Istnieją dwa sposoby łączenia elementów w obwodzie elektrycznym: połączenie szeregowe i połączenie równoległe. Wszystkie systemy elektryczne, które możemy znaleźć w domach, sklepach lub fabrykach są tworzone przez jeden lub więcej obwodów z elementami równolegle. Zanim wyjaśnimy, dlaczego instalacje elektryczne wykonuje się w ten sposób, omówimy nieco bardziej szczegółowo, z czego składa się obwód elektryczny w zależności od połączenia jego elementów.
Co to jest obwód elektryczny
Najprostszy obwód, jaki możemy stworzyć, to kawałek przewodu łączący źródło energii elektrycznej z urządzeniem elektrycznym. Przez urządzenie rozumiemy takie elementy jak żarówka, pralka czy telewizor, by wymienić tylko kilka przykładów. Rozmieszczenie tych elementów jest tym, co określa typ obwodu jako szeregowy lub równoległy.
Obwody szeregowe
Jest to obwód, w którym wszystkie jego elementy znajdują się na tej samej linii. Jest on stosowany głównie w urządzeniach elektrycznych zasilanych bateriami, takich jak latarki. Okablowanie biegnie w sposób ciągły od bieguna dodatniego akumulatora, przez żarówkę i przełącznik do bieguna ujemnego.
W tej konfiguracji wszystkie elementy są częścią obwodu. Gdybyśmy usunęli którekolwiek z tych urządzeń lub gdyby uległy one awarii, prąd przestałby płynąć. Gdyby światła w naszym domu były połączone w ten sposób, moglibyśmy mieć tylko jeden ogólny przełącznik, który włączałby wszystkie żarówki w tym samym czasie, a za każdym razem jedna z nich by wybuchła i musielibyśmy ją zmienić, aby mieć światło.
Obwód równoległy
W tym przypadku można powiedzieć, że wszystkie gniazda wejściowe pasują do siebie, podobnie jak wyjściowe. Rozgałęziając obwód główny możemy podłączyć równolegle kilka urządzeń, dzięki czemu nawet w przypadku awarii jednego z nich, prąd nie przestanie płynąć do pozostałych elementów.
Dlaczego instalacja elektryczna w domu jest równoległa
Po zapoznaniu się z podstawowymi cechami obu konfiguracji, łatwo sobie wyobrazić, że nie jest możliwe, aby różne urządzenia elektroniczne w domu były połączone szeregowo. Decydując się na połączenie równoległe możemy mieć kilka gniazdek, co nie byłoby możliwe przy połączeniu szeregowym, oraz wszelkiego rodzaju elementy podłączone do sieci, bez konieczności włączania ich wszystkich w tym samym czasie. Ponadto, urządzenia elektryczne pracują z określonym napięciem, w naszym przypadku 220V lub 240V. W obwodach szeregowych, gdy mijamy każdy element, następuje spadek poziomu napięcia, natomiast w obwodach równoległych napięcie zasilające każdy element pozostaje stałe.
Elementy bezpieczeństwa w obwodach elektrycznych
W obwodach równoległych zaznaczyliśmy już, że napięcie pozostaje stałe dla wszystkich elementów. Następnie, w miarę dodawania elementów, wzrasta natężenie prądu płynącego przez obwód elektryczny, a wraz z nim ciepło wytwarzane w kablu. Możemy to zobaczyć za pomocą kilku formuł.
Zgodnie z prawem Ohma, napięcie (V) jest równe natężeniu prądu (I) w obwodzie pomnożonemu przez opór (R) obwodu:
Opór zastępczy przy połączeniu równoległym definiuje się jako:
Tak więc, jeśli mamy dwa oporniki o wartości 100Ω (Ω to symbol Ohma, czyli jednostki, w której mierzy się opór), to równoważny opór wyniesie 50Ω, jeśli mamy trzy, to będzie to 33,3Ω. Dlatego też, jeśli powiedzieliśmy, że V jest stałe, a R maleje, to proporcjonalnie wzrasta wartość I, a wraz z nią temperatura.
Jeśli temperatura ta wzrośnie powyżej określonej wartości, może dojść do pożaru. Z tego powodu stosuje się mechanizmy zabezpieczające, takie jak bezpieczniki lub wyłączniki autometyczne, które odcinają zasilanie elektryczne, gdy temperatura wzrośnie powyżej określonego progu.
Teraz już wiemy, dlaczego w każdym budynku instalacja elektryczna tworzy obwód równoległy.