Ποια είναι η διαφορά μεταξύ σειρών και παράλληλων κυκλωμάτων;

Η τοπολογία κυκλώματος είναι μια συναρπαστική και εκπληκτικά προσβάσιμη οικογένεια εννοιών. Σήμερα, θα διερευνήσουμε τη διαφορά μεταξύ σειρών και παράλληλων κυκλωμάτων.

Τι είναι ένα κύκλωμα σειράς; Επιπλέον, τι είναι ένα παράλληλο κύκλωμα; Ακόμα κι αν δεν έχετε καμία απολύτως ιδέα, μπορούμε ήδη να σας πούμε ότι πιθανότατα χρησιμοποιείτε και τους δύο τύπους κυκλωμάτων κάθε μέρα της ζωής σας.

Κατανόηση της διαφοράς μεταξύ ενός κυκλώματος σειράς και ενός παράλληλου κυκλώματος: Ορισμός και βασικές έννοιες

Με τους απλούστερους δυνατούς όρους: ένα κύκλωμα σειράς προσφέρει το ρεύμα του ηλεκτρισμού ένα ιδανικό μονοπάτι μέσα από τον λαβύρινθο. Παράλληλα κυκλώματα, από την άλλη πλευρά, έχουν ρυθμιστεί έτσι ώστε να υπάρχουν δύο ή περισσότερες διαδρομές μέσω του κυκλώματος για να ακολουθήσει το ρεύμα. Αυτοί οι τύποι κυκλωμάτων θεωρούνται "παράλληλα" επειδή η διαδρομή διακλάδωσης του ρεύματος τρέχει παράλληλα καθώς διέρχεται και από τους δύο βρόχους ταυτόχρονα.

Η συμπεριφορά ενός ρεύματος σε ένα παράλληλο κύκλωμα καθώς διέρχεται από ένα κύκλωμα καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από το γεγονός ότι ένα Το ηλεκτρικό ρεύμα θα αναζητήσει τις περιοχές με τη χαμηλότερη τάση σε ένα δεδομένο σύστημα, καταλαμβάνοντας αυτές τις περιοχές με όποιον τρόπο μπορεί.

Δεν είναι ακριβώς τόσο απλό, αλλά θα χαρείτε να μάθετε ότι υπάρχουν πραγματικά μόνο μερικοί άλλοι κανόνες που εμπλέκονται εδώ. Τι ακριβώς καθορίζει τη διαδρομή ελάχιστης αντίστασης του ρεύματος;

Σχετίζεται με: Πώς να ελέγξετε την τάση με ένα πολύμετρο

Σειρά vs. Παράλληλα κυκλώματα: Τι συμβαίνει εδώ στο Τολέδο;

Για να οπτικοποιήσουμε αυτό το φαινόμενο, θα καλέσουμε μερικές βασικές λέξεις λεξιλογίου που πρέπει να θυμάστε:

• Ρεύμα: Ηλεκτρική ενέργεια, που αντλείται από μια πηγή και δεσμεύεται από έναν αγωγό.
• Πηγή: Από πού προέρχεται το ρεύμα; Μια μπαταρία; Ένας κεραυνός;
• Αγωγός: Οτιδήποτε αρκετά αγώγιμο ώστε να αντλεί ηλεκτρισμό από την πηγή του. Το χάλκινο σύρμα μέσα στο καλώδιο φόρτισης του smartphone σας είναι ένα παράδειγμα ηλεκτρικού αγωγού, που οδηγεί το ρεύμα από τον υπολογιστή σας ή από έναν μπλοκ φορτιστή στην μπαταρία που χρειάζεται φόρτιση.
• Κλειστό κύκλωμα: Ένα κλειστό ηλεκτρικό δίκτυο, ένα στο οποίο το ρεύμα έχει μια απευθείας διαδρομή πίσω στην πηγή, σχηματίζοντας έναν πλήρη, συνεχή και αδιάσπαστο βρόχο.
• Τάση: Μέτρο της δυναμικής ενέργειας ανά μονάδα όταν συγκρίνονται δύο σημεία του κυκλώματος μεταξύ τους. Αυτός είναι ο μηχανισμός με τον οποίο το ρεύμα βρίσκει το δρόμο του μέσα από ένα κύκλωμα. Η υπερβολική τάση σε ένα μέρος του συστήματος ρέει σε σημεία χαμηλότερης τάσης, αναζητώντας συνεχώς ισορροπία.
• Αντίσταση: Κάθε παράγοντας που εμποδίζει την αντιστάθμιση τάσης και τη ροή. Η σιλικόνη είναι ένα παράδειγμα ενός εξαιρετικά ανθεκτικού, μονωτικού υλικού που χρησιμοποιείται συνήθως στα ηλεκτρονικά. Χρησιμοποιείται ανθεκτικό υλικό για να κατευθύνει τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος σε όλο το κύκλωμα και να αποτρέπει τη διαφυγή του από τον αγωγό του.

Όταν απεικονίζουμε ένα ηλεκτρικό ρεύμα, έχουμε να κάνουμε με τη μεταφορά ηλεκτρονίων από άτομο σε άτομο κατά μήκος του αγωγού. Ένα αντικείμενο φορτίζεται θετικά ή αρνητικά όταν έχει περισσότερα ηλεκτρόνια να κρέμονται από πρωτόνια, τα οποία δεν εγκαταλείπουν το άτομο από μόνα τους.

Τα ηλεκτρόνια είναι το νόμισμα της ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτή η μεταφορά ηλεκτρονίων είναι αναπόσπαστο κομμάτι του τρόπου με τον οποίο ένα ρεύμα μεταφέρεται από κάθε άτομο του αγωγού.

Πώς διέρχονται τα ηλεκτρόνια τόσο από σειρές όσο και από παράλληλα κυκλώματα;

Σκεφτείτε όλα αυτά τα ηλεκτρόνια που οδηγούν στις ράγες του αγωγού σαν να είναι μικροσκοπικά αυτοκίνητα που κινούνται σε μια μινιατούρα σούπερ αυτοκινητόδρομο.

Σε ένα κλειστό, πλήρες κύκλωμα, το ηλεκτρικό ρεύμα ακολουθεί τον αγωγό του μέχρι εκεί που τελικά θα «βυθιστεί»—δηλαδή, το σημείο της χαμηλότερης τάσης που είναι διαθέσιμη στο ρεύμα, το μέρος όπου θα αισθάνεται πιο αναγκασμένος πηγαίνω. Ο ηλεκτρισμός διέρχεται μέσω του κλειστού συστήματος τακτοποιημένα και συνεχώς, με τη συνολική του διατηρημένη τάση να κατανέμεται σε όλο το σύστημα φυσικά, υποθέτοντας μια συγκεκριμένη κβαντική κατάσταση.

Σε ένα παράλληλο κύκλωμα, αντί να ταξιδεύετε ξανά και ξανά μέσω αυτού του μονοπατιού με μονό βρόχο, υπάρχουν "on-ramps" και "εκτός ράμπες", κόμβοι πρόσβασης που προσφέρουν στο ρεύμα μια εναλλακτική γραφική διαδρομή μέσω δύο ή περισσότερων παράλληλων διακλαδώσεων. Η απλή κατάσταση βρόχου κατανέμεται τώρα πολύ διαφορετικά σε όλο το κύκλωμα.

Σχετίζεται με: Ιδέες έργου DIY Electronics για φοιτητές μηχανικών

Παράλληλη τάση: Νόμοι του κυκλώματος Kirchhoff

Έχουμε δει παράλληλα κυκλώματα που περιγράφονται ότι μοιάζουν με διακλαδισμένα αιμοφόρα αγγεία σε κάποιο βαθμό. Ολόκληρο το δίκτυο υποστηρίζει τη ροή του αίματος μέσω κάθε φλέβας και τριχοειδούς αγγείου, φτάνοντας σε κάθε γωνία του σώματος με την οποία είναι συνδεδεμένο το σύστημα.

Ο Γερμανός φυσικός Gustav Kirchhoff ήταν ένας από τους πρώτους που επισημοποίησε την ανάλυση κυκλώματος μαθηματικά. Μπόρεσε να απλοποιήσει τη συμπεριφορά του ηλεκτρισμού σε ένα κύκλωμα χρησιμοποιώντας δύο φυσικούς νόμους που πάνε χέρι-χέρι.

Ένα ρεύμα που διέρχεται από οποιοδήποτε κύκλωμα υπακούει σε αυτούς τους νόμους φυσικά, ανεξάρτητα από το τι:

1. Η ενέργεια που ρέει σε έναν κόμβο ή τη διασταύρωση ενός κυκλώματος διακλάδωσης είναι πολύ ίση με την ενέργεια που ρέει από αυτόν, διατηρώντας το καθαρό συνολικό φορτίο του συστήματος.
2. Το συνολικό άθροισμα των καθαρών ηλεκτρικών διαφορών δυναμικού σε ολόκληρο το σύστημα πρέπει να ισούται με μηδέν. Τα εξαρτήματα τροφοδοσίας, όπως οι μπαταρίες, συμβάλλουν σε αυτό το άθροισμα, τροφοδοτώντας εξαρτήματα που καταναλώνουν ενέργεια, όπως αντιστάσεις ή συσκευές όπως λαμπτήρες.

Και τα δύο αυτά διευκρινίζουν τι ακριβώς διέπει τη συμπεριφορά του ρεύματος μέσω οποιουδήποτε κυκλώματος. Αυτό το δεύτερο σημείο, ωστόσο, είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρον.

Ουσιαστικά, αυτός ο δεύτερος νόμος βεβαιώνει ότι κάθε ηλεκτρόνιο που διέρχεται από το κύκλωμα πρέπει να κερδίσει ακριβώς τόση ενέργεια όση χάνει στην πορεία. Εάν δεν πληρούται καμία απαίτηση, η διαδρομή που εξετάζεται δεν είναι βιώσιμη διαδρομή για τη φυσική ροή του ρεύματος.

Σχετίζεται με: Χαμηλού προϋπολογισμού DIY Ηλεκτρονικά έργα για αρχάριους

Παραδείγματα σειρών και παράλληλων κυκλωμάτων

Το πιο συνηθισμένο παράδειγμα τάσης παράλληλα vs. σε σειρά: Χριστουγεννιάτικα λαμπάκια. Συγκεκριμένα, μοντέρνα έγχορδα vs. vintage φώτα.

Αρχικά, τα χριστουγεννιάτικα φώτα συνήθιζαν να δένουν σε σειρά, μια μονόδρομη αλυσίδα από λαμπτήρες. Εάν ένας λαμπτήρας χαλάσει, ολόκληρο το πράγμα σβήνει, τόσο πριν από τον καμένο λαμπτήρα όσο και μετά. Το κύκλωμα είναι πλέον ανοιχτό και ουσιαστικά έχει σπάσει.

Είναι μια λυπηρή κατάσταση, αλλά μην αφήσετε αυτό το πρώτο παράδειγμα να σας χαλάσει τα κυκλώματα σε σειρά. Υπάρχουν ακόμη πολλές περιπτώσεις όπου τα κυκλώματα σειράς είναι, στην πραγματικότητα, ο κατάλληλος τύπος κυκλώματος για επιλογή:

• Απλές μηχανισμοί που ελέγχουν μόνο μία συσκευή—για παράδειγμα τα μικρά φώτα LED σε ορισμένα παιχνίδια
• Ένας φακός ή οποιαδήποτε άλλη απλή συσκευή που ενεργοποιείται με το πάτημα ενός διακόπτη
• Μια ασφάλεια που προστατεύει μια μεγάλη συσκευή όπως ένα πλυντήριο ρούχων από υπερβολικό ρεύμα. είναι συνδεδεμένα σε ένα κύκλωμα σειράς, έτσι ώστε η σειρά να σπάει κατά συνέπεια όταν ενεργοποιείται η ασφάλεια

Αντίθετα, τα παράλληλα κυκλώματα είναι σχεδιασμένα να παραμένουν σε λειτουργία υπό οποιεσδήποτε συνθήκες. Τα σύγχρονα χριστουγεννιάτικα φώτα χρησιμοποιούν ένα παράλληλο κύκλωμα για να αποτρέψουν την προαναφερθείσα ατυχή καταστροφή των διακοπών, για παράδειγμα. Ακόμα κι αν μείνει μόνο ένας λαμπτήρας, θα μπορεί να λάμπει.

Άλλα κοινά παραδείγματα παράλληλων κυκλωμάτων περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:

• Οι προβολείς του αυτοκινήτου είναι καλωδιωμένοι παράλληλα, έτσι ώστε η μία πλευρά να παραμένει λειτουργική ακόμα κι αν η άλλη πλευρά αστοχεί
• Τα εμπορικά συστήματα ηχείων χρησιμοποιούν παράλληλα κυκλώματα για τον ίδιο λόγο
• Τα φώτα του δρόμου βασίζονται στην τάση παράλληλα για να διατηρούν το μεγαλύτερο μέρος του δρόμου φωτισμένο

Ούτε τα παράλληλα κυκλώματα ούτε τα σειριακά κυκλώματα θα πρέπει να θεωρούνται "καλύτερα" ή "χειρότερα" από τα άλλα - και τα δύο είναι απίστευτα χρήσιμα με τον δικό τους τρόπο υπό διαφορετικές συνθήκες. Εάν ξέρετε τι πρέπει να πετύχετε με το σιρκουί που σχεδιάζετε, η πλευρά του φράχτη στην οποία ανήκετε θα πρέπει να είναι απολύτως προφανής.

Σχετίζεται με: Τι είναι το πολύμετρο και πού μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε;

Τα βασικά για τα κυκλώματα: Παράλληλα και σειριακά κυκλώματα και γιατί και τα δύο έχουν σημασία

Η ηλεκτρική ενέργεια είναι επικίνδυνη. Η κατανόηση του τρόπου λειτουργίας των κυκλωμάτων είναι ένας τρόπος για να διατηρήσετε τον εαυτό σας ασφαλή, ανεξάρτητα από το τι τυχαίνει να μπείτε.

Τα καλά νέα: εάν καταφέρετε να κατανοήσετε αυτές τις έννοιες και άλλες σε αυτόν τον τομέα, θα είστε οπλισμένοι και έτοιμοι με όλα όσα πρέπει να γνωρίζετε για να αποτρέψετε το έργο σας να τηγανίσει το σώμα σας ζωντανό σαν κοτόπουλο όγκος χρυσού. Πάρτε το από κάποιον που ήταν εκεί.

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ AC και DC και πώς μπορείτε να τα μετατρέψετε;

Μπερδευτείτε από την τροφοδοσία AC και DC; Διαβάστε παρακάτω για να μάθετε τις διαφορές και πώς μπορούν να μετατραπούν AC και DC.

Διαβάστε Επόμενο

Σχετικά με τον Συγγραφέα