Последовательные и параллельные схемы

Электричество является фундаментальной частью нашей повседневной жизни. Оно питает наши дома, наши электронные устройства и даже некоторые наши автомобили. Важно понимать основные концепции электричества и его цепей. В этом уроке мы изучим концепции последовательных и параллельных цепей, которые важны в области электротехники и физики.

Что такое электрическая цепь?

Электрическая цепь — это замкнутый путь, по которому проходит электрический ток. Она обычно включает источник энергии, такой как батарейка, проводники, такие как провода, и различные электрические компоненты, такие как резисторы, переключатели и лампы.

Последовательная цепь

В последовательной цепи компоненты соединены один за другим таким образом, что один и тот же ток проходит через каждый компонент.

Особенности последовательной цепи

• Общее сопротивление цепи является суммой индивидуальных сопротивлений:
  R общ = R 1 + R 2 + R 3 + ...
• Одинаковый ток проходит через каждый компонент.
• Общее напряжение в цепи является суммой напряжений на каждом компоненте:
  V общ = V 1 + V 2 + V 3 + ...

     Батарея
      ,
      ,    
     [R1]---[R2]---[R3]  
      ,    
    ,
    

Рассмотрим три резистора, соединенные последовательно, как показано выше. Общее сопротивление равно сумме всех трех резисторов.

Пример последовательной цепи

Предположим, у вас есть три резистора с сопротивлениями 2 Ома, 3 Ома и 5 Ом, подключенные последовательно к 12-вольтовой батарее. Чтобы рассчитать общее сопротивление и ток, рассмотрим:

R общ = 2 + 3 + 5 = 10 Ом

Теперь, используя закон Ома (V = IR), находим ток:

I = V / R = 12 В / 10 Ом = 1.2 А

Применение

Последовательные цепи часто используются в приложениях, где работа цепи не зависит от какого-либо одного компонента. Например, в некоторых старых гирляндах для рождественских огней, если одна лампочка перегорает, вся гирлянда гаснет, потому что они соединены последовательно.

Параллельная цепь

В параллельной цепи компоненты соединены в двух идентичных точках, создавая несколько путей для электрического тока.

Особенности параллельной цепи

• Напряжение на каждом компоненте одинаково.
• Общий ток, протекающий в цепи, является суммой токов, протекающих через каждый путь:
  I общ = I 1 + I 2 + I 3 + ...
• Общее сопротивление в цепи меньше, чем наименьшее индивидуальное сопротивление. Это можно вычислить как:
  1/R общ = 1/R 1 + 1/R 2 + 1/R 3 + ...

     Батарея
      ,
      ,
     [R1] [R2]
      ,
     ----[R3]----
    

В вышеупомянутой параллельной цепи напряжение на каждом резисторе одинаково. Общий ток делится на параллельные ветви.

Пример параллельной цепи

Представьте, что у вас есть три резистора на 6 Ом, 2 Ома и 3 Ома, подключенные параллельно к 9-вольтовой батарее. Общее сопротивление можно вычислить как:

1/R общ = 1/6 + 1/2 + 1/3

Упрощая это, мы получаем:

1/R общ = 1/6 + 3/6 + 2/6 = 6/6

Следовательно, R общ = 1 Ом

Общий ток, поставляемый батареей: I = V / R = 9 В / 1 Ом = 9 А

Применение

Параллельные цепи широко используются в системах проводки дома. Каждое устройство в доме, такое как лампочка или розетка, функционирует независимо. Если одно перестает работать, другие продолжают работать.

Сравнение последовательных и параллельных цепей

Особенности	Последовательная цепь	Параллельная цепь
Сопротивление	Аддитивное	Обратная сумма
Ток	Одинаковый для всех компонентов	Деление между путями
Напряжение	Раскладывается на компоненты	Одинаковое для всех компонентов
Отказ	Если даже один выйдет из строя, цепь разрывается	Другие компоненты продолжают функционировать

Формулы

Формула последовательной цепи

• Общее сопротивление: R общ = R 1 + R 2 + R 3 + ...
• Ток: I = V / R общ

Формула параллельной цепи

• Общее сопротивление: 1/R общ = 1/R 1 + 1/R 2 + 1/R 3 + ...
• Ток: I = V / R общ

Заключение

Понимание разницы между последовательными и параллельными цепями позволяет студентам и любителям проектировать цепи, которые удовлетворяют их конкретные потребности. Последовательные цепи полезны для простых приложений, где требуется равное питание током, в то время как параллельные цепи обеспечивают стабильность и гибкость для сложных систем.

Проверьте свое понимание

Рассмотрите этот сценарий: у вас есть цепь, состоящая из резистора на 10 Ом и резистора на 20 Ом, подключенных последовательно, питаемых от 30-вольтовой батареи. Рассчитайте общее сопротивление, общее напряжение и общий ток.

Затем представьте, что эти два резистора подключены параллельно к той же 30-вольтовой батарее. Как изменяется расчет? Решив эти задачи, вы сможете укрепить свое понимание последовательных и параллельных цепей.

Комментарии