. Toto je mechanizmus, ktorým si prúd nachádza cestu cez obvod; nadmerné napätie v jednej časti systému prúdi do bodov s nižším napätím, pričom neustále hľadá rovnováhu.
• Odpor: Akýkoľvek faktor, ktorý bráni kompenzácii napätia a prietoku. Silikón je jedným z príkladov vysoko odolného izolačného materiálu bežne používaného v elektronike. Odolný materiál sa používa na usmernenie toku elektriny v obvode a na zabránenie jej úniku z vedenia.

Pri vizualizácii elektrického prúdu máme do činenia s prenosom elektrónov z atómu na atóm pozdĺž vedenia. Objekt sa nabije kladne alebo záporne, keď má okolo seba viac elektrónov ako protónov, ktoré samy od seba neopustia atóm.

Elektróny sú menou elektriny. Tento prenos elektrónov je neoddeliteľnou súčasťou spôsobu, akým je prúd prenášaný každým atómom vedenia.

Ako prechádzajú elektróny cez sériové aj paralelné obvody?

Predstavte si, že všetky tieto elektróny jazdia po koľajniciach, ako keby to boli malé autá jazdiace po miniatúrnej super-diaľnici.

V uzavretom úplnom okruhu elektrina nasleduje svoje vedenie tam, kde nakoniec „klesne“ – to znamená, bod najnižšieho dostupného napätia pre prúd, miesto, kde sa bude fyzicky cítiť najviac nútený ísť. Elektrická energia prechádza uzavretým systémom úhľadne a nepretržite, pričom jej celkové zachované napätie sa prirodzene distribuuje po celom systéme, za predpokladu špecifického kvantového stavu.

V paralelnom okruhu, namiesto toho, aby ste znova a znova cestovali cez túto jednu, jednu, zacyklenú cestu, existujú „nájazdové rampy“ a „mimo rampy“, prístupové križovatky ponúkajúce prúdu alternatívnu scénickú cestu cez dve alebo viac paralelných vetiev. Jednoduchý slučkový stav sa teraz distribuuje v obvode veľmi odlišne.

Súvisiace: Nápady na svojpomocné elektronické projekty pre študentov inžinierstva

Paralelne napätie: Kirchhoffove zákony obvodu

Videli sme paralelné okruhy opísané ako do určitej miery pripomínajúce rozvetvené krvné cievy. Celá sieť podporuje prietok krvi každou žilou a kapilárou, pričom sa dostane do každého kúta tela, s ktorým je systém spojený.

Nemecký fyzik Gustav Kirchhoff bol jedným z prvých, ktorí formalizovali analýzu obvodov matematicky. Dokázal zjednodušiť správanie elektriny v obvode pomocou dvoch fyzikálnych zákonov, ktoré idú ruka v ruke.

Prúd prechádzajúci akýmkoľvek okruhom sa fyzicky riadi týmito zákonmi, bez ohľadu na to, čo:

1. Energia prúdiaca do uzla alebo priesečníka rozvetvovacieho okruhu sa v mnohom rovná energii, ktorá z neho prúdi, čím sa šetrí celkový čistý náboj systému.
2. Celkový súčet čistých potenciálnych elektrických rozdielov v celom systéme sa musí rovnať nule. Na tejto sume sa podieľajú napájacie komponenty, ako sú batériové články, ktoré sa podieľajú na energeticky náročných komponentoch, ako sú odpory alebo zariadenia, ako sú žiarovky.

Obidve tieto objasňujú, čo presne riadi správanie prúdu v akomkoľvek danom okruhu. Tento druhý bod je však obzvlášť zaujímavý.

Tento druhý zákon v podstate tvrdí, že každý elektrón prechádzajúci obvodom musí získať presne toľko energie, koľko cestou stratí. Ak niektorá z týchto požiadaviek nie je splnená, zvažovaná cesta nie je schodnou cestou pre prirodzený tok prúdu.

Súvisiace: Nízkorozpočtové domáce elektrotechnické projekty pre začiatočníkov

Príklady radových a paralelných obvodov

Najbežnejší príklad napätia v paralelnom vs. v sérii: Vianočné osvetlenie. Konkrétne moderné struny vs. vintage svetlá.

Pôvodne sa vianočné svetielka navliekali do série, jednosmerná reťaz zo žiaroviek; ak jedna žiarovka zlyhá, celá vec zhasne, pred vyhorenou žiarovkou aj po nej. Okruh je teraz otvorený a v skutočnosti bol prerušený.

Je to žalostný stav, ale nenechajte si týmto prvým príkladom pokaziť obvody v sérii. Stále existuje veľa okolností, kedy sú sériové obvody v skutočnosti tým vhodným typom obvodu, ktorý si vybrať:

• Jednoduché zariadenia, ktoré ovládajú iba jeden spotrebič – napríklad malé LED svetlá v niektorých hračkách
• Baterka alebo akékoľvek iné jednoduché zariadenie ovládané prepnutím spínača
• Poistka chrániaca veľké zariadenie, ako je práčka, pred nadprúdom; sú zapojené do sériového obvodu, takže séria je prerušená následkom, keď je spustená poistka

Na rozdiel od toho sú paralelné obvody navrhnuté tak, aby zostali v prevádzke za akýchkoľvek podmienok. Moderné vianočné osvetlenie využíva paralelný obvod, aby napríklad predišlo spomínanej nešťastnej sviatočnej katastrofe. Aj keď zostane stáť len jedna žiarovka, stále bude môcť svietiť.

Medzi ďalšie bežné príklady paralelných obvodov patria:

• Svetlomety áut sú zapojené paralelne tak, aby jedna strana zostala funkčná, aj keď zlyhá druhá strana
• Komerčné reproduktorové systémy používajú paralelné obvody z rovnakého dôvodu
• Pouličné lampy sa spoliehajú na paralelné napätie, aby bola väčšina ulice osvetlená

Ani paralelné obvody, ani sériové obvody by sa nemali považovať za „lepšie“ alebo „horšie“ ako ostatné – oba sú neuveriteľne užitočné svojím vlastným spôsobom za rôznych okolností. Ak viete, čo musíte dosiahnuť obvodom, ktorý navrhujete, strana plotu, ku ktorej patríte, by mala byť úplne zrejmá.

Súvisiace: Čo je to multimeter a kde ho môžete použiť?

Základy obvodov: Paralelné a sériové obvody a prečo sú oba dôležité

Elektrina je nebezpečná. Pochopenie toho, ako fungujú obvody, je jedným zo spôsobov, ako sa udržať v bezpečí, bez ohľadu na to, do čoho sa náhodou dostanete.

Dobrá správa: ak sa vám podarí pochopiť tieto a ďalšie koncepty v tejto oblasti, budete vyzbrojení a pripravení so všetkým, čo potrebujete vedieť, aby ste zabránili tomu, aby váš projekt usmažil vaše telo zaživa ako kura nugeta. Vezmite si to od niekoho, kto tam bol.

Aký je rozdiel medzi AC a DC a ako ich môžete previesť?

Ste zmätení striedavým a jednosmerným prúdom? Čítajte ďalej a dozviete sa rozdiely a ako možno striedavý a jednosmerný prúd konvertovať.

Prečítajte si ďalej

O autorovi