Sériové a paralelní zapojení vodičů: návod, popis

V elektrickém světě je vše propojeno. Činnost konkrétního uzlu, tlačítka atd. závisí na způsobu připojení vodičů. Ze školního kurzu fyziky každý ví o dvou typech: sériové a paralelní zapojení vodičů. Také jejich kombinace tvoří smíšenou konjugaci.

Abychom lépe porozuměli interakci součástí elektrického obvodu, stojí za to se blíže podívat na vlastnosti a použití každého typu.

Přehled článku:

• Sériové připojení;
• Paralelní připojení;
• Kombinované připojení.

Sériové připojení

V tomto případě název mluví sám za sebe. Při tomto typu připojení vodičů jsou prvky elektrického obvodu spojeny jeden po druhém, to znamená sériově. Vypadá to jednoduše: konec jednoho vodiče je spojen se začátkem druhého.

V tomto případě patří všechny odpory k jedinému vodiči, který nemá žádné větve. To znamená, že stejný elektrický proud protéká kterýmkoli vodičem v obvodu, to znamená, že síla proudu v sériovém zapojení bude rovna hodnotě na každém rezistoru (I_celkový=I₁=I₂=I₃…=já_n).

Celkový odpor a napětí v sériovém zapojení jsou součtem jednotlivých hodnot na každém rezistoru (respektive R_celkový= R₁+R₂+R₃…+R_n a U_celkový=U₁+U₂+U₃…+U_n). Ale stojí za zmínku, že ekvivalentní odpor se zvyšuje s počtem vodičů.

Pravidla pro sériové připojení:

1. Protéká-li elektrický proud jedním vodičem, protéká všemi ostatními.
2. Pokud na jednom z vodičů není elektrický proud, nebude proud na ostatních rezistorech.

Abychom lépe porozuměli fungování součástek obvodu při sériovém zapojení, stojí za to uvést několik každodenních situací. Například když stisknete tlačítko na elektrickém zvonku, ozve se požadované vyzvánění, ale když tlačítko uvolníte, vyzvánění zmizí.

Dalším příkladem je fungování svítilny. V něm jsou žárovka, baterie a vypínač zapojeny do série, takže žárovka se rozsvítí, když vypínač dokončí celý obvod.

Důležitý doplněk! Elektrický vypínač je vždy zapojen do série se zařízením nebo spotřebičem, který musí přímo zapínat/vypínat.

Sériové zapojení vodičů je přítomno v běžné vánoční girlandě, kde se žárovky rozsvěcují jedna po druhé. Tento typ však nelze použít, pokud je osvětlení organizováno v domě nebo bytě, protože není nutné, aby všechna svítidla fungovala najednou.

Paralelní připojení

Při tomto typu spojení vodičů jsou připojeny paralelně k sobě, to znamená, že některé konce jsou připojeny k jednomu bodu, druhé konce k jinému bodu. V tomto případě bude mít každý rezistor v obvodu stejné napětí, ale bude jimi protékat jiný proud.

Vlastnosti paralelního připojení:

1. Zapnutí a/nebo vypnutí jednoho prvku elektrického obvodu neovlivňuje činnost ostatních.
2. Všechny komponenty pracují na stejném napětí.

Používá se ve všech případech a připojeních, kdy je nutné organizovat nezávislý provoz zařízení.

Takto se například instalují zásuvky v domech a bytech. To znamená, že zařízení můžete zapínat a vypínat bez ohledu na činnost ostatních, pokud se jeden prvek paralelního obvodu porouchá nebo selže, nebude to mít vliv na fungování ostatních;

Kombinované připojení

Často jsou skutečné elektrické obvody složitější, takže se můžete setkat se situacemi, kdy se používají různé kombinace. Takové obvody se skládají nejen z jednotlivých rezistorů, ale mají také složitou strukturu.

Smíšené nebo kombinované připojení zahrnuje použití dvou výše uvedených metod: paralelní a sériové připojení různých vodičů v rámci stejného elektrického obvodu.

V tomto případě jsou indikátory odporu počítány v jednotlivých sekcích s různými typy připojení. Jedna z metod výpočtu je považována za postupnou.

Je vhodné, pokud se obvod skládá z opakovacích rezistorů. Kroková metoda výpočtu je založena na skutečnosti, že výsledek prvního kroku bude použit ve druhém, výsledek druhého – ve třetím atd. Počet kroků závisí na počtu identických konstrukčních součástí řetězce.

Tento typ zapojení rezistorů má pozitivní i negativní vlastnosti sériového a paralelního zapojení.

Pokud jde o paralelní zapojení vodičů, není těžké uhodnout, že v základním elektrickém obvodu budou jejich výchozí body připojeny ke stejnému úseku obvodu Níže, na Obr. 5. Jsou znázorněny dva odpory, které jsou v obvodu zapojeny paralelně.

Paralelní připojení

Při pohledu na schematický diagram vidíme, že rezistory jsou připojeny ke dvěma bodům, a to k bodu a a bodu b. Dále v textu změníme definici „bodů“ na jinou definici vhodnější pro tento případ: „uzly“ nebo „body větvení hlavního řetězce“. Pokud jde o paralelní úseky, běžně se jim také říká větve. Takže ve schématu na obr. 5. je znázorněna nerozvětvená část obvodu, která se nachází na úseku od uzlu b k uzlu a (protože libovolný obvod je čten ve směru proudu).

Na základě všeho výše popsaného a také opírajíce se o schéma elektrického zapojení na obr. 5 se pokusíme formulovat vlastnosti paralelního zapojení a dokázat je. Uděláme to samozřejmě na příkladu obvodu dvou paralelně zapojených rezistorů:

1. Napětí na každé větvi tohoto obvodu je stejné, to znamená, že v součtu se rovná napětí na tzv. nerozvětvené části obvodu. Ve skutečnosti se napětí, jako v zásadě, rovná potenciálnímu rozdílu mezi odpory a mezi hlavními body jejich spojení:
   Tuto skutečnost lze považovat za nejzřetelnější projev, protože potenciál stacionárního elektrického pole a pohybujících se nábojů je již dlouho teoreticky podložen. U1 = U2 = ab = U
2. Síla proudu v nerozvětvené části obvodu je v součtu stejná jako síla proudu v každé větvi. Předpokládejme, že náboj q může dorazit do bodu a za určitý čas t z nerozvětveného úseku. Přibližně ve stejnou dobu se náboj přiblíží k prvnímu odporu z bodu a a podle toho se druhý náboj přiblíží k druhému odporu. Není těžké uhodnout, že celkový náboj lze popsat pomocí následujícího výrazu. V opačném případě by se v prvním bodě (hovoříme o bodu a) průběžně kumuloval náboj, což by v konečném důsledku vedlo k krajně nežádoucím důsledkům, totiž ke změně potenciálu samotného bodu. Navíc by tento proces byl nevyhnutelný, protože obvodem protéká stejnosměrný proud a náboje jsou stacionární. Potenciál každého bodu se proto nemohl v průběhu času nezávisle měnit. Potom výraz, který určuje velikost proudu, lze popsat pomocí následující rovnosti. Což je ve skutečnosti to, co bylo potřeba dokázat.
3. Hodnota, která je považována za převrácený odpor úseku paralelního zapojení, bude jistě rovna součtu zobecněných hodnot, neboli tzv. převrácených odporů větví. Předpokládejme, že R je odpor v úseku mezi body a a b. Poté označíme napětí na uvedeném úseku jako U a proud procházející těmito body jako I a jeho hodnotu popíšeme ve formě následujícího vzorce.
4. Poté, co zmenšíme dříve danou rovnost o U, dostaneme konečně výsledný výraz: Po provedených akcích bude otázka vypadat zcela přirozeně: „Jak bude možné v případě sériového zapojení dát teoretické zdůvodnění tohoto pravidla?“ Ve skutečnosti je nejlepší to udělat pomocí konkrétního příkladu (bez použití Ohmova zákona).
   Předpokládejme, že vodiče vyrobené ze stejné látky byly zapojeny paralelně a že měly také přesně stejnou délku. Jediné, co se mezi nimi liší, je průřez, který je v tomto příkladu nejjednodušší popsat.

V tomto případě je zadaný spoj nejsnáze považován za vodič podobné délky.
Výše uvedené důkazy a teoretická zdůvodnění vlastností paralelních spojů lze bez podstatných nebo znatelných změn přenést na jakýkoli jiný podobný případ (s libovolným počtem vodičů).

S použitím výše uvedeného vztahu (1) lze tedy vypočítat konečnou hodnotu R.
Jediná nuance, která vyžaduje zvláštní pozornost, je, že bohužel v procesu zvažování obecného případu s velkým počtem paralelně připojených vodičů nebude možné získat kompaktní analog vzorce (2).

Proto se budeme muset spokojit s následujícím vztahem: Přesto lze ze vzorce (3) vyvodit užitečné závěry. Odporová dráha všech rezistorů se tedy v zásadě, stejně jako jejich celková hodnota, bude rovnat jmenovité hodnotě.

Při pohledu na tyto vzorce není těžké určit, že odpor úseků sestávajících z tzv. paralelně zapojených (absolutně identických) vodičů bude nakonec krát menší než skutečný odpor jednoho vodiče.

Datum: středa 08. srpna 2018