Witaj w drugim wpisie o podstawach elektryczności. Dzisiaj rozwinę temat obwodu elektrycznego i odpowiem na dwa kolejne pytania w tym cyklu:

  • Co się stanie (jakie będzie napięcie i natężenie prądu w obwodzie) jeśli zamiast jednej żarówki podepniemy dwie żarówki szeregowo, a co jeśli dwie równolegle?
  • Czym jest i jak definiujemy moc pobieraną przez urządzenie elektryczne?

Krótkie przypomnienie

W poprzednim artykule przyrównałem obieg wodny do obwodu elektrycznego. Zademonstrowałem najprostszy obwód elektryczny składający się z zasilacza (źródło napięcia), włącznika światła (przerwa w obwodzie na życzenie) i żarówki (opornik elektryczny).

Obieg wody - zamknięty

vs

Obwód elektryczny - otwarty

Jako, że obwody oświetleniowe, które posiadamy w domach składają się (najczęściej) z większej liczby żarówek, omówię konsekwencje dołożenia kolejnej żarówki do naszego obwodu, oraz podam konkretne liczby (natężenie prądu, napięcie i opór) i co się z tymi wartościami dzieje, gdy żarówek (odbiorników) jest 2 lub więcej.

Łączymy szeregowo…

A więc mamy dwie żarówki. Możemy je wpiąć na dwa sposoby:

  • szeregowo
  • równolegle

Każdy rodzaj połączenia ma swoje konsekwencje. Podłączenie szeregowe odbiorników wygląda tak:

Obieg_OFF_2

vs

ObiegPrad_OFF_2

Po lewej stronie mamy zamknięty obieg wodny z dwoma kołowrotami, po prawej otwarty obwód elektryczny z dwoma żarówkami o różnych oporach elektrycznych. W praktyce im żarówka ma mniejszy opór (płynie przez nią więcej prądu), tym jaśniej świeci. Dla celów poznawczych jednak założę, że obie żarówki podczas normalnej pracy świecą tak samo jasno.

Dobra! Otwieramy zawór i zamykamy obwód:

ObiegWoda_ON_2

vs

ObiegPrad_ON_2

Widzimy, że kołowrót 2 wolniej się obraca. Pomimo tego, że przepływa przez niego tyle samo wody co przez kołowrót 1, to ciśnienie (napór wody) na kołowrocie 2 (p2) jest mniejsze niż na kołowrocie 1 (p1). Z każdym dodanym oporem czy to będzie kołowrót, czy zmniejszona średnica rurki, ciśnienie będzie spadać. Tutaj założyłem, że ciśnienie za kołowrotem 2 spadło całkowicie.

Podobnie sytuacja wygląda w obwodzie elektrycznym. Podłączyliśmy do zasilacza o napięciu U = 12 Volt (czyli takiego, którego często stosujemy do podłączania żarówek / taśm LED) dwie żarówki, które do poprawnej pracy również potrzebują napięcia 12V. W przypadku takiego podłączenia, żadna żarówka nie będzie zasilona właściwym napięciem. Pierwsza żarówka wygeneruje bowiem spadek napięcia na poziomie 9.6V (12V – 2.4V). Do żarówki 2 “dotarło” jedynie napięcie U = 2.4V. Pomimo przepływającego prądu o natężeniu I = 0.4 Ampera, w rzeczywistości żarówka 2 prawdopodobnie nie zaświeci (tutaj ją trochę podkolorowałem).
Warty odnotowania jest fakt, że w całym obwodzie natężenie prądu jest takie same.

…a teraz równolegle

Zanim przejdę do kolejnej konfiguracji, prosty wniosek: w instalacjach domowych podłączanie urządzeń elektrycznych w sposób szeregowy w 99.9% przypadków jest niepoprawne. Tak nie robimy, kropka.

Teraz pokażę jak powinno być dobrze czyli równolegle.

Obieg_OFF_2a

vs

ObiegPrad_OFF_2a

Zawór (włącznik światła) znajduje się na dopływie do obu kołowrotów (żarówek), stąd też odkręcenie zaworu (załączenie włącznika) spowoduje uruchomienie obu kołowrotów naraz (obie żarówki się zaświecą). Przeniesienie wyłącznika światła do któregoś z odgałęzień umożliwi sterowanie tylko jedną żarówką.

Pstryk:

ObiegWoda_ON_2a

vs

ObiegPrad_ON_2a

Okej, przyjrzyjmy się naszym kołowrotom. Pompa pompuje wodę o określonym ciśnieniu. Skoro przed kołowrotami nie ma żadnych oporów to ciśnienie jest identyczne przed kołowrotem 1 i przed kołowrotem 2. Różnica jest w przepływie. Z pompy wypływa określona ilość wody w ciągu minuty (przepływ F), część wody przepłynie przez kołowrót 1 (F1), a w tym samym czasie część z podanej przez pompę wody przepłynie przez kołowrót 2 (F2). Zasada jest taka, że przez kołowrót który stawia mniejszy opór przepłynie więcej wody. Za kołowrotami strumienie wody się łączą i do pompy wpływa w ciągu założonej minuty tyle samo wody co z niej wypłynęło.

Analogicznie w obwodzie elektrycznym. Napięcie na żarówkach jest identyczne! O to właśnie chodziło. U = 12V. Przez żarówkę 2 przepłynie prąd o większym natężeniu (przepłynie większy prąd) niż przez żarówkę 1, ponieważ żarówka 2 stawia mniejszy opór elektryczny.
Dodatkowo, prąd wypływający z zasilacza I = 2.5 Ampera, co prawda rozpływa się w dwóch kierunkach (I1 = 0.5A i I2 = 2A), ale ostatecznie “za” żarówkami sumuje się i do zasilacza dopływa prąd o takim samym natężeniu co z niego wypłynął. I to jest bardzo ważna zasada!

Podsumowując:

  • Łącząc urządzenia szeregowo nie kontrolujemy wielkości napięcia dostarczanego do urządzenia.
  • Połączenie równoległe jest właściwe. Napięcie jest identyczne na każdym urządzeniu.
    W mieszkaniu / domu posiadamy gniazdka elektryczne o napięciu 230V, stąd też wiadomo że każde gniazdko jest podpięte równolegle w stosunku do źródła napięcia.
  • Ile prądu wpłynie do węzła (rozgałęzienia), tyle z niego musi wypłynąć. Super ważne!

Niech moc będzie z tobą

W naszych rozważaniach posuniemy się teraz o krok dalej i opowiemy sobie o tym czym jest moc w obwodach elektrycznych. A więc, moc to nic innego jak ilość energii jaka podczas normalnej pracy urządzeń jest dostarczona do urządzenia elektrycznego.

W urządzeniach domowego użytku najmniej energii zużywają ładowarki do telefonów, żarówki energooszczędne / LED, a najwięcej elementy, które mają za zadanie wytworzyć dużą ilość ciepła czyli czajniki, płyty grzejne, piekarniki itd.

Jak ją wyznaczamy?

Wzór jest prosty: MOC = NAPIĘCIE * PRĄD czyli P = U * I.

Jednostką mocy (czynnej) jest dobrze znany wszystkim Wat.

Jakiej zatem mocy były żarówki z przykładu równoległego połączenia żarówek? Policzmy.
Żarówka 1:
P = 12V * 0.5A = 6 Wat

Żarówka 2:
P = 12V * 2A = 24 Wat

Żarówka nr 2 pobiera większą moc ze źródła więc (w teorii) powinna świecić jaśniej.

Z ilości pobranej mocy jesteśmy rozliczani w zakładzie energetycznym. Dla zainteresowanych, ten gościu przygotował w Excelu kalkulator do przeliczania Watów (W) na kilowatogodziny (kWh). (Nie, nie mam z tego tytułu żadnych przychodów 🙂 ).

Ciąg dalszy podstaw elektryczności w dalszym odcinku.
Pozdrowienia 🙂

PS. Wiem, że w obwodach prądu przemiennego do wzoru na moc dochodzi jeden współczynnik, jednak nie ma to teraz znaczenia. Omówię tą kwestię bliżej, gdy będę opisywał prąd o napięciu 230V~.

PS2. Jeśli masz kłopot z przetrawieniem tej porcji wiedzy, spróbuj powrócić do części pierwszej artykułu. Jeśli to nie pomoże, zawsze możesz napisać komentarz lub skorzystać z maila.

PS3. Jeśli szukasz potwierdzenia i rozwinięcia powyższych dywagacji z matematycznego punktu widzenia w formie lekkostrawnej, proponuję, żebyś zajrzał do artykułu O sile elektromotorycznej, czyli drugie prawo Kirchhoffa znajdującego się na blogu elektroniczny.eu.

print

Dodaj komentarz

54 komentarzy do "Słów kilka o… elektryczności cz.2"

Powiadom o
avatar
Sortuj wg:   najnowszy | najstarszy | oceniany
Mariusz
Gość

Witam
Mam takie pytanie odnośnie połączenia szeregowego. Na działce mam dostęp do napięcia stałego 24V do normalnej sieci jest dość daleko i niestety nie mam dostępu. Chciałbym podłączyć jednocześnie załączane 8 żarówek o mocy 20 W każda w jaki sposób je podłączyć by były jak najmniejsze spadki napięć posiadam przewód 2 x 0,75 mm odległość pierwszej żarówki od źródła to 6 m a każda od siebie o 3 m. Z tego co mi kolega powiedział to tylko szeregowo bo nie będzie spadków napięć a z tego artykułu wynika co innego. Kolega mi powiedział że lampki na choince są podłączone szeregowo i nie ma spadków napięć żarówki są jednej mocy i świecą jednakowo czy w moim przypadku też tak będzie ? W tym artykule jest wyraźnie napisane że za żarówką nr 1 występuje spadek napięcia 9,6V i zostaje napięcie 2,4V i druga żarówka świeci słabiej czy dobrze to zrozymiałem ? Jak to jest że żarówki na choince świecą równo nie ma żadnych spadków napięć tak jak mi kolega powiedział ? Mam w tej chwili zrobione połączenie równoległe i po każadej żarówce jest spadek napięcia o ok 1V na ostatniej jest 18V i żarówki świecą różnie jak to jest to wszytstko przeczy temu co jest tu napisane ?

Artur
Gość

witam
co by sie stalo gdyby druga zarowka w obwodzie szeregowym miala:
1) wiecej niz 6 omow?
2) mniej niz 6 omow?

Karolina
Gość

Witam serdecznie. Mam być może nieco naiwne, pytanie, ale wierzcie mi, że jestem całkiem zielona w sprawach fizyki i elektryczności. Otóż niedawno dostałam komplet starych, dużych lampek choinkowych o żarówkach 14 V, mocy 5W, z trzonkiemE10/13, w ilości 16 sztuk w łańcuchu. Cały komplet na dawne napięcie 220V. Lata 70,80-te. Na opakowaniu widnieje informacja, że mogą być stosowane żarówki wyłącznie 5W i 14V, ale ja nie mogę takich znaleźć a te zaczynają się przepalać. Moje pytanie brzmi, czy mogę użyć żarówki 3W, 8 V o takim samym trzonku, czy zdecydowanie nie ? A może powinnam wymienić wszystkie ? Wszakże zmieniło się napięcie w gniazdkach na 230V. Co powinnam zrobić ? Będę bardzo wdzięczna za każdą odpowiedź, dziękuję i pozdrawiam.

krzychu
Gość

Witam
potrzebuję rozładować akumulator NiCd 4,8V 20 Ah w specyfikacji jest prąd rozładowania 4A, chciałbym to zrobić przez podłączenie żarówek latarkowych 4,8V 0,7A. Moje pytanie jak podłączyć i ile tych żarówek?
Z góry dziękuję za odpowiedz.

Ola
Gość

moje gimnazjum będzie likwidowane, na “wyprzedaży garażowej” kupiłam przyrząd do demonstracji linii pola magnetycznego wokół przewodnika z prądem (ten przewodnik to drut miedziany w kształcie zwojnicy); żeby coś zobaczyć, ten przyrząd trzeba podłączyć do prądu 10A, przy napięciu 3-6 V, tata ma taki zasilacz w garażu ale powiedział że mi nie da, bo go spalę… no chyba że podłączę dziesięć grzałek;
nic z tego nie zrozumiałam, bo z tych praw oma to tak nie wynika
proszę o pomoc: co mam zrobić żeby w obwodzie popłynął prąd 10A, korzystając z tego zasilacza

Tomek
Gość

Mam pytanie: gdzie w tych schematach z żarówkami znajdują sie przewody n i l? Na chłopski rozum to brązowy dochodzi do żarówki, a niebieski wychodzi?

Piotr
Gość

Przewody n i l/brązowy i niebieski są w instalacji prądu zmiennego, a tu na przykładach omówiony jest prąd stały.

Dawid
Gość

Witam
Dlaczego w pierwszym obwodzie (szeregowo) mamy prąd 0.4 A a w drugim (równolegle)2.5 A

Łukasz
Gość

A co w przypadku jak mamy napięcie zasilacza 12V i w szereg włączymy dwie żarówki 6V , jak się zachowają prądy w tym przypadku jeżeli np. każda z nich pobiera 2A.

Mateusz
Gość

Ja rozumiem to tak, że skoro żarówki są przystosowane do pracy przy 6 V i pobierają 2 A, to także opór mają taki sam, wobec czego napięcie ze źródła zostanie podzielone po równo, czyli każda z nich “dostanie” po 6 V z zasilacza, a więc takie napięcie, jakie wymagane jest do ich pracy – żarówki się zapalą.

Mateusz
Gość

Tak jak napisał Radek w artykule: “Warty odnotowania jest fakt, że w całym obwodzie natężenie prądu jest takie same.” Oznacza to (i widać to na rysunku przy omawianiu obwodu szeregowego), że przez obie żarówki płynie taki sam prąd o takiej samej wartości. Jeśli masz 2 żarówki i każda z nich ma po 6V to (II prawo Kirchoffa) w sumie mają 12V i tyle też daje zasilacz, więc zapotrzebowanie na napięcie jest spełnione. Wydaje mi się, że jeśli żarówka “dostaje” tyle napięcia ile jest napisane na opakowaniu, to jednocześnie płynie przez nią prąd podany na opakowaniu (czyli w przypadku, o który zapytałeś dla 6V – 2A). Wartość prądu w dużej mierze zależy też od samego zasilacza. Myślę, że warto też wspomnieć, iż żarówka może również świecić, gdy będzie płynął przez nią prąd mniejszy od tego podanego na pudełku (np. może już świecić dla 1,6A ale z pewnością będzie znacznie słabiej świeciła niż przy 2A, matematycznie uzasadnia to wzór podany przez Radka na moc czynną).

Artur
Gość

1. Dlaczego tak jest że w układzie z jednym rezystorem całe napięcie spada właśnie na tym jednym rezystorze, czemu nie może spać tylko część tego napięcia (Tak jak to bywa w przypadku z kilkoma rezystorami)?
2. Jeżeli mam ten jeden rezystor to napięcie “wpompowuje” całą swoją energię tylko w ten jeden rezystor? A co w przypadku gdy mam dwa rezystory skąd prąd wie że musi rozłożyć to napięcie na dwa rezystory? Dlaczego nie da całej energii pierwszemu rezystorowi?
A może po prostu rozkłada swoje siły aby dotrzeć do celu od wyższego potencjału do niższego?

Proszę o pomoc.

PS. Co się stanie gdy połączę baterię przewodnikiem bez rezystora?

Mateusz
Gość

1. Sam sobie po części odpowiedziałeś na pytanie. W przypadku z kilkoma rezystorami napięcie rozkłada się na kilku rezystorach, bo jest kilka rezystorów w obwodzie, jak masz jeden to odkłada się na jednym. Nie wiem czy będzie Ci prościej zrozumieć czy też nie, ale może warto byłoby się zagłębić trochę w teorię obwodów elektrycznych, a konkretnie w II prawo Kirchoffa. Po krótce można by powiedzieć, że NA KAŻDYM elemencie podłączonym do źródła napięcia, przez który płynie prąd elektryczny, odkłada się jakieś napięcie (jest spadek napięcia). Co to ten spadek napięcia? Nic innego jak wartość prądu razy rezystancja elementu U=I*R. Suma tych spadków napięć musi być równa wartości napięcia źródła zasilania w przypadku, gdy mamy obwód szeregowy. W równoległym jest już trochę inaczej, pojawia się takie pojęcie jak “oczko obwodu”, ale tutaj trzeba by się zapoznać z teorią 😛 Tylko część napięcia nie może się odłożyć na tym jednym rezystorze, bo co miałoby się stać z resztą?? Na tym co podłączamy do źródła w sumie musi się odłożyć takie same napięcie jakie ma źródło. Można powiedzieć, że pomijając niewielkie straty, źródło “wpompowuje” całe napięcie jakie tylko ma w obwód do niego podłączony. To tyle jeśli chodzi o zamieszanie z teorią. W praktyce trochę napięcia odkłada się też na przewodach, ale to są tak bardzo małe wartości, że można je pominąć (mała wartość oporu przewodu=mały spadek napięcia).
2. Jak już napisałem tak już jest, że na każdym elemencie przez który płynie prąd, występuje spadek napięcia. Wszystko wynika ze wzoru U=I*R. Rezystor ma jakąś rezystancję, płynie przez niego jakiś prąd więc U nie może być 0 😉

PS: wtedy nastąpi tzw. zwarcie. Przewodnik ma bardzo małą rezystancję więc ze wzoru I=U/R popłynie prąd znacznie większy niż gdybyś dołączył jakiś opornik. Wszystko zależy od pojemności baterii, może się spalić, wybuchnąć. Można zawsze bezpiecznie sprawdzić jak robili to inni 🙂 https://www.youtube.com/watch?v=Rm5lMKNHpA0

Michał
Gość

UWAGA: podłączam się pod pytanie nr 1 i bardzo proszę o odpowiedź, ponieważ nie daje mi to spokoju w kolejnych lekcjach i gubię często tok rozumowania gdy już wydaje mi się, że jest OK.

Mateusz
Gość

Analogia wodna: woda lecąca z kranu napędzana jest przez ciśnienie. Gdy masz jeden kran, to ono całe “jest rozładowywane” na nim. Gdybyś połączył 2 krany ze sobą, jeden za drugim i włączył je oba na raz, powiedzmy, że po równo, to ciśnienie by Ci się rozdzieliło na oba, a nie poszłoby całe na pierwszy kran. W momencie gdybyś zmniejszył na jednym z kranów strumień wody, to na drugim by ciśnienie wzrosło. Tak też jest z tym szeregowym połączeniem żarówek – jedna ma opór 24 omy, druga 6 omów – to właśnie te przykręcenie kranu, ale w obwodzie elektrycznym. W momencie, gdy by była tylko 1 żarówka (rezystor), to całe napięcie by zostało na nią przekazane.

marcin
Gość

a mam pytanie w laczeniu szeregowym skad sie wzielo 0,4 v ?

Mateusz
Gość

Cześć. Ponieważ masz stałe napięcie 12 V ze źródła i 2 oporniki tak jakby “w jednej linii (prąd nie rozdziela się tu nigdzie). Wiemy, że prąd I=U/R, gdzie w takiej sytuacji opór R=R_żarówka1+R_żarówka2, wobec czego I=12/(24+6)=0,4 V. Jeśli źle to opisałem, to poprawcie. Pozdrawiam 🙂

Krzysztof
Gość

A dokładnie w którym miejscu jest 0,4V?

Grzegorz
Gość

Witam
Wydaje mi się, że z napięciem w układzie szeregowym jest błąd. Zapisałeś że do pierwszej żarówki doprowadzone jest 12V więc świeci normalnie, a do drugiej dotarło napięcie 2,4V więc nie świeci. Napięcie jest różnicą potencjałów, więc napięcie na 1 żarówce równa się 12-2,4 = 9,6V. Jeżeli świeci to z tytułu, że takie napięcie jest dla niej wystarczające do zadziałania. Gdyby żarówki miały równy opór, każda byłaby zasilana napięciem 6V i obie by nie świeciły.
Pozdrawiam

Łukasz
Gość

Zastanawiam się nad napięciem U=0 za żarówkami, jeśli jest równe 0 to prąd nie powinien płynąć…

Maciek
Gość

Świetny blog w przystępnej formie! Dzięki za wysiłek włożony w jego powstanie, przyjemnie się to czyta 😉 I dyskusje w komentarzach również fajnie rozjaśniają co nieco, taka wisienka na torcie ;P

Tomek
Gość

Świetny blog. Mam do Ciebie pytanie co do mocy tych żarówek. Jeżeli porównujemy dwie żarówki, które mają różną rezystancję. Przez żarówkę, która ma mniejszą oporność przepływa więcej prądu niż przez żarówkę, która ma większą oporność. Wychodzi, że jeśli kupimy żarówkę, która ma bardzo małą oporność to za prąd zapłacimy więcej niż za żarówkę, która ma bardzo dużą rezystancję, przez którą popłynie mało prądu?

Kami
Gość

Świetny blog! ale mam kilka pytań na rozjaśnienie.
1.W pierwszej symulacji napięcie przed żarówka wynosi 12V potem po pierwszej zarówce wynosi 2.4 V czyli pierwsza zarówką zabrała 10.6V. Da drugiej zarówki zostało tylko 2,4V a co jesli by byla trzecia zarówka? to juz nie zaswiecilaby? -bo przeciez na obwodzie jest 0V
2. Na drugiej symulacji z polaczeniem szeregowo napiecie po żarówkach róniez wynosi 0 jak to jest ze raz zarówka niweluje napiećie do 0V raz do 2.4V od czego to zależy?

Marcin
Gość

Hey.

na początku gratuluje pomysłu! Super sprawa znacznie ułatwiająca naukę. Mam jednak pewien dylemat dotyczący układu równoległego. Załóżmy więc że mamy pewne źródło o napięciu 1500V w tym momencie podłączamy do niego dwa równoległe obwody w których są np 2 silniki elektryczne połączone między sobą szeregowo. Jakie będzie napięcie na poszczególnych silnikach?

Małgorzata
Gość

Dzięki za odpowiedź!
Taki mały pomysł: skoro jest Akademia, to przydałby się jakiś test sprawdzający wiedzę na koniec!

Małgorzata
Gość

Super blog, super pomysł z Akademią. Zaczynam przekopywać się przez każdy temat od początku. 🙂
Pytanie: jak oblicza się ilość prądu na źródle? Przyjmuje się U=12V, a jaki przyjmujesz R (i na jakiej zasadzie), tak że prąd na zasilaniu wynosi 2.5 A?

Lukasz
Gość

Witam,
Na początku brawo za stronke 🙂 Po drugie kilka pytan od początkującego: Czym/jak jest definiowane natężenie prądu potrzebne danemu urządzeniu do działania ? W przykladzie z żarówkami jedna żarówka potrzebowała tylko 0.5A a na drugą poleciała cała reszta czyli 2.0A. Co jeśli te 2A jest za dużo dla tej drugiej żarówki ? Da się to jakoś kontrolować ? Jak to jest w sieci elektrycznej/domowej że urządzenia pobierają tylko tyle Amper ile potrzebują ?
Dziękuje za podpowiedzi.

Paweł
Gość

Szkoda że nie ma rozpisanych wzorów dotyczących tego dlaczego tam jest takie napięcie a nie inne, dlaczego w połączeniu szeregowym jest niższe natężenie prądu, itd. Ja ogólnie wiem, ale chciałbym mieć to wzorem, tylko tego brakuje 😉

wpDiscuz