Elektriska kretsar: komponenter, typer och relaterade begrepp

av Robert Hazen, Ph.D., George Mason University

elektriska kretsar är viktiga begrepp som har praktiska tillämpningar i vårt dagliga liv. Det är ett mycket enkelt koncept som innehåller tre olika komponenter—en källa till elektrisk energi, en enhet och en sluten slinga av ledande material.

källa till elektrisk energi

den första komponenten i en elektrisk krets är källan till elektrisk energi som gör att elektroner kan röra sig. Denna källa kan vara ett batteri, en solcell eller en vattenkraftverk—en plats där det finns en positiv terminal och en negativ terminal och varifrån laddningen kan strömma från den ena till den andra. Detta tryck på elektrisk laddning kallas spänning vars potential mäts i volt.

enhet i den elektriska kretsen

den andra komponenten är enheten. Det svarar på strömmen som passerar genom den. Idag är en enhet något som kan anslutas till ett vägguttag och användas med el. Slingan är i allmänhet stängd med användning av en bit ledande material. Det är vanligtvis en tråd men det finns andra typer av material som kan stänga slingan också. Till exempel finns det olika metallremsor inuti TV: n som har deponerats på en plastyta som kan vara det ledande materialet eller till och med i vissa fall chassit på en anordning som blir en del av den slutna kretsen.

resistans hos den elektriska kretsen

den tredje komponenten är motståndet; varje krets har viss motstånd mot flödet av elektroner. Elektroner kolliderar med andra elektroner och atomer som utgör tråden och de omvandlar sålunda en del av sin energi till värme. Det är helt enkelt inte möjligt att överföra energi från en form till en annan utan att förlora en del av den energin som värme.

Läs mer om elektromagnetism.

ficklampa som en elektrisk krets

ficklampan är en enkel enhet som innehåller alla dessa tre komponenter. De två batterierna i ficklampan är källan.

glödlampan i slutet av ficklampan är den enhet i vilken strömmen flyter. Strömmen strömmar genom en mycket liten filament som värmer upp till en mycket hög temperatur på grund av det elektriska motståndet. Som ett resultat lyser glödtråden starkt.

kretsen kompletteras slutligen av en remsa av metall som går ner i ficklampans sidofat. Det finns också en trådspole i ena änden av ficklampan och i den andra änden finns kontaktpunkterna för batteriet såväl som den andra trådremsan som tillsammans kompletterar kretsen.

strömbrytare, säkring och brytare

ficklampor och de flesta andra elektriska apparater har också en omkopplare. En omkopplare är bara en anordning som hjälper till att bryta den kontinuerliga slingan hos det ledande materialet.

när omkopplaren är öppen finns det inget strömflöde men när omkopplaren är stängd finns det ett flöde. I grund och botten fungerar alla kretsar så här. Även i kretsen ansluten till väggen i ditt rum, det finns en kontinuerlig slinga av tråd som sträcker sig från ditt hem hela vägen till kraftverket.

en säkring eller en brytare används för att förhindra större bränder på grund av överbelastning. En säkring är utformad för att brinna upp om strömmen blir för hög.

Läs mer om termodynamikens första lag.

typer av elektriska kretsar

det finns två typer av kretsar som finns i hem och andra vanliga enheter; nämligen seriekretsar och parallella kretsar.

seriekretsar— seriekretsar består av flera enheter, var och en av dem kopplade upp varandra efter varandra i bara en enda stor slinga. Även om olika enheter har olika spänningar över dem, flyter samma ström genom varje enhet i seriekretsen.

om någon av enheterna i en seriekrets bryts, misslyckas hela kretsen. Till exempel, om det finns tre glödlampor anslutna i en serie, i bara en slinga av tråd ansluten till ett batteri. Om en glödlampa skruvas loss, misslyckas hela kretsen.

parallella kretsar —i parallella kretsar är olika enheter anordnade så att en enda källa levererar spänning till separata slingor av tråd. Spänningen i varje enhet över kretsen är exakt densamma, men i allmänhet kommer olika enheter att se olika strömmar. I det här fallet kommer varje enhet att fungera även om de andra misslyckas.

till exempel, om två glödlampor är kopplade parallellt och en skruvas loss, kommer den andra att fungera. Moderna julgransljus görs i parallella kretsar så att även om ett enda ljus brinner ut behöver inte hela strängen kastas ut.

detta är ett transkript från videoserien the Joy of Science. Titta på det nu, på Wondrium.

Systematiserande relationer mellan elektriska kretsar – Kirchhoffs lagar

kretsarnas systematiserade beteende är av enorm betydelse inom elektroteknik och förklaras av Kirchhoffs lagar. Den första lagen säger, ” den energi som produceras av källan är lika med den energi som förbrukas i kretsen, inklusive värmen som går förlorad till följd av motstånd.”

den andra lagen säger, ”strömmen som strömmar in i någon korsning är lika med summan av strömmarna som strömmar ut ur den korsningen.”Det betyder att strömmen är elektroner som strömmar genom ledningarna och antalet elektroner som strömmar in i en korsning är lika med antalet elektroner som strömmar ut ur den korsningen.

Läs mer om entropi.

är olika former av elektrisk energi i grunden samma?

Michael Faraday gjorde noggranna systematiska undersökningar av alla dessa olika typer av el. Han kunde visa att alla dessa olika former av el producerade exakt samma typ av fenomen och berodde på elektronernas rörelse.

Faraday drog slutsatsen att alla former av energi som produceras gnistor, kan strömma genom ledningar och kan göras för att göra arbete. Hans forskning visade också för första gången att djurens el av en elektrisk ål, elen som kommer från ett batteri och blixtens El var alla ett och samma fenomen.

elektrisk ström och effekt

flödet eller rörelsen av elektroner genom den elektriska kretsen kallas den elektriska strömmen. Strömmen mäts i ampere. En ampere motsvarar cirka 6 miljarder elektroner som passerar en punkt i den kretsen varje sekund.

en annan viktig term som är förknippad med el är kraft. Kraft definieras som arbete dividerat med tid. I en elektrisk krets är effekten lika med strömspänning, mätt i watt. Ju högre effekt, desto snabbare energi förbrukas av det objektet, vare sig det är en glödlampa, en förstärkare eller någon elektrisk apparat.

Läs mer om magnetism och statisk elektricitet.

Vanliga frågor om bidrag från Alessandro Volta och uppfinningen av batteriet