Το ρεύμα σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα ρέει μέσω των αγωγών από την πηγή τάσης προς το φορτίο, δηλαδή τους λαμπτήρες, τις συσκευές. Στις περισσότερες περιπτώσεις, ως αγωγός χρησιμοποιείται χάλκινο σύρμα. Ένα κύκλωμα μπορεί να περιέχει διάφορα στοιχεία με διαφορετικές αντιστάσεις. Σε ένα κύκλωμα συσκευής, οι αγωγοί μπορούν να συνδεθούν παράλληλα ή σε σειρά, ενώ μπορεί να υπάρχουν και μικτοί τύποι.
Στοιχείο κύκλωμα με μια αντίσταση ονομάζεται αντίσταση, η τάση αυτού του στοιχείου είναι η διαφορά δυναμικού μεταξύ των άκρων της αντίστασης. Η παράλληλη και η σειριακή ηλεκτρική σύνδεση αγωγών χαρακτηρίζεται από την ίδια αρχή λειτουργίας, σύμφωνα με την οποία το ρεύμα ρέει από το συν στο πλην και το δυναμικό μειώνεται αντίστοιχα. Στα διαγράμματα καλωδίωσης η αντίσταση καλωδίωσης λαμβάνεται ως 0, επειδή είναι αμελητέα.
Η παράλληλη σύνδεση σημαίνει ότι τα στοιχεία του κυκλώματος συνδέονται παράλληλα με την πηγή και ενεργοποιούνται ταυτόχρονα. Η σύνδεση σε σειρά σημαίνει ότι οι αγωγοί αντίστασης συνδέονται σε στενή διαδοχή μεταξύ τους.
Ο υπολογισμός χρησιμοποιεί τη μέθοδο της εξιδανίκευσης, η οποία καθιστά πολύ πιο κατανοητό τον υπολογισμό. Στην πραγματικότητα, στα ηλεκτρικά κυκλώματα, το δυναμικό μειώνεται σταδιακά καθώς κινείται μέσω της καλωδίωσης και των στοιχείων που είναι συνδεδεμένα παράλληλα ή σε σειρά.
Περιεχόμενο
Σύνδεση αγωγών σε σειρά
Η σύνδεση σε σειρά σημαίνει ότι οι αγωγοί συνδέονται με συγκεκριμένη σειρά ο ένας μετά τον άλλο. Όλα έχουν την ίδια ένταση ρεύματος. Τα στοιχεία αυτά δημιουργούν μια συνολική τάση στην περιοχή. Τα φορτία δεν συσσωρεύονται στους κόμβους του ηλεκτρικού κυκλώματος, καθώς διαφορετικά θα παρατηρούνταν αλλαγή στην τάση και το ρεύμα. Σε σταθερή τάση το ρεύμα καθορίζεται από την τιμή της αντίστασης του κυκλώματος, οπότε σε ένα κύκλωμα σειράς η αντίσταση αλλάζει αν αλλάξει ένα φορτίο.
Το μειονέκτημα αυτού του κυκλώματος είναι ότι αν ένα στοιχείο αποτύχει, τα άλλα χάνουν επίσης την ικανότητά τους να λειτουργούν, επειδή το κύκλωμα διακόπτεται. Ένα παράδειγμα θα ήταν μια γιρλάντα η οποία δεν λειτουργεί αν ένας λαμπτήρας χαλάσει. Αυτή είναι μια βασική διαφορά από μια παράλληλη σύνδεση, στην οποία τα στοιχεία μπορούν να λειτουργούν μεμονωμένα.
Ένα κύκλωμα σειράς υποθέτει ότι, επειδή οι αγωγοί είναι συνδεδεμένοι σε ένα ενιαίο επίπεδο, η αντίστασή τους σε οποιοδήποτε σημείο του δικτύου είναι ίση. Η συνολική αντίσταση ισούται με το άθροισμα των φθίνουσων τάσεων των επιμέρους στοιχείων του δικτύου.
Με αυτόν τον τύπο σύνδεσης, η αρχή ενός αγωγού συνδέεται με το τέλος ενός άλλου. Το βασικό χαρακτηριστικό της σύνδεσης είναι ότι όλοι οι αγωγοί βρίσκονται στο ίδιο καλώδιο χωρίς διακλαδώσεις και ένα ηλεκτρικό ρεύμα διαρρέει καθέναν από αυτούς. Ωστόσο, η συνολική τάση είναι ίση με το άθροισμα των τάσεων σε κάθε ένα από αυτά. Είναι επίσης δυνατό να εξετάσουμε τη σύνδεση από μια άλλη οπτική γωνία - όλοι οι αγωγοί αντικαθίστανται από έναν ισοδύναμο αντιστάτη και το ρεύμα σε αυτόν τον αντιστάτη είναι το ίδιο με το συνολικό ρεύμα που διέρχεται από όλους τους αντιστάτες. Η ισοδύναμη συνολική τάση είναι το άθροισμα των τιμών τάσης σε κάθε αντίσταση. Έτσι εκδηλώνεται η διαφορά δυναμικού στον αντιστάτη.
Η χρήση της σύνδεσης σειράς είναι χρήσιμη όταν μια συγκεκριμένη συσκευή πρέπει να ενεργοποιείται και να απενεργοποιείται συγκεκριμένα. Για παράδειγμα, ένα ηλεκτρικό κουδούνι μπορεί να χτυπήσει μόνο όταν υπάρχει σύνδεση με μια πηγή τάσης και ένα κουμπί. Ο πρώτος κανόνας ορίζει ότι αν δεν υπάρχει ρεύμα σε τουλάχιστον ένα στοιχείο του κυκλώματος, δεν θα υπάρχει ρεύμα και στα υπόλοιπα. Κατά συνέπεια, αν υπάρχει ρεύμα σε έναν αγωγό, υπάρχει επίσης ρεύμα και στους άλλους αγωγούς. Ένα άλλο παράδειγμα θα ήταν ένας φακός που λειτουργεί με μπαταρία, ο οποίος φωτίζει μόνο αν υπάρχει μπαταρία, ένας λαμπτήρας που λειτουργεί και ένα πατημένο κουμπί.
Σε ορισμένες περιπτώσεις, ένα κύκλωμα σειράς δεν είναι πρακτικό. Σε ένα διαμέρισμα όπου το σύστημα φωτισμού αποτελείται από πολλές λάμπες, απλίκες, πολυελαίους, δεν θα πρέπει να οργανώσετε ένα κύκλωμα αυτού του τύπου, καθώς δεν υπάρχει ανάγκη να ανάβετε και να σβήνετε τα φώτα σε όλα τα δωμάτια ταυτόχρονα. Είναι προτιμότερο να χρησιμοποιήσετε παράλληλη σύνδεση, ώστε να μπορούν να ανάβουν τα φώτα σε μεμονωμένα δωμάτια.
Παράλληλη σύνδεση αγωγών
Σε ένα παράλληλο κύκλωμα, οι αγωγοί είναι μια συλλογή από των αντιστάσεωντο ένα άκρο του οποίου συναρμολογείται σε έναν κόμβο και το άλλο άκρο σε έναν δεύτερο κόμβο. Θεωρείται ότι η τάση στον παράλληλο τύπο σύνδεσης είναι η ίδια σε όλα τα τμήματα του κυκλώματος. Τα παράλληλα τμήματα ενός ηλεκτρικού κυκλώματος ονομάζονται διακλαδώσεις και διέρχονται μεταξύ δύο κόμβων σύνδεσης, μεταφέρουν την ίδια τάση. Μια τέτοια τάση είναι ίση με την τιμή σε κάθε αγωγό. Το άθροισμα των τιμών που είναι αντίστροφο της αντίστασης των κλάδων είναι επίσης αντίστροφο της αντίστασης του επιμέρους τμήματος του κυκλώματος του παράλληλου κυκλώματος.
Στις παράλληλες και σειριακές συνδέσεις, το σύστημα υπολογισμού των αντιστάσεων των επιμέρους αγωγών είναι διαφορετικό. Με ένα παράλληλο κύκλωμα, το ρεύμα ρέει κατά μήκος των διακλαδώσεων, γεγονός που αυξάνει την αγωγιμότητα του κυκλώματος και μειώνει τη συνολική αντίσταση. Εάν συνδεθούν παράλληλα πολλοί αντιστάτες με παρόμοιες τιμές, η συνολική αντίσταση ενός τέτοιου κυκλώματος θα είναι μικρότερη από μία αντίσταση επί έναν αριθμό πολλαπλάσιο του αριθμού των αντιστατών στο κύκλωμα.
Σε κάθε διακλάδωση υπάρχει μία αντίσταση και το ηλεκτρικό ρεύμα διαιρείται και αποκλίνει σε κάθε αντίσταση όταν φτάνει στο σημείο διακλάδωσης, ενώ η τελική του τιμή είναι ίση με το άθροισμα των ρευμάτων σε όλες τις αντιστάσεις. Όλες οι αντιστάσεις αντικαθίστανται από μία ισοδύναμη αντίσταση. Εφαρμόζοντας το νόμο του Ohm, η τιμή της αντίστασης γίνεται σαφής - σε ένα παράλληλο κύκλωμα, οι αντίστροφες τιμές των αντιστάσεων προστίθενται μαζί.
Σε αυτό το κύκλωμα, η τιμή του ρεύματος είναι αντιστρόφως ανάλογη της τιμής της αντίστασης. Τα ρεύματα στους αντιστάτες είναι ασυσχέτιστα, οπότε αν ένας αντιστάτης απενεργοποιηθεί, οι υπόλοιποι δεν θα επηρεαστούν καθόλου. Για το λόγο αυτό το κύκλωμα αυτό χρησιμοποιείται σε πολλές συσκευές.
Όταν εξετάζουμε την εφαρμογή του παράλληλου κυκλώματος στο σπίτι, αξίζει να αναφέρουμε το σύστημα φωτισμού στο διαμέρισμα. Όλοι οι λαμπτήρες και οι πολυέλαιοι πρέπει να συνδέονται παράλληλα, στην περίπτωση αυτή η ενεργοποίηση και απενεργοποίηση ενός από αυτούς δεν επηρεάζει τη λειτουργία των άλλων λαμπτήρων. Έτσι, προσθέτοντας έναν διακόπτη κάθε λαμπτήρα σε ένα κύκλωμα διακλάδωσης, μπορείτε να ενεργοποιείτε και να απενεργοποιείτε το αντίστοιχο φως ανάλογα με τις ανάγκες. Όλοι οι άλλοι λαμπτήρες λειτουργούν ανεξάρτητα.
Όλες οι συσκευές συνδέονται παράλληλα στο δίκτυο 220 V και στη συνέχεια συνδέονται στον πίνακα διανομής. Με άλλα λόγια, όλες οι συσκευές συνδέονται ανεξάρτητα από τη σύνδεση άλλων συσκευών.
Νόμοι της σειριακής και παράλληλης σύνδεσης αγωγών
Για λεπτομερή πρακτική κατανόηση και των δύο τύπων σύνδεσης, παραθέτουμε τους τύπους που εξηγούν τους νόμους αυτών των τύπων σύνδεσης. Ο υπολογισμός της ισχύος είναι διαφορετικός για παράλληλη και σειριακή σύνδεση.
Σε μια σύνδεση σειράς υπάρχει το ίδιο ρεύμα σε όλους τους αγωγούς:
I = I1 = I2.
Σύμφωνα με το νόμο του Ohm, αυτοί οι τύποι συνδέσεων αγωγών εξηγούνται διαφορετικά σε διαφορετικές περιπτώσεις. Έτσι, στην περίπτωση ενός κυκλώματος σειράς, οι τάσεις είναι ίσες μεταξύ τους:
U1 = IR1, U2 = IR2.
Επιπλέον, η συνολική τάση είναι ίση με το άθροισμα των τάσεων των επιμέρους αγωγών:
U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.
Η συνολική αντίσταση ενός ηλεκτρικού κυκλώματος υπολογίζεται ως το άθροισμα των ενεργών αντιστάσεων όλων των αγωγών, ανεξάρτητα από τον αριθμό τους.
Στην περίπτωση ενός παράλληλου κυκλώματος, η συνολική τάση του κυκλώματος είναι ίδια με τις τάσεις των επιμέρους στοιχείων:
U1 = U2 = U.
Και η αθροιστική ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος υπολογίζεται ως το άθροισμα των διαθέσιμων ρευμάτων σε όλους τους αγωγούς που είναι τοποθετημένοι παράλληλα:
I = I1 + I2.
Προκειμένου να μεγιστοποιηθεί η αποδοτικότητα των ηλεκτρικών δικτύων, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε τη φύση και των δύο τύπων σύνδεσης και να τις εφαρμόσουμε με λογική, χρησιμοποιώντας τους νόμους και υπολογίζοντας την ορθολογικότητα της πρακτικής εφαρμογής.
Μικτή σύνδεση αγωγών
Μια σύνδεση σειράς και παράλληλης αντίστασης μπορεί να συνδυαστεί σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, εάν είναι απαραίτητο. Για παράδειγμα, είναι δυνατή η σύνδεση παράλληλων αντιστάσεων σε σειρά με άλλη αντίσταση ή ομάδα αντιστάσεων, ο τύπος αυτός θεωρείται συνδυασμένος ή μικτός.
Στη συνέχεια, η συνολική αντίσταση υπολογίζεται με το άθροισμα των τιμών για την παράλληλη σύνδεση στο σύστημα και των τιμών για τη σύνδεση σε σειρά. Πρώτα πρέπει να υπολογιστούν οι ισοδύναμες αντιστάσεις των αντιστάσεων στο κύκλωμα σειράς και στη συνέχεια τα στοιχεία στο παράλληλο κύκλωμα. Η σύνδεση σειράς θεωρείται προτεραιότητα και κυκλώματα αυτού του συνδυασμένου τύπου χρησιμοποιούνται συχνά σε συσκευές και συσκευές.
Έτσι, εξετάζοντας τους τύπους συνδέσεων των αγωγών στα ηλεκτρικά κυκλώματα και με βάση τους νόμους της λειτουργίας τους, είναι δυνατόν να κατανοήσουμε πλήρως την οργάνωση των κυκλωμάτων των περισσότερων οικιακών συσκευών. Στις παράλληλες και σειριακές συνδέσεις, ο υπολογισμός της αντίστασης και της έντασης του ρεύματος είναι διαφορετικός. Γνωρίζοντας τις αρχές υπολογισμού και τους τύπους, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε με επάρκεια κάθε τύπο οργάνωσης κυκλωμάτων για να συνδέσετε τα στοιχεία με βέλτιστο τρόπο και με μέγιστη απόδοση.
Σχετικά άρθρα:
