Soggetti:
- Circuiti in serie e parallelo in generale
- Collegamento in serie in pratica
- Collegamento in serie: calcolo della resistenza di sostituzione
- Collegamento in serie: calcolo della corrente e della tensione parziale
- Collegamento in parallelo: calcolo della resistenza di sostituzione
- Collegamento in parallelo: calcolo delle correnti parziali
- Circuito combinato
- Esercizio a circuito combinato
Circuiti in serie e parallelo in generale:
In questa pagina esaminiamo i circuiti in serie, i circuiti paralleli e i circuiti combinati utilizzati nella tecnologia automobilistica. La conoscenza del elettronica di base è necessario per questo.
Collegamento in serie:
Il seguente circuito mostra un circuito con una batteria da 12 volt, un fusibile (F), interruttore chiuso (S) e due lampade (L1 e L2). Il filo negativo della lampada L1 è collegato al filo positivo della lampada L2. Chiamiamo questa connessione in serie.
La corrente attraverso entrambe le lampade è la stessa. La tensione è distribuita. Poiché nell'esempio sono state utilizzate due lampade con la stessa potenza, la tensione della batteria di 12 volt si divide in 6 volt per lampada. Per questo motivo le lampade nella tecnologia automobilistica non vengono montate in serie. Inoltre, se si verifica una lampada difettosa, l'intero circuito verrà interrotto, facendo sì che l'altra lampada non bruci più.
Connessione parallela:
Nella tecnologia automobilistica abbiamo quasi sempre a che fare con circuiti paralleli. Il seguente circuito mostra il circuito in cui le lampade L1 e L2 hanno entrambe il proprio filo positivo e di terra. La tensione su ciascun consumatore è uguale alla tensione della batteria; questo può essere visto nella misurazione del volt. In questo esempio vengono utilizzate le stesse lampade del collegamento in serie; Tuttavia, qui bruciano più intensamente perché le lampade ora ricevono più tensione e corrente.
Un'altra proprietà di un circuito parallelo è che se una lampada è difettosa, ciò non influisce sul funzionamento dell'altra lampada.
Collegamento in serie in pratica:
Come descritto nel paragrafo precedente, nella tecnologia automobilistica abbiamo quasi sempre a che fare con consumatori collegati in parallelo. Dopotutto, vogliamo quanta più tensione e corrente possibile per consentire ai consumatori di funzionare, e il minor rischio possibile di interruzioni se uno dei consumatori si guasta.
In pratica troviamo consumatori che vengono messi in serie per svolgere il loro compito. Prendiamo come esempio il motore del ventilatore/riscaldatore interno. Per regolare la velocità del ventilatore, nel collegamento di terra tra il motore elettrico e il punto di terra viene posta una resistenza in serie. Lo chiamiamo anche resistore in serie.
Mettendo in serie uno o più resistori, la perdita aumenta e la tensione ai capi del motore elettrico diminuisce.
Per saperne di più leggi la pagina: resistenza in serie della ventola abitacolo.
Potrebbe anche esserci un collegamento in serie indesiderato; ad esempio, una resistenza di transizione in un collegamento positivo o di terra con conseguente perdita di tensione (vedere la pagina “misurare con il multimetro").
Collegamento in serie: calcolare la resistenza di sostituzione:
Ogni consumatore elettrico ne ha uno interno weerstand. Un'elevata resistenza si traduce in una bassa corrente; in altre parole: la resistenza determina la forza attuale. La tensione fornita è uguale alla tensione della sorgente (Ub, ovvero la tensione della batteria).
Nell'esempio le utenze (R1 e R2) sono collegate in serie. Il negativo di R1 è collegato al positivo di R2. La corrente attraverso i resistori è uguale. Per calcolare la corrente e infine le tensioni parziali utilizzando la legge di Ohm, possiamo iniziare calcolando la resistenza di sostituzione. I valori di resistenza sono i seguenti:
- R1 = 15Ω
- R2 = 10Ω
Per calcolare la resistenza di sostituzione, sostituiamo i resistori R1 e R2 nello schema con Rv.
In un circuito in serie possiamo sommare insieme i valori di resistenza. La formula e l'effetto sono mostrati di seguito.
Il risultato del calcolo ci mostra che la resistenza di sostituzione è di 25 Ohm. Negli esempi seguenti possiamo calcolare ulteriormente con Rv.
Collegamento in serie: calcolo delle correnti e delle tensioni parziali:
In questa sezione calcoliamo la corrente totale e le tensioni parziali ai capi dei resistori R1 e R2. Per cominciare, abbiamo bisogno di una tensione sorgente (Ub). In questo esempio di calcolo, questa tensione è di 14 volt.
Con una tensione sorgente (Ub) nota e una resistenza di sostituzione (Rv) possiamo calcolare la corrente totale (I). Determiniamo l'io con il Legge di Ohm:
La corrente in un circuito in serie è la stessa attraverso ciascun resistore. La freccia verde nella figura indica la direzione del flusso. La corrente è di 560 milliampere.
Conosciuta la corrente possiamo calcolare le tensioni parziali. Lo usiamo per determinare quanta tensione “consuma” ciascun resistore.
- La tensione (U) ai capi del resistore R1 è denominata: UR1. Usando la legge di Ohm moltiplichiamo l'intensità della corrente per il valore della resistenza. La tensione ai capi del resistore è di 8,4 volt.
- Calcoliamo UR2 con la stessa corrente, ma ora con il valore di resistenza di R2; questa tensione è di 5,6 volt.
Per verificare è possibile sommare le tensioni parziali e confrontarle con la tensione della sorgente. Sommiamo UR1 e UR2 insieme: questo è 14 volt. Questo è uguale alla tensione della sorgente. Se si arriva ad una risposta diversa, ciò potrebbe essere dovuto ad una piccola deviazione dovuta all'arrotondamento intermedio o ad un errore nel calcolo.
Collegamento in parallelo: calcolare la resistenza di sostituzione:
In questo esempio, R1 e R2 sono collegati in parallelo. Ora il meno di un consumatore non è più collegato al più dell'altro. La tensione ai capi dei resistori è ora uguale alla tensione della batteria. La corrente è distribuita sui resistori. A parità di valori di resistenza, la corrente totale (I totale, abbreviata in It) si divide per due. Per calcolarlo dobbiamo prima determinare la resistenza di sostituzione. Ancora una volta sostituiamo R1 e R2 con un resistore, chiamato Rv. Otteniamo quindi la stessa situazione dell'esempio con il collegamento in serie. I valori di resistenza sono:
- R1 = 10Ω
- R2 = 20Ω
In un circuito parallelo non possiamo sommare i valori di resistenza. La formula generale è:
Inseriamo i valori di resistenza di R1 e R2:
Modo 1: Calcoliamo il risultato di un decimo e di un ventesimo e sommiamo i valori tra loro.
Modo 2: Un altro modo è calcolare la resistenza di sostituzione sotto forma di frazione. Inseriamo nuovamente i valori di R1 e R2 nell'equazione. Sotto le linee di divisione (i denominatori) ci sono numeri disuguali; non possiamo sommare insieme i denominatori. Pertanto li rendiamo prima eponimi. In questo esempio è semplice: un decimo sta nel ventesimo due volte, quindi moltiplichiamo un decimo intero per 2. Otteniamo quindi due ventesimi. In proporzione equivale a un decimo. Con gli stessi denominatori possiamo sommare la frazione: il risultato è treventesimo. Per calcolare la resistenza di sostituzione dobbiamo invertire la frazione: 1/RV diventa RV/1 (poi possiamo cancellare /1) e tre ventesimi diventa 20 diviso 3. Il risultato di 6,67 Ohm è uguale al risultato del percorso 1 .
Collegamento in parallelo: calcolo delle correnti parziali:
Possiamo calcolare la corrente totale (It) dividendo tra loro Ub e Rv:
L'attuale Itotaal sarà suddiviso in I1 e I2. Attraverso R1 scorre una corrente diversa rispetto a R2. Alla giunzione le correnti parziali si riuniscono nuovamente e si ritorna al negativo della batteria.
In una connessione parallela, la tensione su ciascun consumatore è uguale alla tensione della sorgente:
Inseriamo nelle formule per UR1 e UR2 lo stesso valore della tensione della batteria: in questo caso 14 volt. Dividiamo la tensione per i valori di resistenza e otteniamo le correnti parziali. Una corrente di 1 ampere scorre attraverso il resistore R1,4 e 2 milliampere attraverso R700.
Sommando le due correnti parziali otteniamo la corrente totale di 2,1 ampere.
Circuito combinato:
Con un circuito combinato abbiamo a che fare con un circuito in serie e parallelo in un circuito. Nella figura vediamo che il resistore R1 è in serie con i resistori R2 e R3 collegati in parallelo. In pratica potremmo riscontrare questo problema con un cavo positivo difettoso a due lampade: R1 in quel caso è la resistenza di transizione, R2 e R3 sono le lampade.
Calcoleremo le correnti e le tensioni in base ai seguenti dati:
- Ub = 12 volt;
- R1 = 0,5Ω
- R2 = 15Ω
- R3 = 15Ω
In un circuito parallelo sappiamo che la tensione ai capi dei resistori è uguale alla tensione della sorgente. Poiché ora abbiamo a che fare con un circuito combinato, ciò non si applica più; parte è occupata da R1. Tuttavia, le tensioni su R2 e R3 sono uguali.
Per chiarezza, dividiamo i calcoli in 5 passaggi.
1. Determinare Rv della connessione in parallelo:
Sostituiamo R2 e R3 con Rv e calcoliamo Rv in forma frazionaria per comodità.
Ora c'è un collegamento in serie: R1 ovviamente rimane a 0,5 Ω e Rv è ora a 7,5 Ω
2. Determinare Rv del collegamento in serie:
Nella fase 1 è stata determinata la resistenza di sostituzione di R2 e R3. Il resistore sostitutivo era in serie con il resistore R1.
In questo passaggio sommiamo insieme i valori di resistenza di R1 e Rv per calcolare nuovamente la resistenza sostitutiva, ma ora quella del circuito in serie. Chiameremo questo resistore sostitutivo: Rv' (con un accento) perché è un “secondo” Rv nel circuito.
3. Calcola il totale:
La corrente totale è di 1,5 A e scorre attraverso la resistenza R1 e la resistenza sostitutiva Rv'.
4. Calcolare le tensioni parziali:
Ricostruiamo lo schema passo dopo passo; mettiamo in serie R1 e Rv per calcolare le tensioni parziali UR1 e URv con i valori di corrente e resistenza totali.
Per verificare: le tensioni parziali sommate corrispondono alla tensione della sorgente: (UR1 + URv = Ub) quindi finora non sono stati commessi errori di calcolo.
5. Calcola i flussi:
Stiamo completando nuovamente il programma. Nel passaggio 4 abbiamo determinato che la tensione sul resistore R1 è 0,75 volt. La tensione ai capi del resistore sostitutivo Rv è di 11,25 volt. Poiché in un circuito parallelo la tensione ai capi dei consumatori è la stessa, sappiamo che la tensione sia su R2 che su R3 è di 11,25 volt.
I risultati dei calcoli mostrano che la corrente totale scorre attraverso R1 e la corrente viene quindi distribuita su R2 e R3. Con valori di resistenza diversi, queste correnti differiscono l'una dall'altra.
Esercizio a circuito combinato:
In questa sezione puoi esercitarti a calcolare tu stesso il circuito combinato. Per semplificarti le cose, puoi seguire i passaggi da 1 a 5 del paragrafo precedente. Espandi il piano passo passo con il passo 6 per calcolare le tensioni parziali di R4 e R5.
Dato:
- Ub = 10 volt
- R1 = 1Ω
- R2 = 10Ω
- R3 = 4Ω
- R4 = 5Ω
- R5 = 15Ω
Gevraagd:
- Tutte le tensioni parziali (da UR1 a UR5)
- Tutti i flussi secondari.
