Acasă » Curent continuu » 05 - Circuite serie şi paralel
Curentul într-un circuit serie
Să începem cu un circuit electric format dintr-o baterie şi trei rezistori:
Primul principiu pe care trebuie să-l înţelegem legat de circuitele serie este păstrarea constantă a valorii curentului în întreg circuitul, şi prin urmare, prin fiecare component (prin fiecare component va trece aceeaşi cantitate de curent electric). Acest lucru se datorează existenţei unei singure căi pentru trecerea electronilor, iar dacă privim circuitul ca un tub cu mărgele, putem înţelege de ce rata de deplasare a mărgelelor trebuie să fie aceeaşi în orice punct al tubului (circuitului).
Legea lui Ohm într-un circuit simplu
După modul în care este aşezată bateria de 9 volţi în circuit, ne putem da seama că deplasarea electronilor se va realiza în sens invers acelor de ceasornic (atenţie, folosim sensul real de deplasare al electronilor în circuit), de la punctul 4 la 3, 2, 1 şi înapoi la 4. Totuşi, avem o singură sursa de tensiune şi trei rezistori. Cum putem aplica legea lui Ohm în acest caz?
Un principiu important de ţinut minte legat de legea lui Ohm, este relaţia dintre tensiune, curent şi a rezistenţă între aceleaşi două puncte din circuit. De exemplu, în cazul unei singure baterii şi a unui singur rezistor în circuit, putem calcula foarte uşor valorile curentului, pentru că acestea se referă la aceleaşi două puncte din circuit.
Din moment ce punctele 1 şi 2 sunt conectate împreună printr-un fir de o rezistenţă neglijabilă (la fel şi punctele 3 şi 4), putem spune că punctele 1 şi 2 sunt comune, precum şi că punctele 3 şi 4 sunt comune între ele. De asemenea, ştim faptul că avem o tensiune de 9 volţi între punctele 1 şi 4 (direct asupra bateriei), şi pentru că punctele 1 şi 2 cu punctele 3 şi 4 sunt comune, trebuie de asemenea să avem tot 9 volţi între punctele 2 şi 3 (direct asupra rezistorului).
Prin urmare, putem aplica legea lui Ohm (I=E/R) asupra curentului prin rezistor, pentru că ştim tensiunea (E) la bornele rezistorului precum şi rezistenţa acestuia. Toţi termenii (E, I, R) se aplică în cazul aceloraşi două puncte din circuit, asupra aceluiaşi rezistor, prin urmare putem folosi legea lui Ohm fără nicio problemă.
Circuite cu mai mult de un rezistor
Totuşi, în circuitele ce conţin mai mult de un singur rezistor, trebuie să fim atenţi cum aplicăm legea lui Ohm. În exemplul de sus, cu trei rezistori în circuit, ştim că avem 9 volţi între punctele 1 şi 4, valoarea reprezentând forţa electromotoare disponibilă pentru împingerea electronilor prin conexiunea serie realizată din rezistorii R1,R2 şi R3. Nu putem însă împărţi cei 9 volţi la 3kΩ, 10kΩ sau 5kΩ pentru a găsi valoarea curentului, pentru că nu cunoaştem de fapt valoarea tensiunii pe fiecare din rezistori în parte, ci cunoaştem valoarea tensiunii pe întreg ansamblul de rezistori.
Valoarea de 9 volţi reprezintă o cantitate totală a circuitului, pe când valorile de 3kΩ, 10kΩ şi 5kΩ, reprezintă cantităţi individuale. Dacă ar fi să folosim în cadrul legii lui Ohm o valoare totală (tensiunea în acest caz) concomitent cu o valoare individuală (rezistenţa în acest caz), rezultatul nu va fi acelaşi pe care îl vom regăsi într-un circuit real.
În cazul lui R1, legea lui Ohm se va folosi specificând tensiunea şi curentul la bornele rezistorului R1, şi valoarea rezistenţei lui, 3kΩ:
Dar din moment ce nu cunoaştem tensiunea la bornele lui R1 (doar tensiunea totală pe toţi cei trei rezistori conectaţi în serie), şi nu cunoaştem nici curentul prin R1 (curentul prin întreg circuitul de fapt, deci şi prin ceilalţi doi rezistori), nu putem realiza niciun calcul cu niciuna dintre formule. Acelaşi lucru este valabil şi pentru R2 şi R3.
Prin urmare, ce putem face? Dacă am cunoaşte valoarea totală a rezistenţei din circuit, atunci am putea calcula valoarea totală a curentului pentru cantitatea totală a tensiunii (I=E / R).
Rezistenţa totală într-un circuit serie
Cu această observaţie putem enunţa al doilea principiu al circuitelor serie: în oricare circuit serie, rezistenţa totală a circuitului este egală cu suma rezistenţelor individuale a fiecărui rezistor, prin urmare, cu cât avem mai multe rezistenţe în circuit, cu atât mai greu le va fi electronilor să se deplaseze prin circuit:
În exemplul nostru, avem trei rezistori în serie, de 3 kΩ, 10 kΩ, respectiv 5 kΩ, ceea ce rezultă într-o rezistenţă totală de 18Ω:
Ceea ce am făcut de fapt, a fost să calculăm rezistenţa echivalentă a rezistorilor de 3 kΩ, 10 kΩ şi 5 kΩ luaţi împreună. Cunoscând acest lucru, putem redesena circuitul cu un singur rezistor echivalent reprezentând combinaţia serie a celor trei rezistori R1, R2 şi R3.
Acum avem toate informaţiile necesare pentru calcularea curentului prin circuit, deoarece avem tensiunea între punctele 1 şi 4 (9 volţi), precum şi rezistenţa între punctele 1 şi 4 (18kΩ):
Cunoscând faptul că prin fiecare component curentul este acelaşi (circuit serie), şi cunoscând valoarea curentului total în cazul de faţă, putem reveni la circuitul iniţial pentru a nota valoarea curentului prin fiecare component în parte.
Tensiunea totală într-un circuit serie
Întrucât valoarea curentului prin fiecare rezistor este acum cunoscută, putem folosi legea lui Ohm pentru determinarea căderilor de tensiune pe fiecare component în parte:
Putem observa căderea de tensiune pe fiecare rezistor în parte şi faptul că suma acestor căderi de tensiune (1.5 V + 5 V + 2.5 V) este egală cu tensiunea la bornele bateriei, 9 V. Acesta reprezintă al treilea principiu al circuitelor serie: tensiune electromotoare (a bateriei) este egală cu suma căderilor de tensiune pe fiecare component în parte:
Circuitele serie sunt folosite ca şi divizoare de tensiune.