Proud v elektrickém obvodu protéká vodiči od zdroje napětí k zátěži, tj. ke svítidlům, spotřebičům. Ve většině případů se jako vodič používá měděný drát. Obvod může obsahovat několik prvků s různými odpory. V obvodu zařízení mohou být vodiče zapojeny paralelně nebo sériově a mohou být i smíšené.
Prvek obvod s odporem se nazývá rezistor, napětí tohoto prvku je rozdíl potenciálů mezi konci rezistoru. Paralelní a sériové elektrické spojení vodičů se vyznačuje stejným principem činnosti, podle kterého proud teče od plusu k mínusu a potenciál se odpovídajícím způsobem snižuje. Ve schématech zapojení se odpor vedení považuje za 0, protože je zanedbatelný.
Paralelní zapojení znamená, že prvky obvodu jsou připojeny ke zdroji paralelně a zapínají se současně. Sériové zapojení znamená, že odporové vodiče jsou zapojeny těsně za sebou.
Při výpočtu se používá metoda idealizace, která je mnohem srozumitelnější. V elektrických obvodech se totiž potenciál postupně snižuje, jak prochází vedením a prvky, které jsou zapojeny paralelně nebo sériově.
Obsah
Sériové zapojení vodičů
Sériové zapojení znamená, že vodiče jsou zapojeny v určitém pořadí za sebou. Všechny mají stejný proud. Tyto prvky vytvářejí v oblasti celkové napětí. V uzlech elektrického obvodu se nehromadí náboje, protože jinak by došlo ke změně napětí a proudu. Při konstantním napětí je proud určen hodnotou odporu obvodu, takže v sériovém obvodu se odpor mění, pokud se změní jedna zátěž.
Nevýhodou tohoto zapojení je, že pokud dojde k poruše jednoho prvku, ostatní ztratí svou schopnost fungovat, protože obvod je přerušen. Příkladem může být věnec, který nefunguje, pokud selže jedna žárovka. To je zásadní rozdíl oproti paralelnímu zapojení, kde mohou prvky fungovat samostatně.
Sériové zapojení předpokládá, že vzhledem k tomu, že vodiče jsou zapojeny v jedné úrovni, je jejich odpor v kterémkoli bodě sítě stejný. Celkový odpor se rovná součtu klesajících napětí jednotlivých prvků sítě.
U tohoto typu připojení je začátek jednoho vodiče spojen s koncem druhého. Klíčovým rysem zapojení je, že všechny vodiče jsou na jednom vodiči bez jakýchkoli odboček a každým z nich protéká jeden elektrický proud. Celkové napětí se však rovná součtu napětí na každém z nich. Zapojení je možné posoudit i z jiného hlediska - všechny vodiče jsou nahrazeny jedním ekvivalentním rezistorem a proud na tomto rezistoru je stejný jako celkový proud, který prochází všemi rezistory. Ekvivalentní celkové napětí je součtem hodnot napětí na jednotlivých rezistorech. Takto se projeví rozdíl potenciálů na rezistoru.
Sériové zapojení je užitečné v případě, že je třeba konkrétně zapnout a vypnout určité zařízení. Například elektrický zvonek může zvonit pouze tehdy, když je připojen ke zdroji napětí a tlačítku. První pravidlo říká, že pokud alespoň jedním prvkem obvodu neprotéká žádný proud, nebude protékat ani ostatními. Pokud je tedy v jednom vodiči proud, je proud i v ostatních vodičích. Dalším příkladem může být baterka na baterie, která svítí pouze tehdy, když je v ní baterie, funkční žárovka a stisknuté tlačítko.
V některých případech není sériové zapojení praktické. V bytě, kde se osvětlovací soustava skládá z mnoha lamp, svícnů, lustrů, byste neměli organizovat okruh tohoto typu, protože není třeba zapínat a vypínat světla ve všech místnostech současně. Je lepší použít paralelní zapojení, aby bylo možné zapínat světla v jednotlivých místnostech.
Paralelní zapojení vodičů
V paralelním obvodu jsou vodiče souborem. rezistorůjehož jeden konec je sestaven v jednom uzlu a druhý konec v druhém uzlu. Předpokládá se, že napětí v paralelním zapojení je ve všech částech obvodu stejné. Paralelní úseky elektrického obvodu se nazývají větve a probíhají mezi dvěma uzly připojení, přenášejí stejné napětí. Takové napětí se rovná hodnotě na každém vodiči. Součet hodnot inverzních k odporu větví je rovněž inverzní k odporu jednotlivých částí obvodu paralelního obvodu.
U paralelního a sériového zapojení se systém výpočtu odporů jednotlivých vodičů liší. Při paralelním zapojení teče proud podél větví, což zvyšuje vodivost obvodu a snižuje celkový odpor. Pokud je paralelně zapojeno několik rezistorů s podobnými hodnotami, bude celkový odpor takového obvodu menší než jeden rezistor, a to několikanásobek počtu rezistorů v obvodu.
V každé větvi je jeden rezistor a elektrický proud se rozdělí a rozvede na každý rezistor, když dosáhne místa rozvětvení, přičemž jeho konečná hodnota se rovná součtu proudů na všech rezistorech. Všechny rezistory jsou nahrazeny jedním ekvivalentním rezistorem. Při použití Ohmova zákona je hodnota odporu jasná - v paralelním obvodu se hodnoty inverzních odporů sčítají.
V tomto obvodu je hodnota proudu nepřímo úměrná hodnotě odporu. Proudy v rezistorech spolu nesouvisí, takže pokud je jeden rezistor vypnut, ostatní nejsou nijak ovlivněny. Z tohoto důvodu se tento obvod používá v mnoha zařízeních.
Při úvahách o použití paralelního obvodu v domácnosti stojí za zmínku systém osvětlení v bytě. Všechny lampy a lustry by měly být zapojeny paralelně, v takovém případě zapnutí a vypnutí jedné z nich nemá vliv na provoz ostatních lamp. Přidáním přepínač každé žárovky do rozvětveného obvodu, můžete příslušné světlo zapínat a vypínat podle potřeby. Všechna ostatní světla fungují nezávisle.
Všechny spotřebiče jsou připojeny paralelně k síti 220 V a následně připojeny k rozváděči. Jinými slovy, všechny spotřebiče jsou připojeny nezávisle na připojení ostatních spotřebičů.
Zákony sériového a paralelního zapojení vodičů
Pro podrobnější praktické pochopení obou typů připojení jsou zde uvedeny vzorce vysvětlující zákonitosti těchto typů připojení. Výpočet výkonu se liší pro paralelní a sériové zapojení.
Při sériovém zapojení je ve všech vodičích stejný proud:
I = I1 = I2.
Podle Ohmova zákona se tyto typy spojení vodičů v různých případech vysvětlují různě. V případě sériového obvodu se tedy napětí navzájem rovnají:
U1 = IR1, U2 = IR2.
Kromě toho se celkové napětí rovná součtu napětí na jednotlivých vodičích:
U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.
Celkový odpor elektrického obvodu se vypočítá jako součet činných odporů všech vodičů bez ohledu na jejich počet.
V případě paralelního obvodu je celkové napětí obvodu stejné jako napětí jednotlivých prvků:
U1 = U2 = U.
A kumulativní síla elektrického proudu se vypočítá jako součet proudů dostupných ve všech paralelně uspořádaných vodičích:
I = I1 + I2.
Pro maximalizaci účinnosti elektrických sítí je nutné pochopit podstatu obou typů připojení a rozumně je aplikovat s využitím zákonitostí a propočtem racionality praktického provedení.
Smíšené připojení vodičů
V případě potřeby lze v jednom elektrickém obvodu kombinovat sériové a paralelní odporové zapojení. Například je možné zapojit paralelní rezistory do série s jiným rezistorem nebo skupinou rezistorů, tento typ se považuje za kombinovaný nebo smíšený.
Celkový odpor se pak vypočítá jako součet hodnot pro paralelní zapojení v systému a hodnot pro sériové zapojení. Nejprve je třeba vypočítat ekvivalentní odpory rezistorů v sériovém obvodu a poté prvků v paralelním obvodu. Sériové zapojení je považováno za prioritní a obvody tohoto kombinovaného typu se často používají ve spotřebičích a zařízeních.
Při pohledu na typy zapojení vodičů v elektrických obvodech a na základě zákonitostí jejich fungování je tedy možné plně pochopit uspořádání obvodů většiny domácích spotřebičů. Při paralelním a sériovém zapojení se výpočet odporu a proudu liší. Při znalosti principů výpočtu a vzorců můžete kvalifikovaně používat jednotlivé typy uspořádání obvodů tak, abyste prvky zapojili optimálním způsobem a s maximální účinností.
Související články:
