Becuri în serie și paralel: diferențe și calcule

Becurile legate în serie sunt străbătute de același curent, iar becurile legate în paralel au aceeași tensiune între borne. În serie există un singur traseu pentru curent. În paralel există ramuri separate, conectate între aceleași două noduri. Din această diferență rezultă felul în care se distribuie tensiunea, ce se întâmplă când un bec se întrerupe și cât curent cere circuitul de la sursă.

Desenul te poate păcăli: două becuri aflate unul lângă altul pe hârtie nu sunt neapărat „în paralel”. Contează legăturile electrice, nu poziția simbolurilor. Urmărește traseele dintre borne înainte să aplici formulele.

Exemplele de mai jos sunt modele pe hârtie pentru circuite școlare de joasă tensiune. Pentru o demonstrație practică se folosesc kituri didactice alimentate din baterii, conform instrucțiunilor și cu îndrumarea profesorului. Nu aplica aceste exemple la prize sau instalații electrice.

Cum recunoști o legare în serie?

Pornești de la o bornă a sursei și ajungi la cealaltă trecând succesiv prin primul bec și apoi prin al doilea, fără o ramificație între ele. Curentul nu are o rută alternativă. Dacă firul dintre becuri se întrerupe, întregul traseu se deschide.

Într-o legare simplă în serie, I₁ = I₂ = I. Nu există „curent rămas” după primul bec: aceeași cantitate de sarcină electrică traversează fiecare element în același interval de timp. Becurile transformă energie electrică în alte forme; nu consumă sarcina electrică din circuit.

Tensiunile se adună: U = U₁ + U₂. Pentru două elemente identice, în aceleași condiții, fiecare primește jumătate din tensiunea totală. Pentru elemente diferite nu poți împărți tensiunea automat în două părți egale. Regulile circuitului în serie sunt prezentate în lecția OpenStax despre circuite în serie.

Cum recunoști o legare în paralel?

Fiecare bec este pe o ramură proprie. Un capăt al fiecărei ramuri este legat la același nod, iar celălalt la un al doilea nod comun. Astfel, fiecare bec se află între aceleași două puncte electrice.

Consecința este U₁ = U₂ = U. Curentul total se împarte între ramuri și se recompune la celălalt nod: I = I₁ + I₂. Curenții din ramuri sunt egali numai dacă elementele sunt identice și funcționează în aceleași condiții.

Dacă o ramură se întrerupe, cealaltă poate rămâne alimentată. Afirmația presupune că sursa și traseele comune funcționează în continuare; nu descrie orice defect posibil. Poți verifica relațiile în lecția OpenStax despre circuite în paralel.

Ce compari?	Serie	Paralel
Trasee prin becuri	Un singur traseu	Ramuri distincte
Mărime comună	Curentul	Tensiunea
Relație de adunare	U = U₁ + U₂	I = I₁ + I₂
O ramură cu bec se întrerupe	Se deschide tot circuitul simplu	Cealaltă ramură poate funcționa

De ce trebuie precizat modelul înainte de calcule?

Un bec cu filament nu este un rezistor cu rezistență constantă în orice situație. Filamentul se încălzește, iar rezistența lui se modifică, așa cum explică exemplul OpenStax despre rezistența unui bec la încălzire. De aceea, calculele următoare folosesc două elemente rezistive identice, de 12 Ω fiecare, ca model simplificat pentru comparație. Nu sunt predicții exacte pentru două becuri cumpărate din magazin.

Mai presupunem o sursă ideală de 6 V și fire cu rezistență neglijabilă. Sursa ideală menține tensiunea chiar dacă se schimbă curentul cerut. O baterie reală are limite și rezistență internă, deci rezultatele măsurate pot diferi.

Exemplul 1: două elemente de 12 Ω în serie

Rezistențele se adună: $R_{\text{serie}}$ = 12 + 12 = 24 Ω. Din legea lui Ohm, curentul total este I = U/R = 6/24 = 0,25 A. Acest curent trece prin ambele elemente.

Tensiunea pe fiecare este U₁ = I × R₁ = 0,25 × 12 = 3 V. Pentru al doilea obții tot 3 V. Verificarea este imediată: 3 V + 3 V = 6 V, tensiunea sursei.

Puterea pe fiecare element este P₁ = U₁ × I = 3 × 0,25 = 0,75 W. Puterea totală este 1,5 W. Poți verifica separat: P = U × I = 6 × 0,25 = 1,5 W.

Exemplul 2: aceleași elemente, în paralel

Fiecare element primește cei 6 V. Curentul unei ramuri este I₁ = 6/12 = 0,5 A. A doua ramură cere tot 0,5 A, deci sursa furnizează în total I = 0,5 + 0,5 = 1 A.

Rezistența echivalentă rezultă din $R_{\text{echivalent}}$ = U/I = 6/1 = 6 Ω. Este mai mică decât fiecare rezistență de 12 Ω, deoarece am adăugat o cale de trecere a curentului.

Puterea pe fiecare element este P₁ = 6 × 0,5 = 3 W, iar puterea totală este 6 W. În modelul ales, fiecare element primește de patru ori puterea din cazul serie. Această proporție numerică rezultă din rezistențe fixe și aceeași sursă ideală; nu o aplica automat filamentelor reale.

Care bec luminează mai puternic?

Pentru becuri cu filament identice, potrivite pentru sursă, legarea în paralel oferă fiecărui bec tensiunea sursei; în serie, tensiunea se împarte. Astfel, în condițiile obișnuite ale comparației școlare, becurile în paralel luminează mai puternic. Comparația presupune că sursa poate furniza curentul necesar și că becurile sunt utilizate în limitele lor.

Luminozitatea nu trebuie confundată cu valoarea curentului total din circuit. În exemplul paralel, curentul de 1 A nu trece prin fiecare element. Prin fiecare ramură trec 0,5 A. Dacă scrii 1 A la fiecare, suma ramurilor nu mai corespunde curentului sursei.

O problemă cu două rezistențe diferite

Lucrăm din nou cu rezistențe fixe: R₁ = 10 Ω și R₂ = 20 Ω, în serie la o sursă ideală de 6 V. Rezistența totală este 30 Ω, iar curentul I = 6/30 = 0,2 A.

U₁ = 0,2 × 10 = 2 V și U₂ = 0,2 × 20 = 4 V. Deși există două elemente, tensiunea nu se împarte egal. Elementul cu rezistență mai mare are căderea de tensiune mai mare, fiind parcurs de același curent.

Dacă le conectezi în paralel la aceeași sursă ideală, fiecare are 6 V, însă I₁ = 6/10 = 0,6 A și I₂ = 6/20 = 0,3 A. De data aceasta se schimbă distribuția curenților. Pentru a verifica formulele cu mai multe operații, folosește ghidul ordinii operațiilor.

Cum citești o schemă fără să te încurci?

• Marchează cele două borne ale sursei.
• Urmărește firele continue și identifică nodurile comune.
• Întreabă-te dacă există o singură cale sau ramuri separate.
• Scrie mărimea comună: curent pentru serie, tensiune pentru paralel.
• Calculează și verifică suma tensiunilor sau a curenților.

Dacă desenul se îndoaie sau firele sunt lungi, conexiunea nu se schimbă doar din cauza formei grafice. La intersecții, urmărește convenția schemei pentru punctele de conexiune. Două linii care se încrucișează nu trebuie presupuse conectate fără marcajul corespunzător.

Întrebări de verificare

În serie, al doilea bec primește mai puțin curent?

Nu. În circuitul simplu în serie, curentul este același prin ambele becuri. Pentru elemente diferite se poate modifica distribuția tensiunii.

În paralel, adăugarea unei ramuri reduce curentul total?

Cu o sursă ideală de tensiune și rezistențe pozitive, adăugarea unei ramuri rezistive crește curentul total. Rezistența echivalentă scade. O sursă reală poate ajunge la limita de funcționare.

Care este următorul pas după aceste exemple?

Refă cele două calcule cu sursa de 3 V, păstrând rezistențele de 12 Ω. În serie obții 0,125 A, iar în paralel 0,5 A în total. Pentru alte explicații, explorează articolele de științe. Dacă vrei să discuți schemele cu un profesor, vezi cum funcționează Hola25 și adu desenul pe care nu ai reușit să îl interpretezi.