Der Strom in einem Stromkreis fließt durch die Leiter von der Spannungsquelle zur Last, d. h. zu den Lampen und Geräten. In den meisten Fällen wird Kupferdraht als Leiter verwendet. Ein Stromkreis kann mehrere Elemente mit unterschiedlichen Widerständen enthalten. In einem Gerätestromkreis können die Leiter parallel oder in Reihe geschaltet sein, und es können auch gemischte Typen vorkommen.
Element Schaltung mit einem Widerstand wird als Widerstand bezeichnet, die Spannung dieses Elements ist die Potenzialdifferenz zwischen den Enden des Widerstands. Die elektrische Parallel- und Reihenschaltung von Leitern ist durch das gleiche Funktionsprinzip gekennzeichnet, wonach der Strom von Plus nach Minus fließt und das Potenzial entsprechend abnimmt. In Schaltplänen wird der Verdrahtungswiderstand als 0 angenommen, da er vernachlässigbar ist.
Parallelschaltung bedeutet, dass die Schaltelemente parallel an die Quelle angeschlossen und gleichzeitig eingeschaltet werden. Eine Reihenschaltung bedeutet, dass die Widerstandsleiter dicht hintereinander geschaltet sind.
Die Berechnung erfolgt nach der Idealisierungsmethode, was das Verständnis erheblich erleichtert. In elektrischen Schaltkreisen verringert sich das Potenzial allmählich, während es sich durch die Leitungen und die parallel oder in Reihe geschalteten Elemente bewegt.
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Reihenschaltung von Leitern
Eine Reihenschaltung bedeutet, dass die Leiter in einer bestimmten Reihenfolge hintereinander geschaltet werden. Sie haben alle die gleiche Stromstärke. Diese Elemente erzeugen eine Gesamtspannung in dem Gebiet. An den Knotenpunkten des Stromkreises sammeln sich keine Ladungen an, da sonst eine Veränderung von Spannung und Strom zu beobachten wäre. Bei einer konstanten Spannung wird der Strom durch den Widerstandswert des Stromkreises bestimmt, so dass sich in einer Reihenschaltung der Widerstand ändert, wenn sich eine Last ändert.
Der Nachteil dieser Schaltung ist, dass bei einem Ausfall eines Elements auch die anderen ihre Funktionsfähigkeit verlieren, weil der Stromkreis unterbrochen ist. Ein Beispiel wäre eine Girlande, die nicht funktioniert, wenn eine Glühbirne ausfällt. Dies ist ein wesentlicher Unterschied zu einer Parallelschaltung, bei der die Elemente einzeln funktionieren können.
Bei einer Reihenschaltung wird davon ausgegangen, dass die Leiter in einer Ebene verbunden sind und ihr Widerstand an jedem Punkt des Netzes gleich ist. Der Gesamtwiderstand ist gleich der Summe der abnehmenden Spannungen der einzelnen Netzelemente.
Bei dieser Art der Verbindung wird der Anfang eines Leiters mit dem Ende eines anderen verbunden. Das Hauptmerkmal der Verbindung ist, dass alle Leiter auf demselben Draht ohne Verzweigungen liegen und durch jeden von ihnen ein elektrischer Strom fließt. Die Gesamtspannung ist jedoch gleich der Summe der Spannungen an den einzelnen Geräten. Es ist auch möglich, die Verbindung von einem anderen Standpunkt aus zu betrachten - alle Leiter werden durch einen äquivalenten Widerstand ersetzt und der Strom an diesem Widerstand ist der gleiche wie der Gesamtstrom, der durch alle Widerstände fließt. Die äquivalente Gesamtspannung ist die Summe der Spannungswerte an den einzelnen Widerständen. Auf diese Weise wird die Potenzialdifferenz über dem Widerstand sichtbar.
Die Verwendung der Reihenschaltung ist sinnvoll, wenn ein bestimmtes Gerät gezielt ein- und ausgeschaltet werden soll. Eine elektrische Klingel zum Beispiel kann nur läuten, wenn eine Verbindung zu einer Spannungsquelle und einem Knopf besteht. Die erste Regel besagt, dass, wenn auf mindestens einem Element des Stromkreises kein Strom fließt, auch auf den anderen Elementen kein Strom fließt. Wenn also in einem Leiter Strom fließt, fließt auch in den anderen Leitern Strom. Ein anderes Beispiel wäre eine batteriebetriebene Taschenlampe, die nur leuchtet, wenn eine Batterie, eine funktionierende Glühbirne und ein gedrückter Knopf vorhanden sind.
In manchen Fällen ist eine Reihenschaltung nicht sinnvoll. In einer Wohnung, in der das Beleuchtungssystem aus vielen Lampen, Wandleuchtern und Kronleuchtern besteht, sollten Sie keine Schaltung dieser Art einrichten, da es nicht notwendig ist, das Licht in allen Räumen gleichzeitig ein- und auszuschalten. Es ist besser, eine Parallelschaltung zu verwenden, damit das Licht in einzelnen Räumen eingeschaltet werden kann.
Parallelschaltung von Leitern
In einer Parallelschaltung sind die Leiter eine Ansammlung von von Widerständenderen eines Ende in einem Knotenpunkt und deren anderes Ende in einem zweiten Knotenpunkt montiert ist. Es wird davon ausgegangen, dass die Spannung bei der Parallelschaltung in allen Teilen des Stromkreises gleich ist. Die parallelen Abschnitte eines Stromkreises werden als Abzweige bezeichnet und verlaufen zwischen zwei Anschlussknoten, sie führen die gleiche Spannung. Eine solche Spannung ist gleich dem Wert auf jedem Leiter. Die Summe der zum Widerstand der Zweige inversen Werte ist auch invers zum Widerstand des einzelnen Schaltungsteils der Parallelschaltung.
Bei Parallel- und Reihenschaltungen ist das System zur Berechnung der Widerstände der einzelnen Leiter unterschiedlich. Bei einer Parallelschaltung fließt der Strom entlang der Zweige, was die Leitfähigkeit des Stromkreises erhöht und den Gesamtwiderstand verringert. Werden mehrere Widerstände mit ähnlichen Werten parallel geschaltet, so ist der Gesamtwiderstand einer solchen Schaltung um ein Vielfaches der Anzahl der Widerstände in der Schaltung kleiner als ein Widerstand.
In jedem Zweig befindet sich ein Widerstand, und der elektrische Strom wird geteilt und zu jedem Widerstand abgeleitet, wenn er den Verzweigungspunkt erreicht, wobei der Gesamtwert gleich der Summe der Ströme an allen Widerständen ist. Alle Widerstände werden durch einen einzigen Ersatzwiderstand ersetzt. Die Anwendung des Ohm'schen Gesetzes macht den Wert des Widerstands deutlich - in einer Parallelschaltung werden die umgekehrten Werte der Widerstände addiert.
In dieser Schaltung ist der Stromwert umgekehrt proportional zum Widerstandswert. Die Ströme in den Widerständen sind unkorreliert, d. h., wenn ein Widerstand ausgeschaltet wird, werden die anderen in keiner Weise beeinflusst. Aus diesem Grund wird diese Schaltung in vielen Geräten verwendet.
Wenn man die Anwendung der Parallelschaltung in der Wohnung betrachtet, sollte man das Beleuchtungssystem in der Wohnung erwähnen. Alle Lampen und Kronleuchter sollten parallel geschaltet werden, da in diesem Fall das Ein- und Ausschalten einer Lampe keine Auswirkungen auf den Betrieb der anderen Lampen hat. Durch Hinzufügen von ein Schalter jeder Glühbirne in einen Zweigstromkreis, können Sie das entsprechende Licht nach Bedarf ein- und ausschalten. Alle anderen Lampen arbeiten unabhängig.
Alle Geräte werden parallel an das 220-V-Netz angeschlossen und dann mit der Schalttafel verbunden. Das heißt, dass alle Geräte unabhängig vom Anschluss anderer Geräte angeschlossen sind.
Gesetze der Reihen- und Parallelschaltung von Leitern
Für ein detailliertes praktisches Verständnis der beiden Verbindungsarten finden Sie hier die Formeln, die die Gesetze dieser Verbindungsarten erklären. Die Leistungsberechnung ist bei Parallel- und Reihenschaltung unterschiedlich.
Bei einer Reihenschaltung fließt in allen Leitern der gleiche Strom:
I = I1 = I2.
Nach dem Ohmschen Gesetz werden diese Arten von Leiterverbindungen in verschiedenen Fällen unterschiedlich erklärt. Im Falle einer Reihenschaltung sind die Spannungen also gleich groß:
U1 = IR1, U2 = IR2.
Darüber hinaus ist die Gesamtspannung gleich der Summe der Spannungen der einzelnen Leiter:
U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.
Der Gesamtwiderstand eines Stromkreises ergibt sich aus der Summe der Wirkwiderstände aller Leiter, unabhängig von deren Anzahl.
Im Falle einer Parallelschaltung ist die Gesamtspannung des Stromkreises gleich der Spannung der einzelnen Elemente:
U1 = U2 = U.
Und die kumulative Stromstärke wird als Summe der Ströme berechnet, die in allen parallel angeordneten Leitern fließen:
I = I1 + I2.
Um die Effizienz elektrischer Netze zu maximieren, muss man die Natur beider Verbindungsarten verstehen und sie vernünftig anwenden, indem man die Gesetze nutzt und die Rationalität der praktischen Umsetzung berechnet.
Gemischter Anschluss von Leitern
Eine Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen kann bei Bedarf in einem Stromkreis kombiniert werden. Es ist beispielsweise möglich, parallele Widerstände mit einem anderen Widerstand oder einer Gruppe von Widerständen in Reihe zu schalten; diese Art wird als kombiniert oder gemischt bezeichnet.
Der Gesamtwiderstand ergibt sich dann aus der Summe der Werte für die Parallelschaltung im System und der Werte für die Reihenschaltung. Zuerst müssen die Ersatzwiderstände der Widerstände in der Reihenschaltung berechnet werden, dann die Elemente der Parallelschaltung. Die Reihenschaltung gilt als vorrangig, und Stromkreise dieses kombinierten Typs werden häufig in Geräten und Anlagen verwendet.
Wenn man also die Verbindungsarten von Leitern in Stromkreisen betrachtet und sich auf die Gesetze ihrer Funktionsweise stützt, ist es möglich, die Organisation der Stromkreise der meisten Haushaltsgeräte vollständig zu verstehen. Bei Parallel- und Reihenschaltungen ist die Berechnung von Widerstand und Stromstärke unterschiedlich. Wenn Sie die Berechnungsprinzipien und Formeln kennen, können Sie jede Art der Schaltungsorganisation kompetent nutzen, um die Elemente optimal und mit maximaler Effizienz zu verbinden.
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