A "4. Áramkörök (15. oldal)" posztban láttad, milyen alkotórészei és alaptulajdonságai vannak az áramköröknek, de nem mutattam be az összeállítását, az elemek összekapcsolását. Nem elemeztünk egy áramköri kapcsolást sem, Most ez következik.
Az áramköröket kétfajta kapcsolás kombinációjával tudják előállítani. Ezek a soros és a párhuzamos kapcsolások. Mindkettőnek van előnye és hátránya is, ahogy az minden mással is lenni szokott.
Egy áramkörbe egyszerre több fogyasztót is bekapcsolhatunk. Az ilyenkor kialakuló feszültség- és áramerősség-viszonyokat kizárólag az szabja meg, hogy az egyes fogyasztóknak mekkora az ellenállása, és hogy milyen módon lettek az áramkörbe bekötve. A továbbiakban a fogyasztókat nem különböztetjük meg egymástól, és egyszerű ellenállásoknak tekintjük őket. A belőlük kialakított áramköröket hálózatoknak nevezzük, amelynek eredő ellenállása az az ellenállás, amellyel egy hálózat úgy helyettesíthető, hogy ugyanakkora feszültség ugyanakkora áramerősséget eredményez ezen az egyetlen ellenálláson, mint az adott hálózat esetében. a feszültség általában adott, ez a 230 vagy a 380 V. Az áramerősség pedig a hőtermelés, a hálózatban levő töltésmennyiség, az elektromos munkavégzés miatt nagyon lényeges adat. E miatt a tervezéshez mindenképpen meg kell határozni az áramkör/hálózat eredó ellenállását is.
Soros kapcsolás
|
A második rajzon a két sorosan kapcsolt ellenállást |
Nevét onnan kapta, hogy az áramköri elemeket sorban egymás után adják az áramkörhöz. Amint rögtön látható, ha egy eszköz kiesik, elromlik, az olyan, mintha a kapcsolót kikapcsolták volna - megszűnik az áramkör. Soros kapcsolást alkalmazunk karácsonyfaizzók esetében, kapcsolónak az áramkörbe való elhelyezésekor, indító-ellenállással ellátott elektromotor esetében, és mint már tanultad, az áramerősségmérő műszert is sorosan kötjük az áramkörbe. |
Itt kell megemlíteni egy, a elektromosságban 'örökérvényű' alapelvet, a töltésmegmaradás elvét. Ez azt mondja a soros kapcsolás esetén, hogy minden fogyasztón/ellenálláson (R1, R2, R3, ...) ugyanolyan erősségű áram halad keresztül, hiszen időegység alatt azonos mennyiségű töltésnek kell áthaladni az áramkör minden pontján.
Az áramforrásból kiinduló eredeti áramfolyam erősségének meg kell egyeznie az áramkör minden pontján. Így
I1 = I2 ... = I3 = ....
Másrészről tudjuk, hogy az áramforrás feszültsége munkát végez, hogy a töltéseket az áramforrás egyik pólusától a másikig áthajtsa. Vagyis bizonyos mennyiségű munkát minden fogyasztónál végez (mert a töltéseket mindenütt át kell hajtani) és ezek összege adja ki az előbb említett teljes munkát. Tehát az áramforrás az R1, R2 és R3 ... ellenállásokon végez munkát.
W0 = Wö = W1 + W2 + W3 + ... ami a feszültség értelmezése miatt egyenértékű a
U0 = U1 + U2 ... + U3 + ... egyenlettel.
Két minden soros kapcsolásnál érvényes összefüggést tehát felírtam. Ezeket logikai úton le lehetett vezetni.
- A rész áramerősségek és a teljes áramerősség (I0) egyenlők.
- A rész feszültségek pedig összeadódnak, így az összegük egyenlő a teljes (U0⋅= eredő) feszültséggel.
Marad az ellenállásokra és az áramkör eredő ellenállására vonatkozó összefüggés, amit már számolni kell. Alkalmazom Ohm törvényét mindegyik ellenállásra (a feszültséget helyettesítem be, U=I*R)!
I0⋅R0 = I0⋅R1 + I0⋅R2 ... + I0⋅R3 + ...
Egyszerűsítés után
R0 = R1 + R2 ... + R3 + ...
Általánosságban elmondható, hogy sorba kapcsolt ellenállások eredő ellenállása (R0) az összes összetevő ellenállások összege. Ezt akartam kifejezni a ... és a 3 index használatával. Vagyis minden újabb ellenállás/fogyasztó sorba kapcsolásával nő az eredő ellenállás.
Párhuzamos kapcsolás
 |
Ez onnan kapta a nevét, hogy az áramköri elemeket csomópontokkal - 'párhuzamosan' kötik az áramkörbe. Ez van akkor, ha egy feszültségforrás két kivezetésére úgy kapcsolunk ellenállásokat, hogy minden ellenállás egyik csatlakozása a feszültségforrás egyik kivezetéséhez, másik csatlakozása a feszültségforrás másik kivezetéséhez kapcsolódik. Ha itt egy eszköz kiesik, elromlik, az a többi fogyasztó működésére nincs hatással, az áramkör nem szűnik meg. Párhuzamos kapcsolást alkalmazunk a lakások ls egyéb építmények (akár gyárak) helyiségeiben, a fenti okból. Amint már remélem tanultad, a feszültségmérő műszert a mérendő objektummal párhuzamosan (tehát csomóponttal) kell az áramkörbe kötni. |
Párhuzamos kapcsolás esetén mindkét ellenállásra ugyanakkora feszültség jut, mert mindkét ágon azonos munkavégzés kell a töltések áthajtásához. Ha az egyik ágon kisebb munkára lenne szükség, akkor az elektronok arra mennének és a másik ágra nem jutna töltéshordozó! E miatt ezek azonos nagyságúak az eredő ellenálláson eső feszültséggel.
U0 = U1 = U2 = ....= U3 = ...
A főág áramerőssége, ami azonos az eredő ellenálláson átfolyó áramerősséggel, egyenlő a mellékágak áramerősségeinek összegével, mert a töltésmegmaradás-törvény szerint a főágból érkező összes töltés a mellékágakba oszlik szét:
I0 = I1 + I2 ... + I3 + ...
Két újabb, minden párhuzamos kapcsolásnál érvényes összefüggést írtam fel. Ezeket megint logikai úton lehetett levezetni.
- A rész feszültségek és a teljes feszültség (U0) egyenlők.
- A rész áramerősségek összeadódnak, így az összegük egyenlő a teljes (I0⋅ = eredő) áramerősséggel.
Ezek után ismét Ohm törvényét alkalmazom a két (vagy több) ellenállásra (I=U/R):
Egyszerűsítés után:
Ez az eljárás tehát kettőnél több párhuzamosan kapcsolt ellenállás esetén is alkalmazható, ezért általánosságban elmondhatjuk, hogy párhuzamos kapcsolás esetén az eredő ellenállás (R0) reciprokát (1/R0) úgy határozhatjuk meg, hogy összeadjuk az összetevő ellenállások reciprok értékeit.
Következmény: Párhuzamosan kapcsolt ellenállások eredő ellenállása mindig kisebb, mint az összetevő ellenállások bármelyike.
HF: tankönyv 32. és 33. oldalán a példák füzetbe másolása, értelmezése és munkafüzet 25. oldal 1,2,3, 26. oldal 8, 11 feladatok
