Struja i napon s paralelnim, serijskim i mješovitim ožičenjem

Pravi električni krugovi najčešće ne uključuju jednu žicu, već nekoliko žica povezanih na neki način jedna s drugom. U svom najjednostavnijem obliku strujni krug postoji samo "input" i "output", odnosno dva izlaza za spajanje na druge žice kroz koje naboj (struja) ima mogućnost teći u krug i izlaziti iz kruga. Pri stabilnoj struji u krugu, vrijednosti ulazne i izlazne struje bit će iste.

Ako pogledate električni krug koji uključuje nekoliko različitih žica i razmotrite par točaka (ulaz i izlaz) na njemu, tada se u načelu ostatak kruga može smatrati jednim otpornikom (u smislu njegovog ekvivalentnog otpora ).

Ovim pristupom kažu da ako je struja I struja u krugu, a napon U napon na stezaljkama, odnosno razlika električnih potencijala između "ulazne" i "izlazne" točke, tada je omjer U / I se može smatrati vrijednošću ekvivalentnog otpora R kruga u cijelosti.

Ako Ohmov zakon je zadovoljen, ekvivalentni otpor se može izračunati prilično jednostavno.

Struja i napon sa serijskim spajanjem žica

U najjednostavnijem slučaju, kada su dva ili više vodiča spojena u serijski krug, struja u svakom vodiču bit će ista, a napon između "izlaza" i "ulaza", odnosno na stezaljkama cijeli krug, bit će jednak zbroju napona u otpornicima koji čine krug. A budući da Ohmov zakon vrijedi za svaki od otpornika, možemo napisati:

Dakle, sljedeći uzorci karakteristični su za serijsku vezu žica:

• Da bismo pronašli ukupni otpor kruga, zbrajaju se otpori žica koje čine krug;

• Struja kroz krug jednaka je struji kroz svaku od žica koje čine krug;

• Napon na stezaljkama kruga jednak je zbroju napona u svakoj od žica koje čine krug.

Struja i napon s paralelnim spojem žica

Kada je nekoliko žica međusobno paralelno spojeno, napon na stezaljkama takvog kruga je napon svake od žica koje čine krug.

Naponi svih žica su međusobno jednaki i jednaki primijenjenom naponu (U). Struja kroz cijeli strujni krug — na "ulazu" i "izlazu" — jednaka je zbroju struja u svakoj od grana strujnog kruga, kombiniranih paralelno i čine ovaj krug. Znajući da je I = U / R, dobivamo da je:

Dakle, sljedeći uzorci karakteristični su za paralelno spajanje žica:

• Da biste pronašli ukupni otpor kruga, zbrojite recipročne vrijednosti otpora žica koje čine krug;

• Struja kroz strujni krug jednaka je zbroju struja kroz svaku od žica koje tvore krug;

• Napon na stezaljkama kruga jednak je naponu na svakoj od žica koje čine krug.

Nadomjesni sklopovi jednostavnih i složenih (kombiniranih) sklopova

U većini slučajeva, električni dijagrami koji predstavljaju kombiniranu vezu žica podložni su pojednostavljenju korak po korak.

Skupine serijski spojenih i paralelnih dijelova strujnog kruga zamjenjuju se ekvivalentnim otporima prema gornjem principu, korak po korak računajući ekvivalentne otpore dijelova, a zatim ih dovodeći na jednu ekvivalentnu vrijednost otpora cijelog kruga.

I ako se isprva sklop čini prilično zbunjujućim, onda se, pojednostavljen korak po korak, može rastaviti na manje sklopove serijski i paralelno spojenih žica, i tako je na kraju uvelike pojednostavljen.

U međuvremenu, ne mogu se sve sheme pojednostaviti na tako jednostavan način. Naizgled jednostavan "mosni" krug žica ne može se istražiti na ovaj način. Ovdje bi trebalo vrijediti nekoliko pravila:

• Za svaki otpornik ispunjen je Ohmov zakon;

• Na svakom čvoru, odnosno na mjestu konvergencije dviju ili više struja, algebarski zbroj struja jednak je nuli: zbroj struja koje ulaze u čvor jednak je zbroju struja koje izlaze iz čvora (Kirchhoffovo prvo pravilo);

• Zbroj napona na dijelovima strujnog kruga pri zaobilaženju svakog puta od «ulaza» do «izlaza» jednak je naponu primijenjenom na krug (Kirchhoffov drugi zakon).

Žice za mostove

Da bismo razmotrili primjer korištenja gornjih pravila, izračunavamo krug sastavljen od žica spojenih u premosni krug. Kako izračuni ne bi bili previše komplicirani, pretpostavit ćemo da su neki od otpora žice međusobno jednaki.

Označimo smjerove struja I, I1, I2, I3 na putu od "ulaza" do kruga - do "izlaza" kruga. Vidi se da je strujni krug simetričan pa su i struje kroz iste otpornike iste pa ćemo ih označavati istim simbolima. Zapravo, ako promijenite «ulaz» i «izlaz» kruga, tada se krug neće moći razlikovati od originala.

Za svaki čvor možete napisati jednadžbe struja, na temelju činjenice da je zbroj struja koje teku u čvor jednak zbroju struja koje izlaze iz čvora (zakon održanja električnog naboja), dobivate dva jednadžbe:

Sljedeći korak je zapisati jednadžbe za zbrojeve napona za pojedinačne dijelove strujnog kruga dok na različite načine obilazite krug od ulaza do izlaza. Budući da je krug u ovom primjeru simetričan, dovoljne su dvije jednadžbe:

U procesu rješavanja sustava linearnih jednadžbi, dobiva se formula za pronalaženje veličine struje I između "ulaznih" i "izlaznih" priključaka, na temelju navedenog napona U primijenjenog na krug i otpora žica :

A za ukupni ekvivalentni otpor kruga, na temelju činjenice da je R = U / I, slijedi formula:

Možete čak provjeriti ispravnost rješenja, na primjer, dovođenjem do graničnih i posebnih slučajeva vrijednosti otpora:

Sada znate kako pronaći struju i napon za paralelne, serijske, mješovite, pa čak i spojne žice primjenom Ohmovog zakona i Kirchhoffovih pravila. Ovi principi su vrlo jednostavni, pa se čak i najsloženiji električni krug uz njihovu pomoć u konačnici svodi na elementarni oblik kroz nekoliko jednostavnih matematičkih operacija.