Courant et tension avec câblage parallèle, série et mixte

Les circuits électriques réels comprennent le plus souvent non pas un fil, mais plusieurs fils connectés d'une manière ou d'une autre les uns aux autres. Dans sa forme la plus simple circuit électrique il n'y a qu'une "entrée" et une "sortie", c'est-à-dire deux sorties pour se connecter à d'autres fils à travers lesquels la charge (courant) a la capacité de circuler dans le circuit et de quitter le circuit. À un courant constant dans le circuit, les valeurs de courant d'entrée et de sortie seront les mêmes.

Si vous regardez un circuit électrique qui comprend plusieurs fils différents et que vous considérez une paire de points (entrée et sortie) dessus, alors en principe, le reste du circuit peut être considéré comme une seule résistance (en termes de résistance équivalente ).

Avec cette approche, ils disent que si le courant I est le courant dans le circuit et que la tension U est la tension aux bornes, c'est-à-dire la différence de potentiels électriques entre les points "d'entrée" et "de sortie", alors le rapport U / I peut être considéré comme la valeur de la résistance équivalente R du circuit entièrement.

Si Loi d'Ohm est satisfaite, la résistance équivalente peut être calculée assez facilement.

Courant et tension avec connexion en série des fils

Dans le cas le plus simple, lorsque deux conducteurs ou plus sont connectés ensemble dans un circuit en série, le courant dans chaque conducteur sera le même et la tension entre la "sortie" et "l'entrée", c'est-à-dire aux bornes du circuit entier, sera égal à la somme des tensions dans les résistances qui composent le circuit. Et puisque la loi d'Ohm est valable pour chacune des résistances, on peut écrire :

Ainsi, les modèles suivants sont caractéristiques de la connexion en série des fils :

• Pour trouver la résistance totale du circuit, on additionne les résistances des fils qui composent le circuit ;

• Le courant traversant le circuit est égal au courant traversant chacun des fils qui composent le circuit;

• La tension aux bornes d'un circuit est égale à la somme des tensions dans chacun des fils qui composent le circuit.

Courant et tension avec connexion parallèle des fils

Lorsque plusieurs fils sont connectés en parallèle entre eux, la tension aux bornes d'un tel circuit est la tension de chacun des fils qui composent le circuit.

Les tensions de tous les fils sont égales entre elles et égales à la tension appliquée (U). Le courant traversant l'ensemble du circuit — à « l'entrée » et à la « sortie » — est égal à la somme des courants dans chacune des branches du circuit, combinés en parallèle et composant ce circuit. Sachant que I = U / R, on obtient que :

Ainsi, les modèles suivants sont caractéristiques de la connexion parallèle des fils:

• Pour trouver la résistance totale du circuit, additionnez les inverses des résistances des fils qui composent le circuit ;

• Le courant traversant le circuit est égal à la somme des courants traversant chacun des fils formant le circuit ;

• La tension aux bornes d'un circuit est égale à la tension aux bornes de chacun des fils qui composent le circuit.

Circuits équivalents de circuits simples et complexes (combinés)

Dans la plupart des cas, les schémas électriques représentant une connexion combinée de fils se prêtent à une simplification pas à pas.

Des groupes de parties connectées en série et en parallèle du circuit sont remplacés par des résistances équivalentes selon le principe ci-dessus, en calculant pas à pas les résistances équivalentes des pièces, puis en les ramenant à une valeur équivalente de la résistance de l'ensemble du circuit.

Et si au début le circuit semble assez déroutant, alors, simplifié pas à pas, il peut être décomposé en circuits plus petits de fils connectés en série et en parallèle, et donc au final il est grandement simplifié.

En attendant, tous les régimes ne peuvent pas être simplifiés de manière aussi simple. Un circuit de fils en "pont" apparemment simple ne peut pas être étudié de cette manière. Quelques règles doivent s'appliquer ici :

• Pour chaque résistance, la loi d'Ohm est remplie ;

• A chaque nœud, c'est-à-dire au point de convergence de deux ou plusieurs courants, la somme algébrique des courants est nulle : la somme des courants entrant dans le nœud est égale à la somme des courants sortant du nœud (La première règle de Kirchhoff);

• La somme des tensions sur les sections de circuit lors du contournement de chaque chemin de «l'entrée» à la «sortie» est égale à la tension appliquée au circuit (deuxième loi de Kirchhoff).

Fils de pont

Pour considérer un exemple d'utilisation des règles ci-dessus, nous calculons un circuit assemblé à partir de fils combinés dans un circuit en pont. Pour que les calculs ne soient pas trop compliqués, nous supposerons que certaines des résistances des fils sont égales les unes aux autres.

Désignons les directions des courants I, I1, I2, I3 sur le chemin de "l'entrée" au circuit - à la "sortie" du circuit. On peut voir que le circuit est symétrique, donc les courants traversant les mêmes résistances sont les mêmes, nous les désignerons donc avec les mêmes symboles. En fait, si vous modifiez «l'entrée» et la «sortie» du circuit, le circuit sera indiscernable de l'original.

Pour chaque nœud, vous pouvez écrire les équations de courant, basées sur le fait que la somme des courants entrant dans le nœud est égale à la somme des courants sortant du nœud (loi de conservation de la charge électrique), vous obtenez deux équations :

L'étape suivante consiste à écrire les équations pour les sommes des tensions pour les sections individuelles du circuit lorsque vous parcourez le circuit de l'entrée à la sortie de différentes manières. Le circuit étant symétrique dans cet exemple, deux équations suffisent :

Lors du processus de résolution d'un système d'équations linéaires, une formule est obtenue pour trouver l'amplitude du courant I entre les bornes "d'entrée" et "de sortie", en fonction de la tension spécifiée U appliquée au circuit et des résistances des fils :

Et pour la résistance équivalente totale du circuit, basée sur le fait que R = U / I, la formule est la suivante :

Vous pouvez même vérifier l'exactitude de la solution, par exemple, en conduisant aux cas limites et particuliers des valeurs de résistance :

Vous savez maintenant comment trouver le courant et la tension pour les fils parallèles, en série, mixtes et même de connexion en appliquant la loi d'Ohm et les règles de Kirchhoff. Ces principes sont très simples, et même le circuit électrique le plus complexe avec leur aide est finalement réduit à une forme élémentaire grâce à quelques opérations mathématiques simples.