Elektriske kredsløb: komponenter, typer og relaterede koncepter

af Robert Hasen, Ph. D., George Mason University

elektriske kredsløb er vigtige begreber, der har praktiske anvendelser i vores daglige liv. Det er et meget simpelt koncept, der indeholder tre forskellige komponenter—en kilde til elektrisk energi, en enhed og en lukket sløjfe af ledende materiale.

kilde til elektrisk energi

den første komponent i et elektrisk kredsløb er kilden til elektrisk energi, der tillader elektroner at bevæge sig. Denne kilde kan være et batteri, en solcelle eller et vandkraftværk—et sted hvor der er en positiv terminal og en negativ terminal, og hvorfra ladning kan strømme fra den ene til den anden. Dette skub af elektrisk ladning kaldes spænding, hvis potentiale måles i volt.

enhed i det elektriske kredsløb

den anden komponent er enheden. Det reagerer på strømmen, der passerer gennem den. I dag er en enhed noget, der kan tilsluttes en stikkontakt og bruges med elektricitet. Sløjfen er generelt lukket ved hjælp af et stykke ledende materiale. Det er normalt en ledning, men der er andre slags materialer, der også kan lukke sløjfen. For eksempel er der forskellige strimler af metal inde i fjernsynet, der er deponeret på en plastoverflade, der kan være det ledende materiale eller endda i nogle tilfælde chassiset på en enhed, der bliver en del af det lukkede kredsløb.

modstand af det elektriske kredsløb

den tredje komponent er modstanden; hvert kredsløb har en vis modstand mod strømmen af elektroner. Elektroner kolliderer med andre elektroner og atomer, der udgør ledningen, og de omdanner således noget af deres energi til varme. Det er simpelthen ikke muligt at overføre energi fra en form til en anden uden at miste noget af den energi som varme.

Lær mere om elektromagnetisme.

lommelygte som et elektrisk kredsløb

lommelygten er en simpel enhed, der inkorporerer alle tre af disse komponenter. De to batterier i lommelygten er kilden.

pæren i slutningen af lommelygten er den enhed, som strømmen strømmer ind i. Strøm strømmer gennem et meget lille filament, der opvarmer op til en meget høj temperatur på grund af den elektriske modstand. Som et resultat lyser filamentet lyst.

kredsløbet afsluttes endelig med en strimmel af metal, der går ned ad lommelygtens sidetønde. Der er også en trådspole i den ene ende af lommelygten, og i den anden ende er der kontaktpunkterne for batteriet såvel som den anden trådstrimmel, der sammen afslutter kredsløbet.

kontakt, sikring og afbrydere

lommelygter og de fleste andre elektriske apparater har også en kontakt. En kontakt er blot en enhed, der hjælper med at bryde den kontinuerlige sløjfe af det ledende materiale.

når kontakten er åben, er der ingen strømstrøm, men når kontakten er lukket, er der en strøm. Dybest set fungerer alle kredsløb som dette. Selv i kredsløbet, der er tilsluttet væggen på dit værelse, er der en kontinuerlig ledning, der strækker sig fra dit hjem helt til kraftværket.

en sikring eller en afbryder bruges til at forhindre større brande på grund af overbelastning. En sikring er designet til at brænde op, hvis strømmen bliver for høj.

Lær mere om termodynamikens første lov.

typer af elektriske kredsløb

der findes to typer kredsløb i hjem og andre almindelige enheder; nemlig seriekredsløb og parallelle kredsløb.

seriekredsløb— seriekredsløb består af flere enheder, hver af dem er forbundet efter hinanden efter hinanden i kun en enkelt stor løkke. Selvom forskellige enheder har forskellige spændinger på tværs af dem, strømmer den samme strøm gennem hver enhed i seriekredsløbet.

hvis en af enhederne i et seriekredsløb er brudt, mislykkes hele kredsløbet. For eksempel, hvis der er tre pærer forbundet i en serie, i kun en ledning tilsluttet et batteri. Hvis en pære skrues af, fejler hele kredsløbet.

parallelle kredsløb —i parallelle kredsløb er forskellige enheder arrangeret således, at en enkelt kilde leverer spænding til separate ledninger. Spændingen i hver enhed på tværs af kredsløbet er nøjagtig den samme, men generelt vil forskellige enheder se forskellige strømme. I dette tilfælde vil hver enhed fungere, selvom de andre fejler.

for eksempel, hvis to pærer er forbundet parallelt, og den ene skrues af, fungerer den anden. Moderne juletræslys udføres i parallelle kredsløb, så selvom et enkelt lys brænder ud, behøver hele strengen ikke at blive smidt ud.

dette er en udskrift fra videoserien videnskabens glæde. Se det nu, på Vondrium.

systematisering af forhold mellem elektriske kredsløb – Kirchhoffs love

kredsløbets systematiserede opførsel er af enorm betydning inden for elektroteknik og forklares af Kirchhoffs love. Den første lov siger, “den energi, der produceres af kilden, svarer til den energi, der forbruges i kredsløbet, inklusive den varme, der går tabt som følge af modstand.”

den anden lov siger, “strømmen, der strømmer ind i ethvert kryds, svarer til summen af strømmen, der strømmer ud af dette kryds.”Dette betyder, at strøm er elektroner, der strømmer gennem ledningerne, og antallet af elektroner, der strømmer ind i et kryds, svarer til antallet af elektroner, der strømmer ud af det kryds.

Lær mere om entropi.

er forskellige former for elektrisk energi grundlæggende de samme?

Michael Faraday foretog omhyggelige systematiske undersøgelser af alle disse forskellige former for elektricitet. Han var i stand til at demonstrere, at alle disse forskellige former for elektricitet producerede nøjagtigt den samme slags fænomen og skyldtes bevægelsen af elektroner.

Faraday konkluderede, at alle former for energi produceret gnister, kan strømme gennem ledninger, og kan gøres til at gøre arbejdet. Hans forskning viste også for første gang, at dyreelektricitet fra en elektrisk ål, elektriciteten, der kommer fra et batteri, og lynets elektricitet var alle et og samme fænomen.

elektrisk strøm og strøm

strømmen eller bevægelsen af elektroner gennem det elektriske kredsløb kaldes den elektriske strøm. Strøm måles i ampere. En ampere svarer til omkring 6 milliarder elektroner, der passerer et punkt i det kredsløb hvert sekund.

et andet vigtigt udtryk forbundet med elektricitet er strøm. Kraft defineres som arbejde divideret med tid. I et elektrisk kredsløb er strømmen lig med strømspænding målt i vand. Jo højere effekt, jo hurtigere forbruges energien af objektet, det være sig en pære, en forstærker eller en hvilken som helst elektrisk enhed.

Lær mere om magnetisme og statisk elektricitet.

almindelige spørgsmål om bidrag fra Alessandro Volta og opfindelsen af batteriet