Circuite electrice serie

(Un circuit serie cu o sursă de tensiune (de ex. o baterie sau, în acest caz, o celulă) și 3 rezistoare)

Componentele unui circuit electric sau ale unui circuit electronic pot fi conectate în mai multe moduri diferite. Cele mai simple dintre acestea sunt numite serie și paralele, și apar frecvent. Componentele conectate în serie sunt conectate pe o singură cale, astfel încât același curent curge prin toate componentele. Componentele conectate în paralel sunt conectate de-a lungul mai multor căi, astfel încât aceeași componentă este aplicată la aceeași tensiune.

Un circuit compus numai din componente conectate în serie este cunoscut ca un circuit serie; de asemenea, unul conectat complet în paralel este cunoscut ca un circuit paralel.

Într-un circuit serie, curentul prin fiecare dintre componente este același, iar tensiunea pe circuit este suma tensiunilor pe fiecare componentă. Într-un circuit paralel, tensiunea pe fiecare dintre componente este aceeași, iar curentul total este suma curenților prin fiecare componentă.

Luați în considerare un circuit foarte simplu format din patru becuri și o baterie de 6 V. Dacă un fir unește bateria cu un bec, cu becul următor, cu becul următor, cu becul următor, și apoi înapoi la baterie, într-o singură buclă continuă, se spune că becurile sunt în serie. Dacă fiecare bec este conectat la baterie într-o buclă separată, becurile se spune că sunt în paralel. Dacă cele patru becuri sunt conectate în serie, există același curent prin toate acestea, iar căderea de tensiune este de 1,5 V pe fiecare bec, ceea ce poate că nu este suficient pentru a le aprinde. Dacă becurile sunt conectate în paralel, curenții prin becuri se combină pentru a forma curentul din baterie, în timp ce căderea de tensiune esteaceeași peste fiecare bec și toate luminează.

Într-un circuit serie, fiecare dispozitiv trebuie să funcționeze pentru ca circuitul să fie complet. Un bec care se arde într-un circuit serie întrerupe circuitul. În circuitele paralele, fiecare bec are propriul său circuit, astfel încât toate lămpile sau unul singur ar putea fi arse, iar cele rămase vor funcționa în continuare.

Circuite serie

Circuitele serie sunt numite uneori cuplate în curent sau cuplate în lanț. Curentul într-un circuit serie trece prin fiecare componentă din circuit. Prin urmare, toate componentele dintr-o conexiune serie poartă același curent.

Caracteristica principală a circuitului serie este aceea că are o singură cale în care poate curge curentul său. Deschiderea sau întreruperea unui circuit serie în orice moment determină întreruperea sau oprirea funcționării întregului circuit. De exemplu, dacă chiar și unul dintre becurile într-un șir în stil vechi de lumini de pom de Crăciun se arde sau este scos din circuit, întregul șir devine inoperabil până când becul este înlocuit.

Curentul

I = I₁ = I₂ = I₃ = ∙∙∙ = I_n

Într-un circuit serie, curentul este același pentru toate elementele.

Rezistori

Rezistența totală a rezistențelor în serie este egală cu suma rezistențelor lor individuale:

R_total = R₁ + R₂ + ∙∙∙ + Rn

Conductanța electrică prezintă o rezistență reciprocă. Conductanța totală a circuitelor serie din rezistoare pure, prin urmare, poate fi calculată din următoarea expresie:

1/G_total = 1/G₁ + 1/G₂ + ∙∙∙ + 1/G_n.

Pentru un caz special de două rezistoare în serie, conductivitatea totală este egală cu:

G_total = G₁G₂/(G₁ + G₂).

Inductoare

Inductoarele respectă aceeași lege, prin faptul că inductanța totală a inductoarelor necuplate în serie este egală cu suma inductanțelor lor individuale:

L_total = L₁ + L₂ + ∙∙∙ + L_n

Cu toate acestea, în unele situații este dificil să se împiedice influențarea reciprocă a inductorilor adiacenți, deoarece câmpul magnetic al unui dispozitiv se cuplează cu înfășurările vecinilor săi. Această influență este definită de inductanța mutuală M. De exemplu, dacă două inductoare sunt în serie, există două inductanțe posibile echivalente, în funcție de modul în care câmpurile magnetice ale ambelor inductoare se influențează reciproc.

Atunci când există mai mult de două inductoare, inductanța mutuală între fiecare dintre ele și modul în care bobinele se influențează reciproc complică calculul. Pentru un număr mai mare de bobine, inductanța totală combinată este dată de suma tuturor inductanțelor mutuale dintre diferite bobine, incluzând inductanța mutuală a fiecărei bobine date cu ea însăși, pe care o numim auto-inductanță sau pur și simplu inductanță. Pentru trei bobine, există șase inductanțe mutuale M₁₂, M₁₃, M₂₃ și M₂₁, M₃₁ și M₃₂. Există, de asemenea, cele trei auto-inductanțe ale celor trei bobine: M₁₁, M₂₂ și M₃₃.

Prin urmare

(M₁₁+ M₂₂ + M₃₃) + (M₁₂+ M₁₃+ M₂₃) + (M₂₁+ M₃₁ + M₃₂)

Prin reciprocitate M_ij = M_ji, astfel încât ultimele două grupuri pot fi combinate. Primii trei termeni reprezintă suma auto-inductanțelor diferitelor bobine. Formula este extinsă cu ușurință la orice număr de bobine în serie cu cuplaj reciproc. Metoda poate fi utilizată pentru a găsi auto-inductanța bobinelor mari de sârmă de orice formă transversală prin calcularea sumei inductanței reciproce a fiecărei spire de sârmă în bobină cu fiecare altă spiră deoarece într-o astfel de bobină toate spirele sunt în serie.

Condensatoare

Condensatoarele (capacitoarele) respectă aceeași lege folosind reciprocile. Capacitanța totală a condensatoarelor în serie este egală cu reciprocile sumei reciprocilor capacităților individuale:

1/C_total = 1/C₁ + 1/C₂ + ∙∙∙ + 1/C_n.

Comutatoare

Două sau mai multe comutatoare în serie formează un SI logic; prin circuit circulă curent doar dacă toate comutatoarele sunt închise.

Celule și baterii

O baterie este o colecție de celule electrochimice. Dacă celulele sunt conectate în serie, tensiunea bateriei va fi suma tensiunii celulare. De exemplu, o baterie de 12 volți conține șase celule de 2 volți conectate în serie. Unele vehicule, cum ar fi camioanele, au două baterii de 12 volți în serie pentru a alimenta sistemul cu 24 volți.