Door Lee Johnson, bijgewerkt op 24 maart 2022

haryigit/iStock/GettyImages

De basisprincipes van elektrische circuits

Elektriciteit vereist een volledige lus om te stromen. Een circuit is een gesloten geleidend pad waardoor elektronen van een stroombron, zoals een batterij, naar een apparaat (weerstand, gloeilamp, enz.) kunnen reizen en terug. Door de lus te verbreken met een schakelaar wordt de stroom gestopt en wordt het apparaat uitgeschakeld.

Kernbegrippen:

• Spanningsverschil: De elektrische potentiële energie per eenheid lading tussen twee punten. Een batterij van 5 V levert bijvoorbeeld een potentiaalverschil van 5 volt tussen de polen (1V =1J/C).
• Huidig: De ladingsstroom, gemeten in ampère (A). Eén ampère is gelijk aan één coulomb lading per seconde.
• Weerstand: Verzet tegen stroom, gemeten in ohm (Ω). Een geleider met een weerstand van 1Ω over 1V laat een stroom van 1A toe.

De wet van Ohm verbindt deze grootheden:V =I × R .

Serie versus parallelle circuits

Componenten kunnen op twee manieren worden gerangschikt:

• Serie: Alle componenten liggen langs één pad. Dezelfde stroom stroomt opeenvolgend door elk onderdeel.
• Parallel: Het pad splitst zich in meerdere takken, die elk een deel van de totale stroom dragen. De spanning over elke tak is hetzelfde.

In een serieschakeling is de totale weerstand de som van de individuele weerstanden:

R_totaal =R₁ + R₂ + R₃ + …

Voorbeeld:Voor weerstanden 2Ω, 4Ω en 6Ω in serie is de totale weerstand 12Ω.

In een parallel circuit is het omgekeerde van de totale weerstand gelijk aan de som van het omgekeerde van elke weerstand:

1/R_totaal =1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ + …

Voorbeeld:Voor dezelfde parallelle weerstanden levert de berekening een totale weerstand op van ongeveer 1,09Ω.

Gemengde serie-parallelle circuits oplossen

Complexe circuits combineren vaak serie- en parallelle secties. Breek het circuit op in beheersbare delen, bereken de weerstand van elk onderdeel en combineer ze vervolgens.

Afbeelding:Drie parallelle takken, waarbij één tak drie serieweerstanden bevat (12Ω, 5Ω, 3Ω). De serietak bedraagt ​​in totaal 20Ω. Met de andere takken op 40Ω en 10Ω bedraagt de totale weerstand ongeveer 5,7Ω.

Capaciteit in serie en parallel

Capaciteit gedraagt zich tegengesteld aan weerstand:

• Serie:1/C_totaal =1/C₁ + 1/C₂ + …, en dan omkeren om C_totaal te vinden .
• Parallel:C_totaal =C₁ + C₂ + …

Dezelfde aanpak – analyseren, vereenvoudigen, combineren – is van toepassing op alle circuitberekeningen.

Belangrijkste punten

• Serieschakelingen:weerstanden toevoegen; parallelle circuits:geleidingsvermogen toevoegen (reciproque).
• Gebruik de wet van Ohm voor spannings-, stroom- en weerstandsrelaties.
• Ontleed complexe netwerken in eenvoudiger reeksen en parallelle groepen.
• Capaciteitsberekeningen weerspiegelen de weerstand, maar met wederkerige relaties in series.