Paralelní a sériové připojení: jaký je rozdíl?

Proč, když jedna žárovka shoří v lustru, všechny ostatní hoří dál, ale v nejjednodušší girlandě na vánoční stromeček jedna spálená zhasne všechno najednou? To se děje proto, že lustr používá paralelní spojení prvků, zatímco girlanda používá sériové zapojení. Tyto dva hlavní typy připojení se používají v závislosti na konkrétních účelech, pro které je elektrické zařízení vytvořeno. K řešení praktických problémů se používají složité kombinace paralelních a sériových zapojení různých obvodových prvků.

Posledovatelnoe soedinenie provodnikov

V sériovém zapojení jsou prvky spojeny jeden po druhém – konec jednoho je spojen se začátkem druhého. V takovém řetězci spojení nejsou žádné větve; řetězec vypadá jako přímka.

Sériové připojení se používá poměrně často. Zde jsou některé z nejvýraznějších příkladů:

• ovládat jas lamp – k tomu je k lampě zapojen do série proměnný odpor (potenciometr);
• ochrana proti elektrickému přetížení – pokud je nutné omezit proud na kterémkoli prvku obvodu, pak je před ní zapojena pojistka s požadovanou hodnotou odporu;
• ampérmetry – tyto měřicí přístroje mají velmi nízký odpor (pro minimalizaci zkreslení měřeného proudu) a jsou zapojeny sériově do obvodu.

Zákony sériového zapojení vodičů

Při sériovém zapojení protéká stejný proud všemi součástmi obvodu v celém obvodu. Pokud máme N odporů zapojených do série, pak proud v každém z nich bude stejný:

Pokud některý z prvků sériového obvodu selže, obvod se otevře a nebude jím moci protékat žádný proud. Proto v girlandách sériově zapojených žárovek, když jedna z nich vyhoří, celá girlanda zhasne.

Celkové napětí na sériovém obvodu je definováno jako součet napětí na každém prvku.

Celkový odpor sériového obvodu se rovná součtu všech odporů.

Příklad řešení problému

Lampa může normálně svítit při napětí U ₁ = 120 V a proud I ₁ = 4 A. Jaký přídavný odpor R je potřeba zapojit do série k lampě, aby ji bylo možné zapojit do sítě s napětím U = 220 V?

rozhodnutí

Když je k lampě připojen další odpor R, bude protékat stejný proud I lampou a tímto odporem ₁ . V tomto případě součet napětí na lampě U ₁ a při odporu se bude rovnat U = 220 V.

Podle Ohmova zákona bude napětí na připojeném odporu rovno R• I ₁ . Můžeme tedy napsat:

Provedeme transformace a vyjádříme R:

Dosadíme číselné hodnoty a dostaneme:

R = (220 – 120) / 4 = 25 Ohm.

Paralelní připojení vodičů

V paralelním zapojení jsou připojené komponenty navzájem spojeny dvěma společnými uzly. Tímto způsobem proud získá několik paralelních cest.

Díky různým proudovým cestám vám paralelní připojení umožňuje připojit více zařízení (spotřebitelů) k jednomu zdroji napájení.

Paralelní zapojení je v praxi extrémně rozšířené. Všechny domácí spotřebiče (televize, lednice, lampy atd.) v domě jsou napojeny na elektrickou síť paralelně. Proto odpojení nebo připojení jakéhokoli zařízení nenaruší činnost ostatních.

V automobilech se paralelní zapojení používá pro světlomety, blinkry a další elektrická zařízení. Tento typ zapojení využívají i systémy osvětlení obytných a komerčních prostor.

Paralelní zapojení vodičů: vzorce

Při paralelním zapojení jsou všechny prvky umístěné na paralelních větvích spojeny v podstatě do dvou bodů. Proto je napětí na koncích každé větve stejné.

Elektrický proud, který se „přiblíží“ k bodu rozvětvení, se může „šířit“ přes všechny větve. Proto je síla proudu v nerozvětvené části obvodu rovna součtu proudů ve všech paralelních větvích.

Celkový odpor obvodu N paralelně zapojených vodičů se vypočítá podle vzorce:

Pokud existují pouze dva vodiče, lze jejich celkový odpor vypočítat pomocí následujícího vzorce:

Jednoduché transformace ukazují, že pokud zapojíme N vodičů paralelně se stejným odporem R, pak celkový odpor tohoto úseku bude R _celkový = R/N.

Příklad řešení problému

Tři rezistory R ₁ = 20 Ohm, R ₂ = 40 Ohm, R ₃ = 80 Ohmů jsou zapojeny paralelně a připojeny ke zdroji napětí U = 220 V. Najděte sílu proudu v nerozvětvené části obvodu.

rozhodnutí

Chcete-li najít proud v nerozvětvené části obvodu, musíte vypočítat celkový odpor tří paralelně připojených rezistorů. K tomu používáme známý vzorec:

V našem případě N = 3.

Provedeme transformace a přivedeme zlomky ke společnému jmenovateli:

R _celkový = (20•40•80) / (20•40 + 20•80 + 40•80) = 80/7 Ohm.

Nyní použijeme Ohmův zákon a určíme požadovanou sílu proudu:

I = U/R _celkový = 220 / (80/7) = 19,25 A.

Odpověď: I = 19,25 A.

Smíšené připojení vodičů

V praxi se nejčastěji používají kombinace lineárního a paralelního zapojení. V tomto případě, abyste našli odpor smíšené části obvodu, musíte se nejprve pokusit zjednodušit obvod a učinit jej jasnějším. Poté se pomocí vzorce pro výpočet celkového odporu sériového a paralelního zapojení vypočítá celkový odpor.

Příklad řešení problému

Najděte celkový odpor obvodu, pokud R ₁ = 4 Ohm, R ₂ = 3 Ohm, R ₃ = 12 Ohm, R ₄ = 6 ohmů.

rozhodnutí

Pozorně se podíváme na diagram a uvidíme, že R ₁ a R. ₃ zapojeny paralelně. Pojďme si diagram překreslit ve více vizuální podobě.

Zapíšeme celkový odpor sekce s paralelním R ₁ a R. ₃ :

Odpory R 2 a R 13 jsou zapojeny do série. Proto pro tuto sekci můžeme napsat:

Rezistory R 4 a R 132 jsou zapojeny paralelně. Zjištění celkového odporu:

Sečteme a převedeme zlomky a dostaneme konečný výsledek:

Dosadíme číselné hodnoty a dostaneme odpověď:

Závěr

Sériové a paralelní připojení jsou dva hlavní typy připojení prvků v elektrických obvodech. Sériové zapojení se vyznačuje stejnoměrnou proudovou silou ve všech prvcích. Paralelní připojení zajišťuje nezávislý provoz prvků umístěných na různých větvích. Přitom napětí na nich je stejné.

Kombinace těchto dvou způsobů připojení umožňuje získat elektrické obvody, které mají vlastnosti nezbytné pro řešení konkrétního praktického problému.