Obwód szeregowy to obwód, w którym elementy są połączone jeden za drugim, więc prąd ma tylko jedną drogę i przepływa przez wszystkie po kolei. W każdym miejscu takiego obwodu natężenie prądu jest takie samo, a napięcie źródła dzieli się między poszczególne elementy.
Zostań elektrykiem z uprawnieniami SEP
Kurs online G1 / G2 / G3 + egzamin państwowy - 100% zdawalności
z kodem ELEKTRYCZKA = 10% rabatu!
Na czym polega połączenie szeregowe i jak je rozpoznać?
Połączenie szeregowe poznasz po tym, że między dwoma sąsiednimi elementami nie ma żadnego rozgałęzienia. Koniec jednego odbiornika łączy się z początkiem następnego, a cała sekwencja zamyka się przez źródło napięcia. Jeśli możesz prześledzić palcem drogę prądu i nigdzie nie musisz wybierać, w którą stronę skręcić, to masz przed sobą obwód szeregowy.
Stąd wynika podstawowa cecha układu: przez każdy element płynie to samo natężenie prądu. Dzieje się tak zgodnie z pierwszym prawem Kirchhoffa (prawa Kirchhoffa): w każdym punkcie połączenia dwóch elementów tyle prądu wpływa, ile wypływa, a innej drogi po prostu nie ma. Ogólną budowę obwodu i jego stany opisuje hasło obwód elektryczny, a tutaj chodzi wyłącznie o sytuację, w której wszystko tworzy jedną pętlę.
I = I1 = I2 = … = In
- I – natężenie prądu płynącego w obwodzie [A]
- I1, I2, In – natężenia prądu w kolejnych elementach [A]
Jak policzyć rezystancję zastępczą obwodu szeregowego?
Rezystancja zastępcza to jedna wartość, którą możesz wstawić w miejsce całego łańcucha elementów bez zmiany prądu pobieranego ze źródła. W połączeniu szeregowym rezystancje po prostu się dodają, bo prąd pokonuje opór każdego elementu po kolei:
Rz = R1 + R2 + … + Rn
- Rz – rezystancja zastępcza obwodu [Ω]
- R1, R2, Rn – rezystancje kolejnych elementów [Ω]
Rezystancja zastępcza jest więc zawsze większa od największej z rezystancji składowych. Dołożenie kolejnego elementu zwiększa ją, a przy stałym napięciu źródła prąd maleje, co wynika wprost z prawa Ohma.
Weźmy trzy rezystory o rezystancji 100 Ω, 150 Ω i 250 Ω, połączone szeregowo i zasilone napięciem 230 V. Rezystancja zastępcza wynosi 500 Ω, a prąd w obwodzie to I = U / Rz = 230 V / 500 Ω = 0,46 A. Taki sam prąd płynie przez każdy z trzech rezystorów.
Jak rozkłada się napięcie na elementach połączonych szeregowo?
Skoro prąd jest wspólny, napięcie na elemencie zależy już tylko od jego rezystancji: im większa rezystancja, tym większy spadek napięcia. Suma wszystkich spadków równa się napięciu źródła, co stanowi treść drugiego prawa Kirchhoffa. Tę zależność nazywamy dzielnikiem napięcia:
Uk = U · Rk / Rz
- Uk – napięcie na wybranym elemencie [V]
- U – napięcie zasilające cały obwód [V]
- Rk – rezystancja tego elementu [Ω]
- Rz – rezystancja zastępcza obwodu [Ω]
Dla trzech rezystorów z poprzedniego przykładu wyniki zebrano w tabeli. Największy spadek napięcia wypada na rezystorze o największej rezystancji.
| Element | Rezystancja [Ω] | Prąd [A] | Napięcie [V] |
|---|---|---|---|
| R1 | 100 | 0,46 | 46 |
| R2 | 150 | 0,46 | 69 |
| R3 | 250 | 0,46 | 115 |
| Cały obwód | 500 | 0,46 | 230 |
Dokładnie tak samo działa spadek napięcia na przewodzie zasilającym, bo przewód i odbiornik tworzą połączenie szeregowe. Skutki tego zjawiska w instalacji opisuje hasło spadek napięcia.
Gdzie spotkasz połączenie szeregowe w praktyce?
Najłatwiej wyobrazić to sobie na łańcuchu lampek ozdobnych. Gdyby 50 jednakowych żaróweczek miało pracować po połączeniu szeregowym w sieci 230 V, na każdą przypadałoby 230 V / 50 = 4,6 V. Cały łańcuch ma wspólny prąd, więc jedna przepalona żaróweczka przerywa jedyną drogę i gasi wszystkie pozostałe.
W instalacji elektrycznej szeregowo łączy się to, co ma coś chronić albo sterować. Wyłącznik nadprądowy, bezpiecznik topikowy i zwykły łącznik oświetlenia włączasz w szereg z odbiornikiem, ponieważ muszą przerwać dokładnie ten prąd, który przez niego płynie. W szereg z odbiornikiem połączone są też przewody, a ich rezystancja odpowiada za spadek napięcia, którego dopuszczalną wartość ogranicza norma PN-HD 60364. Szeregowo włącza się również amperomierz, żeby objął cały prąd obwodu (pomiar natężenia prądu).
Podczas egzaminu SEP grupy 1 oba wzory z tego hasła, czyli dodawanie rezystancji i dzielnik napięcia, wystarczą do policzenia rezystancji zastępczej, prądu oraz napięcia na wybranym elemencie.
Co jest lepsze: połączenie szeregowe czy równoległe?
Żadne nie jest lepsze samo w sobie, bo każde rozwiązuje inne zadanie. Szereg sprawdza się tam, gdzie elementy mają podzielić napięcie albo gdzie jeden prąd ma przejść przez aparat zabezpieczający. Odbiorniki zasilane w domu napięciem 230 V układa się natomiast obok siebie. Zestawienie obu połączeń w jednej tabeli znajdziesz w haśle obwód równoległy.
Najczęściej zadawane pytania
W połączeniu szeregowym elementy ułożone są jeden za drugim, więc prąd ma jedną drogę i przepływa przez wszystkie po kolei. Natężenie prądu jest wszędzie takie samo, a napięcie źródła dzieli się między elementy proporcjonalnie do ich rezystancji. Rezystancja zastępcza jest sumą rezystancji składowych.
Dodajesz wszystkie rezystancje: Rz = R1 + R2 + … + Rn. Dla rezystorów 100 Ω, 150 Ω i 250 Ω wynik to 500 Ω. Rezystancja zastępcza zawsze przewyższa największy z rezystorów składowych.
Technicznie tak, ale napięcie sieci podzieli się między żarówki. Dwie jednakowe żarówki na 230 V dostaną po 115 V, więc będą świecić wyraźnie słabiej, a żarówka o większej rezystancji przejmie większą część napięcia. Gdy jedna się przepali, zgaśnie także druga, dlatego w instalacji mieszkaniowej odbiorniki 230 V łączy się równolegle.
Obwód zostaje przerwany w jedynym możliwym miejscu, więc prąd przestaje płynąć przez wszystkie elementy. Na przerwie pojawia się całe napięcie źródła, ponieważ pozostałe elementy nie mają już prądu, a więc i spadków napięcia. Na tej samej zasadzie działa wyłącznik: przerywa obwód w jednym punkcie i odłącza cały odbiornik.
