Was ist der Unterschied zwischen Reihen- und Parallelschaltungen?

Die Schaltungstopologie ist eine faszinierende und überraschend zugängliche Familie von Konzepten. Heute werden wir den Unterschied zwischen Reihen- und Parallelschaltungen untersuchen.

Was ist eine Reihenschaltung? Was ist außerdem eine Parallelschaltung? Auch wenn Sie absolut keine Ahnung haben, können wir Ihnen schon jetzt sagen, dass Sie wahrscheinlich jeden Tag Ihres Lebens beide Arten von Schaltungen verwenden.

Den Unterschied zwischen einer Reihenschaltung und einer Parallelschaltung verstehen: Definition und Schlüsselkonzepte

In den einfachsten Worten: eine Reihenschaltung bietet den Strom von Strom ein idealer Weg durch das Labyrinth. Parallelschaltungen, andererseits sind so konfiguriert, dass es zwei oder mehr Pfade durch den Stromkreis, damit der Strom folgen kann. Diese Arten von Schaltungen werden als "parallel" angesehen, da der Verzweigungspfad des Stroms neben sich selbst verläuft, wenn er beide Schleifen gleichzeitig durchläuft.

Das Verhalten eines Stroms in einer Parallelschaltung beim Durchlaufen eines Stromkreises wird maßgeblich dadurch bestimmt, dass an elektrischer Strom sucht die Bereiche mit der niedrigsten Spannung in einem gegebenen System und besetzt diese Bereiche auf jede erdenkliche Weise.

Es ist nicht ganz so einfach, aber Sie werden froh sein zu wissen, dass es hier wirklich nur um wenige andere Regeln geht. Was genau bestimmt den Weg des geringsten Widerstands des Stroms?

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Serie vs. Parallelschaltungen: Was passiert hier in Toledo?

Um dieses Phänomen zu visualisieren, werden wir einige wichtige Vokabeln nennen, die man sich merken sollte:

• Strom: Elektrische Energie, die einer Quelle entnommen und durch eine Leitung gebunden wird.
• Quelle: Woher kommt der Strom? Eine Batterie? Ein Blitzschlag?
• Leitung: Alles, was leitfähig genug ist, um Strom aus seiner Quelle zu ziehen. Der Kupferdraht im Ladekabel Ihres Smartphones ist ein Beispiel für eine elektrische Leitung, die den Strom von Ihrem Computer oder von einem Blockladegerät zum Akku führt, der aufgeladen werden muss.
• Geschlossener Stromkreis: Ein geschlossenes elektrisches Netzwerk, in dem der Strom einen direkten Weg zurück zur Quelle hat und eine vollständige, kontinuierliche und ununterbrochene Schleife bildet.
• Stromspannung: Ein Maß für die potentielle Energie pro Einheit, wenn zwei beliebige Punkte im Stromkreis miteinander verglichen werden. Dies ist der Mechanismus, durch den Strom seinen Weg durch einen Stromkreis findet; Überspannung in einem Teil des Systems fließt zu Punkten niedrigerer Spannung und sucht ständig nach Gleichgewicht.
• Widerstand: Jeder Faktor, der die Spannungskompensation und den Fluss verhindert. Silikon ist ein Beispiel für ein hochbeständiges, isolierendes Material, das üblicherweise in der Elektronik verwendet wird. Widerstandsfähiges Material wird verwendet, um den Stromfluss durch den Kreislauf zu lenken und zu verhindern, dass er aus seiner Leitung entweicht.

Wenn wir uns einen elektrischen Strom vorstellen, haben wir es mit der Übertragung von Elektronen von Atom zu Atom entlang der Leitung zu tun. Ein Objekt wird positiv oder negativ geladen, wenn mehr Elektronen als Protonen herumhängen, die das Atom nicht von selbst verlassen.

Elektronen sind die Währung des Stroms. Dieser Elektronentransfer ist integraler Bestandteil der Art und Weise, wie ein Strom durch jedes Atom der Leitung transportiert wird.

Wie passieren Elektronen sowohl Reihen- als auch Parallelschaltungen?

Stellen Sie sich all diese Elektronen vor, die auf den Schienen der Leitung fahren, als wären sie winzige Autos, die auf einer Miniaturautobahn fahren.

In einem geschlossenen, vollständigen Kreislauf folgt der Strom seiner Leitung dorthin, wo er schließlich "sinkt" - das heißt, der Punkt der niedrigsten Spannung, der dem Strom zur Verfügung steht, der Ort, an dem er sich physisch am meisten gezwungen fühlt gehen. Die Elektrizität durchläuft das geschlossene System sauber und kontinuierlich, wobei sich ihre gesamte erhaltene Spannung auf natürliche Weise im gesamten System verteilt und einen bestimmten Quantenzustand einnimmt.

In einer Parallelschaltung gibt es, anstatt immer wieder diesen einen, einzigen, geschlungenen Weg zu durchfahren, "Auffahrrampen" und "Off-Ramps", Zugangspunkte, die dem Strom eine alternative landschaftlich reizvolle Route durch zwei oder mehr parallele Zweige bieten. Der einfache Schleifenzustand verteilt sich nun ganz anders über die Schaltung.

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Spannung parallel: Kirchhoffs Schaltungsgesetze

Wir haben parallele Schaltkreise gesehen, die bis zu einem gewissen Grad als verzweigte Blutgefäße beschrieben wurden. Das gesamte Netzwerk unterstützt den Blutfluss durch jede Vene und Kapillare und erreicht jede Ecke des Körpers, mit der das System verbunden ist.

Der deutsche Physiker Gustav Kirchhoff war einer der ersten, der die Schaltungsanalyse mathematisch formalisierte. Er konnte das Verhalten von Elektrizität in einem Stromkreis anhand zweier physikalischer Gesetze vereinfachen, die Hand in Hand gehen.

Ein Strom, der durch einen Stromkreis fließt, gehorcht physikalisch diesen Gesetzen, egal was passiert:

1. Die Energie, die in einen Knoten oder den Schnittpunkt eines Verzweigungskreises einfließt, ist weitgehend gleich der Energie, die aus ihm herausfließt, wodurch die Netto-Gesamtladung des Systems erhalten bleibt.
2. Die Gesamtsumme der Nettopotentialdifferenzen im gesamten System muss gleich Null sein. Zu dieser Summe tragen Versorgungskomponenten wie Batteriezellen bei, die in energieverbrauchende Komponenten wie Widerstände oder Geräte wie Glühbirnen einspeisen.

Beides verdeutlichen, was genau das Verhalten des Stroms durch eine bestimmte Schaltung bestimmt. Dieser zweite Punkt ist jedoch besonders interessant.

Im Wesentlichen besagt dieser zweite Hauptsatz, dass jedes Elektron, das den Stromkreis durchläuft, genau so viel Energie gewinnen muss, wie es dabei verliert. Wenn eine der Anforderungen nicht erfüllt ist, ist der betrachtete Pfad kein gangbarer Pfad für den natürlichen Stromfluss.

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Beispiele für Reihen- und Parallelschaltungen

Das häufigste Beispiel für parallele Spannung vs. in Serie: Weihnachtsbeleuchtung. Insbesondere moderne Saiten vs. Vintage-Leuchten.

Ursprünglich wurden Weihnachtslichter in Reihe geschaltet, eine Einweg-Gänseblümchenkette von Glühbirnen; fällt eine Glühbirne aus, erlischt das Ganze, sowohl vor der durchgebrannten Glühbirne als auch danach. Der Stromkreis ist jetzt offen und wurde effektiv unterbrochen.

Es ist ein bedauerlicher Zustand, aber lassen Sie sich von diesem ersten Beispiel nicht die Schaltungen in Serie verderben. Es gibt immer noch viele Situationen, in denen Reihenschaltungen tatsächlich die geeignete Schaltungsart sind:

• Einfache Geräte, die nur ein Gerät steuern – zum Beispiel die kleinen LED-Leuchten in einigen Spielzeugen
• Eine Taschenlampe oder ein anderes einfaches Gerät, das durch das Umlegen eines Schalters betätigt wird
• Eine Sicherung, die ein großes Gerät wie eine Waschmaschine vor Überstrom schützt; sie sind in einer Reihenschaltung verschaltet, so dass beim Auslösen der Sicherung die Reihe folgerichtig unterbrochen wird

Im Gegensatz dazu sind Parallelschaltungen so ausgelegt, dass sie unter allen Bedingungen in Betrieb bleiben. Moderne Weihnachtsbeleuchtung nutzt eine Parallelschaltung, um beispielsweise die oben erwähnte unglückliche Urlaubskatastrophe zu verhindern. Selbst wenn nur noch eine Glühbirne übrig ist, kann sie noch leuchten.

Andere gängige Beispiele für Parallelschaltungen sind die folgenden:

• Autoscheinwerfer sind parallel verdrahtet, damit eine Seite auch bei Ausfall der anderen Seite funktionsfähig bleibt
• Kommerzielle Lautsprechersysteme verwenden aus dem gleichen Grund Parallelschaltungen
• Straßenlaternen sind auf Parallelspannung angewiesen, um den Großteil der Straße beleuchtet zu halten

Weder Parallelschaltungen noch Reihenschaltungen sollten als „besser“ oder „schlechter“ als die anderen angesehen werden – beide sind auf ihre Weise unter verschiedenen Umständen unglaublich nützlich. Wenn Sie wissen, was Sie mit der von Ihnen entworfenen Schaltung erreichen müssen, sollte die Seite des Zauns, auf die Sie gehören, völlig offensichtlich sein.

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Die Grundlagen zu Schaltungen: Parallel- und Reihenschaltungen und warum beides wichtig ist

Strom ist gefährlich. Zu verstehen, wie Schaltkreise funktionieren, ist eine Möglichkeit, sich selbst zu schützen, egal auf was Sie sich einlassen.

Die gute Nachricht: Wenn Sie diese und andere Konzepte auf diesem Gebiet verstehen, sind Sie gewappnet und bereit mit allem, was Sie wissen müssen, um zu verhindern, dass Ihr Projekt Ihren Körper lebendig wie ein Huhn brät Nugget. Nehmen Sie es von jemandem, der dort war.

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