Dans un circuit électrique, le courant circule dans les conducteurs depuis la source de tension jusqu'à la charge, c'est-à-dire les lampes et les appareils. Dans la plupart des cas, un fil de cuivre est utilisé comme conducteur. Un circuit peut contenir plusieurs éléments avec des résistances différentes. Dans un circuit de dispositif, les conducteurs peuvent être connectés en parallèle ou en série, et il peut également y avoir des types mixtes.
Élément circuit avec une résistance est appelé une résistance, la tension de cet élément est la différence de potentiel entre les extrémités de la résistance. La connexion électrique des conducteurs en parallèle et en série se caractérise par le même principe de fonctionnement, selon lequel le courant circule du plus au moins et le potentiel diminue en conséquence. Dans les schémas de câblage, la résistance du câblage est prise égale à 0 car elle est négligeable.
La connexion en parallèle implique que les éléments du circuit sont connectés à la source en parallèle et mis sous tension simultanément. Une connexion en série signifie que les conducteurs de la résistance sont connectés en étroite succession les uns aux autres.
Le calcul utilise la méthode d'idéalisation, ce qui le rend beaucoup plus facile à comprendre. En fait, dans les circuits électriques, le potentiel est progressivement réduit au fur et à mesure qu'il se déplace dans le câblage et les éléments qui sont connectés en parallèle ou en série.
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Connexion de conducteurs en série
Une connexion en série signifie que les conducteurs sont connectés dans un ordre spécifique, l'un après l'autre. Ils ont tous le même ampérage. Ces éléments créent une tension totale dans la zone. Les charges ne s'accumulent pas aux nœuds du circuit électrique, car sinon on observerait une variation de la tension et du courant. À tension constante, le courant est déterminé par la valeur de la résistance du circuit. Ainsi, dans un circuit en série, la résistance change si une charge change.
L'inconvénient de ce circuit est que si un élément tombe en panne, les autres perdent également leur capacité à fonctionner car le circuit est rompu. Un exemple serait une guirlande qui ne fonctionne pas si une ampoule tombe en panne. C'est une différence essentielle par rapport à une connexion parallèle, dans laquelle les éléments peuvent fonctionner individuellement.
Un circuit en série suppose que, puisque les conducteurs sont connectés en un seul niveau, leur résistance en tout point du réseau est égale. La résistance totale est égale à la somme des tensions décroissantes des différents éléments du réseau.
Avec ce type de connexion, le début d'un conducteur est relié à l'extrémité d'un autre. La caractéristique essentielle de la connexion est que tous les conducteurs se trouvent sur le même fil sans aucune dérivation et qu'un courant électrique circule dans chacun d'eux. Cependant, la tension totale est égale à la somme des tensions sur chacun. Il est également possible de considérer la connexion d'un autre point de vue - tous les conducteurs sont remplacés par une résistance équivalente et le courant sur cette résistance est le même que le courant total qui passe par toutes les résistances. La tension totale équivalente est la somme des valeurs de tension aux bornes de chaque résistance. C'est ainsi que se manifeste la différence de potentiel aux bornes de la résistance.
L'utilisation de la connexion en série est utile lorsqu'un certain appareil doit être allumé et éteint de manière spécifique. Par exemple, une sonnerie électrique ne peut sonner que lorsqu'il y a une connexion à une source de tension et à un bouton. La première règle stipule que s'il n'y a pas de courant sur au moins un élément du circuit, il n'y aura pas de courant sur les autres. Par conséquent, s'il y a du courant dans un conducteur, il y en a aussi dans les autres. Un autre exemple serait une lampe de poche à piles, qui ne brille que s'il y a une pile, une ampoule en état de marche et un bouton pressé.
Dans certains cas, un circuit en série n'est pas pratique. Dans un appartement où le système d'éclairage se compose de nombreuses lampes, appliques, lustres, il ne faut pas organiser un circuit de ce type, car il n'est pas nécessaire d'allumer et d'éteindre les lumières de toutes les pièces simultanément. Il est préférable d'utiliser une connexion parallèle afin de pouvoir allumer les lumières dans les différentes pièces.
Connexion parallèle de conducteurs
Dans un circuit parallèle, les conducteurs sont une collection de de résistancesdont une extrémité est assemblée dans un nœud et l'autre extrémité dans un second nœud. On suppose que la tension dans la connexion de type parallèle est la même dans toutes les sections du circuit. Les sections parallèles d'un circuit électrique sont appelées branches et passent entre deux nœuds de connexion, elles transportent la même tension. Une telle tension est égale à la valeur sur chaque conducteur. La somme des valeurs inverses de la résistance des branches est également inverse de la résistance de chaque section du circuit parallèle.
Dans le cas des connexions en parallèle et en série, le système de calcul des résistances des différents conducteurs est différent. Dans un circuit parallèle, le courant circule le long des branches, ce qui augmente la conductivité du circuit et réduit la résistance totale. Si plusieurs résistances de valeurs similaires sont connectées en parallèle, la résistance totale d'un tel circuit sera inférieure à une résistance un nombre de fois supérieur au nombre de résistances du circuit.
Il y a une résistance dans chaque branche, et le courant électrique est divisé et dévié vers chaque résistance lorsqu'il atteint le point de branchement, sa valeur finale étant égale à la somme des courants sur toutes les résistances. Toutes les résistances sont remplacées par une seule résistance équivalente. En appliquant la loi d'Ohm, la valeur de la résistance devient claire - dans un circuit parallèle, les valeurs inverses des résistances sont additionnées.
Dans ce circuit, la valeur du courant est inversement proportionnelle à la valeur de la résistance. Les courants dans les résistances ne sont pas corrélés, donc si une résistance est éteinte, les autres ne seront pas affectées. C'est pourquoi ce circuit est utilisé dans de nombreux appareils.
Lorsque l'on envisage l'application du circuit parallèle dans la maison, il convient de mentionner le système d'éclairage de l'appartement. Toutes les lampes et tous les lustres doivent être connectés en parallèle. Dans ce cas, le fait d'allumer et d'éteindre l'une d'entre elles n'a aucun effet sur le fonctionnement des autres lampes. Ainsi, en ajoutant un interrupteur de chaque ampoule dans un circuit de dérivation, vous pouvez allumer et éteindre la lumière correspondante selon vos besoins. Toutes les autres lampes fonctionnent indépendamment.
Tous les appareils sont branchés en parallèle sur le réseau 220 V, puis reliés au tableau de distribution. En d'autres termes, tous les appareils sont connectés indépendamment de la connexion d'autres appareils.
Lois de la connexion en série et en parallèle des conducteurs
Pour une compréhension pratique détaillée des deux types de connexion, voici les formules expliquant les lois de ces types de connexion. Le calcul de la puissance est différent pour les connexions en parallèle et en série.
Dans une connexion en série, il y a le même courant dans tous les conducteurs :
I = I1 = I2.
Selon la loi d'Ohm, ces types de connexion de conducteurs s'expliquent différemment selon les cas. Ainsi, dans le cas d'un circuit en série, les tensions sont égales entre elles :
U1 = IR1, U2 = IR2.
En outre, la tension totale est égale à la somme des tensions des différents conducteurs :
U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.
La résistance totale d'un circuit électrique est calculée comme la somme des résistances actives de tous les conducteurs, quel que soit leur nombre.
Dans le cas d'un circuit parallèle, la tension totale du circuit est la même que celle des éléments individuels :
U1 = U2 = U.
Et l'intensité cumulée du courant électrique est calculée comme la somme des courants disponibles dans tous les conducteurs disposés en parallèle :
I = I1 + I2.
Afin de maximiser l'efficacité des réseaux électriques, il est nécessaire de comprendre la nature des deux types de connexion et de les appliquer judicieusement, en utilisant les lois et en calculant la rationalité de la mise en œuvre pratique.
Connexion mixte de conducteurs
Une connexion de résistance en série et en parallèle peut être combinée dans un seul circuit électrique si nécessaire. Par exemple, il est possible de connecter des résistances parallèles en série à une autre résistance ou à un groupe de résistances, ce type est considéré comme combiné ou mixte.
La résistance totale est alors calculée en prenant la somme des valeurs pour la connexion en parallèle dans le système et les valeurs pour la connexion en série. Il faut d'abord calculer les résistances équivalentes des résistances du circuit en série, puis celles des éléments du circuit en parallèle. La connexion en série est considérée comme prioritaire, et les circuits de ce type combiné sont souvent utilisés dans les appareils électroménagers.
Ainsi, en observant les types de connexions des conducteurs dans les circuits électriques et en se basant sur les lois de leur fonctionnement, il est possible de bien comprendre l'organisation des circuits de la plupart des appareils électroménagers. Dans les connexions en parallèle et en série, le calcul de la résistance et de l'ampérage est différent. En connaissant les principes de calcul et les formules, vous pouvez utiliser avec compétence chaque type d'organisation de circuit pour connecter les éléments de manière optimale et avec une efficacité maximale.
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