Prúd v elektrickom obvode tečie vodičmi od zdroja napätia k záťaži, t. j. svietidlám, spotrebičom. Vo väčšine prípadov sa ako vodič používa medený drôt. Obvod môže obsahovať niekoľko prvkov s rôznymi odpormi. V obvode zariadenia môžu byť vodiče zapojené paralelne alebo sériovo a môžu byť aj zmiešané.
Prvok obvod s odporom sa nazýva rezistor, napätie tohto prvku je rozdiel potenciálov medzi koncami rezistora. Paralelné a sériové elektrické zapojenie vodičov sa vyznačuje rovnakým princípom činnosti, podľa ktorého prúd tečie od plusu k mínusu a potenciál sa primerane znižuje. V schémach zapojenia sa odpor vedenia považuje za 0, pretože je zanedbateľný.
Paralelné zapojenie znamená, že prvky obvodu sú pripojené k zdroju paralelne a zapínajú sa súčasne. Sériové zapojenie znamená, že odporové vodiče sú zapojené tesne za sebou.
Pri výpočte sa používa metóda idealizácie, vďaka ktorej je výpočet oveľa zrozumiteľnejší. V skutočnosti sa v elektrických obvodoch potenciál postupne znižuje, keď sa pohybuje cez vedenie a prvky, ktoré sú zapojené paralelne alebo sériovo.
Obsah
Sériové zapojenie vodičov
Sériové zapojenie znamená, že vodiče sú zapojené v určitom poradí za sebou. Všetky majú rovnaký prúd. Tieto prvky vytvárajú v oblasti celkové napätie. Náboje sa v uzloch elektrického obvodu nehromadia, pretože inak by sa pozorovala zmena napätia a prúdu. Pri konštantnom napätí je prúd určený hodnotou odporu obvodu, takže v sériovom obvode sa odpor mení, ak sa zmení jedna záťaž.
Nevýhodou tohto zapojenia je, že ak jeden prvok zlyhá, ostatné tiež stratia svoju schopnosť fungovať, pretože obvod je prerušený. Príkladom môže byť girlanda, ktorá nefunguje, ak jedna žiarovka zlyhá. To je hlavný rozdiel oproti paralelnému zapojeniu, v ktorom môžu prvky fungovať samostatne.
Pri sériovom zapojení sa predpokladá, že keďže vodiče sú zapojené v jednej úrovni, ich odpor v ktoromkoľvek bode siete je rovnaký. Celkový odpor sa rovná súčtu klesajúcich napätí jednotlivých prvkov siete.
Pri tomto type spojenia je začiatok jedného vodiča spojený s koncom druhého. Kľúčovou vlastnosťou zapojenia je, že všetky vodiče sú na jednom vodiči bez akýchkoľvek odbočiek a každým z nich preteká jeden elektrický prúd. Celkové napätie sa však rovná súčtu napätí na každom z nich. Zapojenie je možné posudzovať aj z iného hľadiska - všetky vodiče sú nahradené jedným ekvivalentným odporom a prúd na tomto odpore je rovnaký ako celkový prúd, ktorý prechádza všetkými rezistormi. Ekvivalentné celkové napätie je súčet hodnôt napätia na jednotlivých rezistoroch. Takto sa prejavuje rozdiel potenciálov na rezistore.
Použitie sériového zapojenia je užitočné, keď je potrebné konkrétne zapnúť a vypnúť určité zariadenie. Napríklad elektrický zvonček môže zvoniť len vtedy, keď je pripojený k zdroju napätia a k tlačidlu. Prvé pravidlo hovorí, že ak aspoň jedným prvkom obvodu nepreteká žiadny prúd, nepreteká ani ostatnými. Preto ak je v jednom vodiči prúd, je aj v ostatných. Ďalším príkladom môže byť baterka napájaná z batérie, ktorá svieti len vtedy, ak je v nej batéria, funkčná žiarovka a stlačené tlačidlo.
V niektorých prípadoch nie je sériový obvod praktický. V byte, kde osvetľovací systém pozostáva z mnohých lámp, svietnikov, lustrov, by ste nemali organizovať okruh tohto typu, pretože nie je potrebné zapínať a vypínať svetlá vo všetkých miestnostiach súčasne. Lepšie je použiť paralelné zapojenie, aby bolo možné zapínať svetlá v jednotlivých miestnostiach.
Paralelné zapojenie vodičov
V paralelnom obvode sú vodiče súborom rezistorovktorého jeden koniec je zostavený v jednom uzle a druhý koniec v druhom uzle. Predpokladá sa, že napätie v paralelnom zapojení je vo všetkých častiach obvodu rovnaké. Paralelné úseky elektrického obvodu sa nazývajú vetvy a prebiehajú medzi dvoma uzlami pripojenia, pričom prenášajú rovnaké napätie. Takéto napätie sa rovná hodnote na každom vodiči. Súčet hodnôt inverzných k odporu vetiev je tiež inverzný k odporu jednotlivých častí obvodu paralelného obvodu.
Pri paralelnom a sériovom zapojení sa systém výpočtu odporu jednotlivých vodičov líši. Pri paralelnom obvode tečie prúd pozdĺž vetiev, čo zvyšuje vodivosť obvodu a znižuje celkový odpor. Ak je paralelne zapojených niekoľko rezistorov s podobnými hodnotami, celkový odpor takéhoto obvodu bude menší ako jeden rezistor, a to niekoľkokrát väčší ako počet rezistorov v obvode.
V každej vetve je jeden rezistor a elektrický prúd sa rozdelí a rozvedie do každého rezistora, keď dosiahne miesto rozvetvenia, pričom jeho konečná hodnota sa rovná súčtu prúdov na všetkých rezistoroch. Všetky rezistory sú nahradené jedným ekvivalentným rezistorom. Pri použití Ohmovho zákona je hodnota odporu jasná - v paralelnom obvode sa sčítajú hodnoty inverzných rezistorov.
V tomto obvode je hodnota prúdu nepriamo úmerná hodnote odporu. Prúdy v rezistoroch nie sú vzájomne prepojené, takže ak sa jeden rezistor vypne, ostatné nebudú nijako ovplyvnené. Z tohto dôvodu sa tento obvod používa v mnohých zariadeniach.
Pri úvahách o použití paralelného obvodu v domácnosti stojí za zmienku systém osvetlenia v byte. Všetky lampy a lustre by mali byť zapojené paralelne, v tomto prípade zapnutie a vypnutie jednej z nich nemá vplyv na činnosť ostatných lámp. Preto pridaním prepínač každej žiarovky do rozvetveného obvodu, môžete príslušné svetlo zapínať a vypínať podľa potreby. Všetky ostatné svietidlá fungujú nezávisle.
Všetky spotrebiče sú pripojené paralelne k sieti 220 V a potom sú pripojené k rozvádzaču. Inými slovami, všetky spotrebiče sú pripojené nezávisle od pripojenia iných spotrebičov.
Zákony sériového a paralelného zapojenia vodičov
Pre podrobné praktické pochopenie oboch typov pripojenia uvádzame vzorce vysvetľujúce zákonitosti týchto typov pripojenia. Výpočet výkonu sa líši pre paralelné a sériové zapojenie.
Pri sériovom zapojení je vo všetkých vodičoch rovnaký prúd:
I = I1 = I2.
Podľa Ohmovho zákona sa tieto typy zapojenia vodičov vysvetľujú v rôznych prípadoch rôzne. V prípade sériového obvodu sa teda napätia navzájom rovnajú:
U1 = IR1, U2 = IR2.
Okrem toho sa celkové napätie rovná súčtu napätí jednotlivých vodičov:
U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.
Celkový odpor elektrického obvodu sa vypočíta ako súčet činných odporov všetkých vodičov bez ohľadu na ich počet.
V prípade paralelného obvodu je celkové napätie obvodu rovnaké ako napätia jednotlivých prvkov:
U1 = U2 = U.
A kumulatívna sila elektrického prúdu sa vypočíta ako súčet prúdov dostupných vo všetkých paralelne usporiadaných vodičoch:
I = I1 + I2.
Aby sa maximalizovala účinnosť elektrických sietí, je potrebné pochopiť podstatu oboch typov pripojenia a rozumne ich aplikovať, využívať zákony a počítať s racionalitou praktickej realizácie.
Zmiešané pripojenie vodičov
V prípade potreby možno v jednom elektrickom obvode kombinovať sériové a paralelné odporové zapojenie. Napríklad je možné zapojiť paralelné rezistory do série s iným rezistorom alebo skupinou rezistorov, tento typ sa považuje za kombinovaný alebo zmiešaný.
Celkový odpor sa potom vypočíta ako súčet hodnôt pre paralelné zapojenie v systéme a hodnôt pre sériové zapojenie. Najprv sa musia vypočítať ekvivalentné odpory rezistorov v sériovom obvode a potom prvkov v paralelnom obvode. Sériové zapojenie sa považuje za prioritné a obvody tohto kombinovaného typu sa často používajú v prístrojoch a zariadeniach.
Pri pohľade na typy zapojení vodičov v elektrických obvodoch a na základe zákonov ich fungovania je teda možné úplne pochopiť organizáciu obvodov väčšiny domácich spotrebičov. Pri paralelnom a sériovom zapojení sa výpočet odporu a prúdu líši. Ak poznáte princípy výpočtu a vzorce, môžete kvalifikovane použiť každý typ organizácie obvodu na optimálne a maximálne efektívne zapojenie prvkov.
Súvisiace články:
