Obwód elektryczny - układ źródeł prądu, przewodów, przez które prąd może bez przerwy płynąć, oraz rozmaitych elementów obwodów elektrycznych elemetów aktywnych lub pasywnych obwodu jak rezystory, kondensatory, cewki, diody, wzmacniacze, transformatory itp. Podstawowy podział obwodów elektrycznych obejmuje dwa następujące rodzaje:
  • obwody liniowe w których wszystkie elementy spełniają prawo Ohma.
  • obwody nieliniowe w których dla niektórych elementów zależność pomiędzy prądem a napięciem jest funkcją nieliniową.
Ze względu na czasową zależność natężenia prądu od czasu obowody dzieli się na:
  • obwody prądu stałego
  • obwody prądu zmiennego
Jeszcze inny podział obejmuje zależności czasowo-napięciowe:
  • obwody cyfrowe wartości napięcia moga w takich obwodach przyjmować tylko określone poziomy, są skwantowane;
  • obwody analogowe gdzie wartości prądu i napięcia moga przyjmować ciągłe spektrum wartości.

Proste przykłady obwodów elektrycznych

W prostym obwodzie składającym się z małej żarówki, baterii i dwóch przewodów, prąd elektryczny płynie od dodatniego końca (bieguna) baterii, poprzez pierwszy przewód, włókno żarówki (jest to także rodzaj przewodu), drugi przewód i z powrotem, tyle że do ujemnego końca baterii, dalej przez baterię do bieguna dodatniego. Kiedy prąd elektryczny przepływa przez włókno, podgrzewa się ono i żarówka świeci.
Na jednym z przewodów można umieścić przełącznik. Latarka jest przykładem takiego obwodu. Gdy przełącznik jest w stanie otwartym, połączenie jest przerwane, prąd elektryczny nie może przepłynąć przez obwód i żarówka nie świeci. Gdy przełącznik jest zamknięty, prąd płynie i żarówka świeci.
Jeśli przez włókno żarówki przepływa zbyt duży prąd, może się ono przepalić. By zapobiec takiemu zdarzeniu w obwodzie można umieścić bezpiecznik elektryczny (przerywacz obwodu). Gdy przez bezpiecznik przepływa zbyt duży prąd, przewód znajdujący się w nim przepala się i ulega stopieniu, tym samym przerywając obwód i zatrzymując przepływ prądu. Przewód umieszczony w bezpieczniku jest tak zaprojektowany, by uległ stopieniu zanim temu samemu zjawisku uległoby włókno żarówki.
Częścią obwodu elektrycznego inną niż źródło prądu elektrycznego jest odbiornik (dowolny opornik). Odbiorniki to wszystkie urządzenia umieszczone w obwodzie, takie jak światła, radia, wiatraczki, brzęczyki i tostery. Do tej kategorii zaliczają się także przewody połączeniowe, przełączniki, bezpieczniki i inne urządzenia. Odbiorniki kształtują nieprzerwaną ścieżkę łączącą zakończenia źródła prądu.
Są dwa podstawowe sposoby, w jakie łączy się części obwodu. Dzięki jednemu powstaje obwód szeregowy, dzięki drugiemu obwód równoległy.

Obwody szeregowe

Jeśli wiele przedmiotów połączymy tak, że ułożą się w pojedynczą ścieżkę łączącą zakończenia źródła prądu elektrycznego, powiemy o nich, że połączone są szeregowo. Elektron zacznie płynąć od ujemnego końca źródła prądu do pierwszego przedmiotu, później płynie przez kolejne przedmioty, jeden po drugim, i na koniec powraca do dodatniego końca źródła prądu. W całym obwodzie jest taki sam prąd. W powyższym przykładzie, żarówka, przewody, przełącznik i bezpiecznik były połączone szeregowo.
Kiedy przedmioty są połączone szeregowo, prąd elektryczny przepływa przez nie przeciwstawiając się oporowi pierwszego przedmiotu, później drugiego itd. Dlatego całkowity opór jest równy sumie poszczególnych oporów. Jeśli połączymy szeregowo trzy przedmioty o oporach R1, R2 i R3, ich całkowity opór będzie wynosił R1+R2+R3. Na przykład, jeśli silnik o rezystancji 48Ω połączymy dwoma przewodami, każdym o oporze 1Ω, do źródła prądu, całkowity opór silnika i przewodów wynosił będzie 48Ω + 1Ω + 1Ω = 50Ω. Jeśli napięcie będzie wynosiło 100V, przez obwód będzie płynął prąd o natężeniu 100V/50Ω = 2A.
Można pomyśleć, że napięcie jest zużywane przez przedmioty znajdujące się w obwodzie. Napięcie, które zużywa każdy z przedmiotów, nazywa się spadkiem napięcia na przedmiocie. Spadek napięcia można obliczyć z równania U=IR, gdzie U to spadek napięcia na przedmiocie, I to aktualny prąd, a R to opór przedmiotu.
W powyższym przykładzie z silnikiem, spadek napięcia na każdym z przewodów wynosi U=IR = 2A x 1Ω = 2V. Z kolei spadek napięcia na silniku wynosi 2A x 48Ω = 96V. Dodając do siebie spadki napięć (2V + 2V + 96V), otrzymamy całkowity spadek napięcia równy 100V. W obwodach szeregowych, suma spadków napięcia na przedmiotach jest zawsze równa całkowitemu napięciu dostarczonemu przez źródło.

Obwody równoległe

Jeśli wiele przedmiotów połączymy tak, że ułożą różne ścieżki łączące zakończenia źródła prądu, powiemy o nich, że połączone są równolegle. Każda oddzielna ścieżka nazywana jest gałęzią obwodu. Prąd płynący ze źródła rozdziela się i wpływa na różne gałęzie. Po przebyciu tych gałęzi, przed wejściem do źródła prądu, ponownie się łączy.
Całkowity opór przedmiotów połączonych równolegle jest mniejszy od tego, który posiada każdy z indywidualnych oporów. Dzieje się tak dlatego, że obwód równoległy posiada więcej niż jedną gałąź (ścieżkę) przez którą może przepłynąć prąd, podczas gdy prąd szeregowy ma tylko jedną ścieżkę dla całego prądu.
Prąd płynący w obwodzie równoległym jest rozdzielany na każdą gałąź stosownie do jej oporu. Jeśli wszystkie gałęzie posiadają jednakowy opór, prąd w każdej z nich będzie taki sam. Jeśli zaś gałęzie mają różne opory, prąd w każdej można obliczyć z równania I=U/R, gdzie I to ilość prądu w gałęzi, U to napięcie, i R to opór gałęzi.
Całkowity opór obwodu równoległego można obliczyć z równania \[\frac 1 R = \frac 1 {R_1} + \frac 1 {R_2} + ... \], gdzie R to opór całkowity, a R1, R2... to opory poszczególnych gałęzi. Na przykład, jeśli obwód równoległy składa się z trzech gałęzi o oporach 10Ω, 15Ω i 30Ω, wtedy \[\frac 1 R = \frac {1}{10\Omega} + \frac {1}{15\Omega} + \frac {1}{30\Omega} \]
Z tego wynika, że całkowity opór R=5Ω. W tym obwodzie, napięcie rzędu 150V wytworzy prąd \[I=\frac UR = \frac {150V}{5\Omega} = 30A \].
Im większy będzie opór danej gałęzi, tym mniejszy prąd będzie przez nią przepływał. Jeśli obwód równoległy składający się z trzech gałęzi o oporach 10, 15 i 30 omów podłączony zostanie do 150 woltowego źródła, gałąź o oporze 10Ω otrzyma prąd U/R = 150V/10Ω = 15A. Podobnie gałąź o oporze 15Ω otrzyma prąd 10A, a gałąź 30Ω otrzyma 5A. Prądy z poszczególnych gałęzi dodane do siebie dadzą prąd 30A, która to wartość jest otrzymywana przez podzielenie napięcia przez całkowity opór.

Obwody szeregowo-równoległe

Wiele obwodów stanowi połączenie obwodów szeregowych i równoległych. Jedna gałąź obwodu równoległego może na przykład mieć kilka przedmiotów połączonych szeregowo. Opory tych przedmiotów muszą być połączone zgodnie z regułami dla obwodu szeregowego. Z drugiej strony, obwód szeregowy w jednym punkcie może dzielić się na kilka gałęzi, a potem ponownie łączyć w jedną. Gałęzie są równoległe, a więc muszą być potraktowane według reguł dla obwodów równoległych.
Skomplikowane obwody szeregowo-równoległe można analizować m.in. za pomocą dwóch reguł - pierwszego i drugiego prawa Kirchhoffa. Reguły te umożliwiają obliczenie natężenia prądów przepływających przez poszczególne elementy obwodu, jak również napięcia na nich.

Publikacja wraz ze zdjęciami jest udostępniona w Encyklopedii "Zgapedia" części portalu zgapa.pl. Treść objęta jest licencją GNU FDL Wolnej Dokumentacji w wersji 1.3 lub dowolnej pózniejszej opublikowanej przez Free Software Foundation i została ona opracowana na podstawie Wikipedii, tutaj możesz znaleźć artykuł źródłowy oraz autorów. Warunki użytkowania Encyklopedii znajdziesz na tej stronie.
Prezentowane filmy poczhodzą z serwisu YouTube, portal zgapa.pl nie jest ich autorem i nie ponosi odpowiedzialności za ich treści.