טופולוגיה של מעגלים היא משפחת מושגים מרתקת ונגישה להפליא. היום, אנחנו הולכים לחקור את ההבדל בין מעגלים סדרתיים ומקבילים.
מהו מעגל סדרתי? יתר על כן, מהו מעגל מקביל? גם אם אין לך שמץ של מושג, אנחנו כבר יכולים להגיד לך שאתה כנראה משתמש בשני סוגי המעגלים בכל יום בחייך.
הבנת ההבדל בין מעגל סדרתי למעגל מקביל: הגדרה ומושגי מפתח
במונחים הכי פשוטים שאפשר: מעגל סדרתי מציע את זרם החשמל דרך אידיאלית אחת דרך המבוך. מעגלים מקבילים, לעומת זאת, מוגדרים כך שיש שני נתיבים או יותר דרך המעגל כדי שהזרם יבוא אחריו. סוגים אלה של מעגלים נחשבים "מקבילים" מכיוון שמסלול ההסתעפות של הזרם עובר לצד עצמו כשהוא עובר בשתי הלולאות במקביל.
התנהגותו של זרם במעגל מקביל בזמן שהוא עובר במעגל נקבעת במידה רבה על ידי העובדה ש- an זרם חשמלי יחפש את אזורי המתח הנמוכים ביותר במערכת נתונה, ויתפוס אזורים אלה בכל דרך שהוא יכול.
זה לא בדיוק כל כך פשוט, אבל אתה תשמח לדעת שבאמת יש כאן רק כמה כללים אחרים. מה בדיוק קובע את נתיב ההתנגדות המינימלית של הזרם?
קָשׁוּר: כיצד לבדוק מתח עם מולטימטר
סדרה נגד מעגלים מקבילים: מה קורה כאן בטולדו?
כדי לדמיין את התופעה הזו, אנו הולכים לקרוא כמה מילות אוצר מילים מפתח שכדאי לזכור:
- נוֹכְחִי: אנרגיה חשמלית, הנמשכת ממקור ומקושרת בצינור.
- מָקוֹר: מאיפה מגיע החשמל? סוללה? ברק של ברק?
- תְעָלָה: כל דבר מוליך מספיק כדי למשוך חשמל קדימה ממקורו. חוט הנחושת בתוך כבל הטעינה של הטלפון החכם שלך הוא דוגמה אחת לצינור חשמלי, המוביל את הזרם מהמחשב שלך או ממטען בלוק לסוללה הזקוקה לטעינה.
- מעגל סגור: רשת חשמלית סגורה, כזו שבה לזרם יש נתיב ישיר חזרה אל המקור, ויוצרת לולאה שלמה, רציפה ובלתי נשברת.
- מתח: מדד של האנרגיה הפוטנציאלית ליחידה כאשר כל שתי נקודות במעגל מושוות זו לזו. זהו המנגנון שבאמצעותו הזרם מוצא את דרכו במעגל; מתח עודף בחלק אחד של המערכת זורם לנקודות של מתח נמוך יותר, מחפש כל הזמן שיווי משקל.
- הִתנַגְדוּת: כל גורם המעכב פיצוי מתח וזרימה. סיליקון הוא דוגמה אחת לחומר מבודד עמיד ביותר בשימוש נפוץ באלקטרוניקה. חומר עמיד משמש כדי לכוון את זרימת החשמל בכל המעגל ולמנוע ממנו לברוח מהצינור שלו.
כשמדמיינים זרם חשמלי, אנו עוסקים בהעברת אלקטרונים מאטום לאטום לאורך הצינור. עצם הופך למטען חיובי או שלילי כאשר יש לו יותר אלקטרונים מסתובבים מאשר פרוטונים, שאינם עוזבים את האטום מרצונם.
אלקטרונים הם מטבע החשמל. העברה זו של אלקטרונים היא חלק בלתי נפרד מהדרך שבה זרם מועבר על ידי כל אטום של הצינור.
כיצד עוברים אלקטרונים במעגלים סדרתיים וגם במעגלים מקבילים?
תחשוב על כל האלקטרונים האלה שרוכבים על מסילות הצינור כאילו הם מכוניות זעירות שנוסעות על כביש-על מיניאטורי.
במעגל סגור ושלם, החשמל עוקב אחר הצינור שלו למקום שבו הוא בסופו של דבר "ישקע" - כלומר, נקודת המתח הנמוכה ביותר הזמינה לזרם, המקום שאליו הוא ירגיש הכי נאלץ פיזית ללכת. החשמל עובר דרך המערכת הסגורה בצורה מסודרת ורציפה, המתח השמור הכולל שלו מפיץ את עצמו בכל המערכת באופן טבעי, בהנחה של מצב קוונטי מסוים.
במעגל מקביל, במקום לנסוע שוב ושוב דרך הנתיב הבודד הזה בלולאה, יש "על רמפות" ו"רמפות", נקודות גישה המציעות לזרם מסלול נופי חלופי דרך שני סניפים מקבילים או יותר. מצב הלולאה הפשוט מפיץ את עצמו כעת בצורה שונה בהרבה בכל המעגל.
קָשׁוּר: רעיונות לפרויקטי עשה זאת בעצמך אלקטרוניקה לסטודנטים להנדסה
מתח במקביל: חוקי המעגל של קירכהוף
ראינו מעגלים מקבילים המתוארים כדומים לכלי דם מסועפים במידה מסוימת. הרשת כולה תומכת בזרימת דם דרך כל וריד ונימים, ומגיעה לכל פינה בגוף שהמערכת מחוברת אליה.
הפיזיקאי הגרמני גוסטב קירכהוף היה מהראשונים שייסדו את ניתוח המעגלים בצורה מתמטית. הוא הצליח לפשט את התנהגות החשמל במעגל באמצעות שני חוקים פיזיקליים שהולכים יד ביד.
זרם העובר דרך כל מעגל מציית לחוקים האלה פיזית, לא משנה מה:
- האנרגיה הזורמת לצומת או לצומת של מעגל מסועף שווה בהרבה לאנרגיה שזורמת ממנו, ומשמרת את המטען הכולל נטו של המערכת.
- הסכום הכולל של ההבדלים החשמליים הפוטנציאליים נטו לאורך המערכת כולה חייב להיות שווה לאפס. רכיבי אספקה, כגון תאי סוללה, תורמים לסכום זה, ומזינים לרכיבים שצורכים אנרגיה, כגון נגדים או מכשירים כמו נורות.
שני אלה מבהירים בדיוק מה בדיוק שולט בהתנהגות הזרם בכל מעגל נתון. אולם נקודה שנייה זו מעניינת במיוחד.
בעיקרו של דבר, החוק השני הזה קובע שכל אלקטרון שעובר במעגל חייב לצבור בדיוק באותה מידה אנרגיה שהוא מאבד בדרך. אם אחת הדרישות לא מתקיימת, הנתיב הנחשב אינו נתיב בר קיימא עבור הזרם לזרום דרכו באופן טבעי.
קָשׁוּר: פרויקטי אלקטרוניקה עשה זאת בעצמך בתקציב נמוך למתחילים
דוגמאות למעגלים סדרתיים ומקבילים
הדוגמה הנפוצה ביותר של מתח במקביל לעומת. בסדרה: אורות חג המולד. באופן ספציפי, מיתרים מודרניים לעומת. אורות וינטג'.
במקור, אורות חג המולד היו מחוברים בסדרות, שרשרת חד כיוונית של נורות; אם נורה אחת נכשלת, הכל נכבה, גם לפני הנורה שנשרפה וגם אחריה. המעגל פתוח כעת ונשבר למעשה.
זה מצב עניינים מצטער, אבל אל תתנו לדוגמא הראשונה הזו לקלקל לכם מעגלים בסדרות. יש עדיין נסיבות רבות שבהן מעגלים סדרתיים הם, למעשה, סוג המעגל המתאים לבחירה:
- מכשירים פשוטים השולטים רק במכשיר אחד - נורות הלד הקטנות בצעצועים מסוימים, למשל
- פנס, או כל מכשיר פשוט אחר המופעל על ידי הפעלת מתג
- נתיך המגן על מכשיר גדול כמו מכונת כביסה מפני זרם יתר; הם מקושרים במעגל סדרתי כך שהסדרה נשברת כתוצאה מכך כאשר הפתיל מופעל
לעומת זאת, מעגלים מקבילים מתוכננים להישאר בפעולה בכל תנאי. אורות חג המולד המודרניים משתמשים במעגל מקביל כדי למנוע את אסון החג המצער האמור לעיל, למשל. גם אם נשארה רק נורה אחת עומדת, היא עדיין תוכל לזרוח.
דוגמאות נפוצות אחרות של מעגלים מקבילים כוללות את הדברים הבאים:
- פנסי רכב מחווטים במקביל כך שצד אחד נשאר פונקציונלי גם אם הצד השני נכשל
- מערכות רמקולים מסחריות משתמשות במעגלים מקבילים מאותה סיבה
- פנסי רחוב מסתמכים על מתח במקביל על מנת להשאיר את רוב הרחוב מואר
אין לראות לא מעגלים מקבילים ולא מעגלים סדרתיים כ"טובים יותר" או "גרועים" מהאחר - שניהם שימושיים להפליא בדרכים שלהם בנסיבות שונות. אם אתה יודע מה אתה צריך להשיג עם המעגל שאתה מעצב, הצד של הגדר שאתה שייך אליו צריך להיות ברור לחלוטין.
קָשׁוּר: מהו מולטימטר והיכן ניתן להשתמש בו?
היסודות על מעגלים: מעגלים מקבילים וסדרתיים, ולמה שניהם חשובים
חשמל מסוכן. הבנה כיצד פועלים מעגלים היא אחת הדרכים לשמור על עצמך, לא משנה למה אתה נכנס במקרה.
החדשות הטובות: אם תצליחו להבין מושגים אלו ואחרים בתחום זה, תהיו חמושים ומוכנים עם כל מה שתצטרכו לדעת כדי למנוע מהפרויקט שלכם לטגן את גופכם בחיים כמו תרנגולת גוּשׁ זָהָב גָלמִי. קח את זה ממישהו שהיה שם.
מבולבלים ממתח AC ו-DC? המשך לקרוא כדי ללמוד את ההבדלים וכיצד ניתן להמיר AC ו-DC.
קרא הבא
- עשה זאת בעצמך
- מכשירי חשמל
סופר, אמן וחובב טכנולוגיה.
הירשם לניוזלטר שלנו
הצטרף לניוזלטר שלנו לקבלת טיפים טכניים, ביקורות, ספרים אלקטרוניים בחינם ומבצעים בלעדיים!
לחץ כאן כדי להירשם
