Ηλεκτρικό κύκλωμα – Ορισμός, σύμβολα και τύποι.

Τα ηλεκτρικά κυκλώματα ή διαδρομές κλειστού βρόχου δημιουργούν έναν ιστό από ηλεκτρικά μέρη μέσω του οποίου μπορούν να κινηθούν τα ηλεκτρόνια. Αυτός ο διάδρομος είναι κατασκευασμένος με ηλεκτρικές γραμμές και τροφοδοτείται από μπαταρία ή άλλη πηγή. Το σημείο όπου τα ηλεκτρόνια εισέρχονται στο ηλεκτρικό κύκλωμα είναι γνωστό ως πηγή και το σημείο από το οποίο αναχωρούν είναι γνωστό ως επιστροφή.

Σύμβολα ηλεκτρικού κυκλώματος

Ένα σύμβολο υπάρχει σε κάθε εξάρτημα και έξοδο κάθε ηλεκτρικού κυκλώματος. Σε ένα διάγραμμα κυκλώματος, οι χαρακτήρες αντιπροσωπεύουν διάφορα στοιχεία κυκλώματος. Το τυπικό σύνολο συμβόλων που περιλαμβάνονται σε ένα διάγραμμα κυκλώματος φαίνεται παρακάτω.

Απλό κύκλωμα

Το φορτίο, ο διακόπτης, τα καλώδια και το τροφοδοτικό δημιουργούν βραχυκύκλωμα.

• Είναι η πηγή ενέργειας, το κελί.
• Η αντίσταση αναφέρεται συχνά ως φορτίο. Όταν το κύκλωμα είναι ενεργοποιημένο, ανάβει μια λάμπα στο εσωτερικό του.
• Οι αγωγοί αποτελούνται από γυμνά χάλκινα σύρματα. Το φορτίο συνδέεται με την πηγή τροφοδοσίας του καλωδίου στο ένα άκρο και η πηγή τροφοδοσίας συνδέεται ξανά στο πακέτο στο άλλο άκρο.
• Διακόπτης:Το κύκλωμα έχει ένα μικρό κενό εκεί. Οι διακόπτες διατίθενται σε διάφορες ποικιλίες. Για να ανοίξετε ή να κλείσετε ένα μάθημα, χρησιμοποιήστε ένα στοιχείο ελέγχου.

Πώς μετράμε τα ηλεκτρικά κυκλώματα;

Τα βασικά κυκλώματα με λίγα εξαρτήματα είναι συχνά εύκολα κατανοητά από τους αρχάριους. Ωστόσο, όταν άλλα στοιχεία συμμετέχουν στο κόμμα, τα πράγματα γίνονται πιο δύσκολα.

Πού θα πάει το ρεύμα; Αυτές είναι οι κρίσιμες έρευνες που πρέπει να γίνουν σε αυτήν την κατάσταση. Τι θα συμβεί αν η τάση; Είναι δυνατή η απλοποίηση για καλύτερη κατανόηση;

Χρησιμοποιώντας κυκλώματα με τα πιο θεμελιώδη εξαρτήματα, μπαταρίες και αντιστάσεις, το πρώτο θέμα που θα συζητηθεί είναι η διάκριση μεταξύ παράλληλων κυκλωμάτων και κυκλωμάτων σειράς. Η διαφορά μεταξύ των δύο ρυθμίσεων θα γινόταν αναμφίβολα εμφανής σε αυτήν την κατάσταση.

Μετά από αυτό, είναι απαραίτητο να διερευνηθεί τι συμβαίνει όταν διαφορετικοί τύποι εξαρτημάτων, όπως επαγωγείς και πυκνωτές, συνδυάζονται σε σειριακά και παράλληλα κυκλώματα. Ένα κύκλωμα σειράς είναι αυτό στο οποίο οι αντιστάσεις είναι διατεταγμένες σε μια αλυσίδα, απαιτώντας το ρεύμα να ακολουθεί μόνο ένα κανάλι. Επιπλέον, κάθε αντίσταση έχει το ίδιο ρεύμα. Επιπλέον, αθροίζοντας τις τιμές αντίστασης κάθε αντίστασης, μπορεί κανείς να πάρει τη συνολική αντίσταση του κυκλώματος.

Ένα παράλληλο κύκλωμα είναι αυτό στο οποίο οι αντιστάσεις είναι διατεταγμένες με τις ουρές τους συνδεδεμένες μεταξύ τους και τις κεφαλές τους συνδεδεμένες. Επιπλέον, αθροίζοντας τα αντίστροφα των τιμών αντίστασης, μπορεί κανείς να πάρει τη συνολική αντίσταση μιας ομάδας παράλληλων αντιστάσεων. Το ποσό πρέπει στη συνέχεια να πολλαπλασιαστεί από μόνο του για να ληφθεί το αντίστροφο.

Τύπος ηλεκτρικού κυκλώματος

Η απαίτηση ορίζεται ως Req =R1 + R2 + R3 +.

Επιπλέον, ο τύπος του παράλληλου κυκλώματος είναι 1/Req =1/R1 + 1/R2 + 1/R3 +….

Πού,

Το Req είναι ίσο με τη συνδυασμένη αντίσταση των αντιστάσεων που συνδέονται σε σειρά.

Οι R1, R2,… είναι αντιστάσεις συνδεδεμένες σε σειρά.

Παραγωγή του τύπου ηλεκτρικού κυκλώματος

Σχετικά με τις αντιστάσεις σειράς:

Το ρεύμα I σε όλο το κύκλωμα καθορίζεται από το νόμο του Ohm όταν ένας μόνος αντιστάτης συνδέεται σε μια πορεία με μια πηγή τάσης V:

Νόμος του Ohm:I =V / R

Ας εξετάσουμε τώρα τι συμβαίνει όταν συνδέουμε τη δεύτερη αντίσταση σε σειρά. Επιπλέον, η σειρά υποδηλώνει ότι οι αντιστάσεις λειτουργούν διαδοχικά, σαν σύνδεσμοι αλυσίδας. Επιπλέον, μπορούμε να τις αναφέρουμε ως αντιστάσεις R1 και R2.

Λόγω της σύνδεσης των αντιστάσεων, η πηγή τάσης V προκαλεί το ίδιο ρεύμα I να διαρρέει καθεμία από αυτές.

Σύμφωνα με το νόμο του Ohm, ένα κύκλωμα με αντίσταση R και τάση V θα ήταν ως εξής:

I =V / R

Κατά συνέπεια, επιτρέποντας την αναδιάταξη της εξίσωσης πολλαπλασιάζοντας και τις δύο πλευρές με R

V =IR

επομένως, για την αντίσταση R1,

V1 =IR1

μαζί με την αντίσταση R2

V2 =IR2

V – V1 – V2 =0

διευθέτηση νέων διευθετήσεων

V =V1 + V2

Επιπλέον, αντικαθιστώντας τα V1 και V2

που είχαν υπολογιστεί προηγουμένως

Το V ισούται με I(R1 + R2) ή I(IR1 + IR2).

με I, διαιρώντας και τις δύο πλευρές

V / I =R1 + R2

Ωστόσο, τώρα καταλαβαίνουμε ότι V / I =συνολική αντίσταση κυκλώματος χάρη στο νόμο του Ohm. Επιπλέον, ας το ονομάσουμε Σύνολο.

Επομένως,

Σύνολο R =R1 συν R2

Επιπλέον, Σύνολο =R1 + R2 +…… Rn

Για να λάβετε τη συνολική αντίσταση των αντιστάσεων που συνδέονται σε σειρά, πρέπει να συνοψίσετε όλες τις τιμές.

Όταν χρησιμοποιείτε παράλληλες αντιστάσεις:

Οι αντιστάσεις του κυκλώματος περιέχουν όλες ολόκληρη την τάση. Ο νόμος του Ohm δηλώνει ότι τα ρεύματα που διαρρέουν κάθε αντίσταση είναι I1 =V/R2, I2 =V/R2 και I3 =V/R3. Επίσης, η διατήρηση της φόρτισης υποδηλώνει ότι το συνολικό βύθισμα είναι το άθροισμα αυτών των μεμονωμένων ρευμάτων.

I=I1 + I2 + I3.

Τα αποτελέσματα της αντικατάστασης των τύπων για μεμονωμένα ρεύματα είναι τα εξής:

ισούμαι με V/R1, R2 και R3.

Ή

I =V (1/R1 + 1/R2 + 1/R3)

Αυτό υποδηλώνει ότι η συνολική αντίσταση ενός παράλληλου κυκλώματος ισούται με το άθροισμα των αντιστροφών των στοιχείων του. Συνεπώς, για κάθε πορεία που περιέχει n αντιστάσεις συνδεδεμένες παράλληλα,

Rn =1 / R1 / R2 / R3… + 1 / Rn.

Σειρά – Παράλληλα κυκλώματα

Ωστόσο, δεν θα είμαστε σε θέση να εφαρμόσουμε ένα ενιαίο σύνολο κανόνων σε κάθε τμήμα αυτού του κυκλώματος, εάν τα στοιχεία του κυκλώματος συνδέονται σε σειρά σε Σειρά – Παράλληλα κυκλώματα σε άλλα. Αντίθετα, για να καταλάβουμε τι συμβαίνει, πρέπει πρώτα να ανακαλύψουμε τι είναι σε σειρά μεταξύ τους και ποια είναι παράλληλα. Εξετάστε το μάθημα που φαίνεται παρακάτω:

Σειρά A – Διάγραμμα παράλληλων κυκλωμάτων

Μπορούμε να εξετάσουμε το κύκλωμα σε φάσεις, αντιμετωπίζοντας κάθε στοιχείο ένα κάθε φορά και χρησιμοποιώντας τους κατάλληλους κανόνες για να εξακριβώσουμε τις συσχετίσεις μεταξύ τάσης, ρεύματος και αντίστασης, εάν μπορούμε να καθορίσουμε ποια στοιχεία κυκλώματος είναι σε σειρά και ποια είναι παράλληλα.

Κιβώτιο ηλεκτρικού πίνακα

Ένα κουτί ηλεκτρικού πίνακα, γνωστό και ως πίνακας διακοπτών, είναι ένα μεταλλικό κουτί με μια πόρτα που συχνά ενσωματώνεται σε έναν τοίχο σε μια συγκεκριμένη περιοχή του σπιτιού σας, στον οποίο είναι τοποθετημένοι όλοι οι διακόπτες του σπιτιού σας.

Ποιος μπορεί να ανάψει και να σβήσει ο διακόπτης; Είναι σχεδιασμένα να κλείνουν αυτόματα όταν τα διαρρέει πολύ ηλεκτρικό ρεύμα.

Ένας κύριος διακόπτης κυκλώματος στο κουτί του ηλεκτρικού πίνακα ρυθμίζει την ηλεκτρική ενέργεια στο σπίτι. Επιπλέον, θα δείτε διάφορους διακόπτες, ο καθένας υπεύθυνος για την παροχή ενέργειας σε διαφορετική περιοχή του σπιτιού σας. Το τμήμα του σπιτιού που ρυθμίζει κάθε διακόπτης διακόπτη θα πρέπει να σημειώνεται στην ετικέτα της συσκευής για συνεχή έλεγχο.

Συχνές ερωτήσεις 

1. Τι σημαίνει "ηλεκτρικό κύκλωμα";

Ένα ηλεκτρικό κύκλωμα είναι ένας κλειστός βρόχος που επιτρέπει τη ροή ρεύματος. Ένα κανάλι που καθιστά δυνατή τη μετάδοση ηλεκτρικού ρεύματος αναφέρεται μερικές φορές ως ηλεκτρικό κύκλωμα.

2. Δύο αντιστάσεις 100k συνδέονται σε σειρά με πέντε αντιστάσεις 10k. Ποια είναι η συνολική αντίσταση;

Τα megaohms (συντομογραφία "M") και τα kiloohms (συντομογραφία "k") χρησιμοποιούνται συχνά για τον καθορισμό των τιμών των αντιστάσεων.

Ένα κιλό ωμ (1k) ισούται με 1000 ohms ή 1 x 103.

Ένα megaohm, μερικές φορές γνωστό ως 1M, ισούται με 1.000.000 ohms ή 1 x 106.

Θα ήταν προτιμότερο εάν εκφράζαμε τις τιμές σε επιστημονική σημείωση για να απλοποιήσουμε περαιτέρω τα απαιτούμενα μαθηματικά.

Σε ένα κύκλωμα σειράς, το άθροισμα όλων των αντιστάσεων ισούται με τη συνολική αντίσταση.

=5 x (10k) + 2 x (100k)

=5 x (10 x 103) + 2 x (100 x 103)

=50 x 103 + 200 x 103

=250 x 103 ισούται με 250 k

3. Τι είναι το "βραχυκύκλωμα";

Ένα «βραχυκύκλωμα» είναι μια λανθασμένη σύνδεση με πενιχρή αντίσταση, όπως ένα καλώδιο με σχεδόν μηδενική αντίσταση, που προσφέρει ένα αβίαστο κανάλι για την ηλεκτρική ενέργεια. Θεωρήστε το μια συντόμευση στο ηλεκτρικό σύστημα. Αντί για προγραμματισμένη σύνδεση, χρησιμοποιείται συνήθως για να υποδείξει ένα ελάττωμα ή μια τυχαία σύνδεση.

Για παράδειγμα, λέμε ότι μια μπαταρία έχει υποστεί βραχυκύκλωμα εάν τα καλώδια από δύο μπαταρίες έρθουν σε επαφή και σχηματίσουν μια σύνδεση με πενιχρή αντίσταση. Αντί να περάσει το σωστό κύκλωμα, το ρεύμα θα ταξιδέψει μέσω αυτού του βραχυκυκλώματος. Ως αποτέλεσμα ενός σημαντικού ρεύματος που διατρέχει τα καλώδια και τις μπαταρίες, αυτό εμποδίζει τη λειτουργία του κυκλώματος και μπορεί να προκαλέσει πυρκαγιά.

4. Γιατί το κύκλωμά μου μετράει τρία ή τέσσερα μετά από ένα μόνο πάτημα του διακόπτη;

Αυτό είναι πιθανό να συμβεί εάν ένας διακόπτης συνδέεται απευθείας με την είσοδο ρολογιού ενός μετρητή. Όταν ένα κουμπί είναι κλειστό, οι επαφές του συχνά ανοίγουν και κλείνουν, δημιουργώντας μια έξοδο παρόμοια με αυτή που φαίνεται στο διάγραμμα. Ο μετρητής ερμηνεύει αυτό ως πολλούς παλμούς ρολογιού και όχι ως αναμενόμενο μονό παλμό. Μια μέθοδος είναι να ενεργοποιήσετε τον διακόπτη ένα μονοσταθερό κύκλωμα με μια γρήγορη σταθερά χρόνου (όπως 0,1 δευτ.) και να το χρησιμοποιήσετε για να ενεργοποιήσετε την είσοδο του ρολογιού.

5. Ποια είναι παραδείγματα απλών κυκλωμάτων;

Μια μπαταρία (ή μια άλλη πηγή ενέργειας), ένας λαμπτήρας (ή μια άλλη συσκευή που καταναλώνει ενέργεια) και αγώγιμα καλώδια που συνδέουν τους δύο ακροδέκτες της μπαταρίας με τα δύο άκρα του λαμπτήρα συνθέτουν ένα απλό κύκλωμα.

6. Τι είναι ένα κύκλωμα ισχύος;

Το πόσο γρήγορα ένα στοιχείο κυκλώματος ηλεκτρικής ισχύος μετασχηματίζει ενέργεια καθορίζεται από την ισχύ του. Ορισμένα εξαρτήματα σε ένα κύκλωμα δίνουν ισχύ (δηλαδή αλλάζουν ενέργεια σε ηλεκτρική μορφή).

Αντίθετα, άλλα μέρη απορροφούν ισχύ (δηλαδή μετατρέπουν την ενέργεια από την ηλεκτρική ενέργεια σε κάποια άλλη μορφή), η οποία ονομάζεται κύκλωμα ισχύος.