Ηλεκτρικό κύκλωμα

Ηλεκτρικό κύκλωμα ονομάζεται μία κλειστή αγώγιμη από το ηλεκτρικό ρεύμα διαδρομή. Τα στοιχεία τα οποία συμμετέχουν στο κύκλωμα ονομάζονται ηλεκτρικά στοιχεία.

Σχηματικές παραστάσεις κυκλωμάτων

Ηλεκτρικά στοιχεία

Σύμβολα απλών στοιχείων ηλεκτρικού κυκλώματος.

Υπάρχουν βασικά τριών ειδών ηλεκτρικά στοιχεία:

• Τα παραγωγικά ηλεκτρικά στοιχεία, δηλαδή οι πηγές. Στις πηγές οφείλεται η ηλεκτρεγερτική δύναμη (ΗΕΔ), η οποία είναι η αιτία του ηλεκτρικού ρεύματος στο κύκλωμα, δηλαδή οι πηγές δημιουργούν ηλεκτρικό πεδίο, ώστε να ασκούνται δυνάμεις στα ελεύθερα ηλεκτρόνια του κυκλώματος, άρα και να δημιουργείται ηλεκτρικό ρεύμα.
• Οι αγωγοί. Οι αγωγοί συνδέουν την πηγή με τις συσκευές και μεταφέρουν το ηλεκτρικό ρεύμα, άρα και την ηλεκτρική ενέργεια εκεί που χρειάζεται.
• Τα καταναλωτικά ηλεκτρικά στοιχεία, δηλαδή οι συσκευές. Οι συσκευές καταναλώνουν την ηλεκτρική ενέργεια, για να εκτελέσουν μία λειτουργία, όπως ο φωτισμός.

Οι πηγές, άρα και τα κυκλώματα και οι συσκευές, είναι δύο ειδών συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος (DC) και εναλλασσόμενου ηλεκτρικού ρεύματος (AC). Η μπαταρία είναι φορητή πηγή συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος. Οι θερμικές συσκευές μπορούν να δουλέψουν με τον ίδιο τρόπο και στα δύο είδη ρεύματος. Οι αγωγοί επειδή λειτουργούν και αυτοί σαν θερμικές συσκευές δε διαχωρίζονται σε αυτές τις δύο κατηγορίες.

Στα στοιχεία για κυκλώματα συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος υπάρχει επισήμανση + και -, όπως και στην πηγή. Σε κάθε συσκευή το άκρο + συνδέεται με το άκρο + της πηγής ή με άκρο - μιας άλλης συσκευής, ενώ το άκρο - της συσκευής συνδέεται με το άκρο - της πηγής ή άκρο + μιας άλλης συσκευής.

Είδη κυκλωμάτων

Τα κυκλώματα που λειτουργούν με ηλεκτρικό ρεύμα διαχωρίζονται σε ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά. Τα ηλεκτρονικά κυκλώματα αποτελούνται σχεδόν αποκλειστικά από ημιαγωγούς ηλεκτρικού ρεύματος και τις προσμίξεις τους. Τα υπόλοιπα κυκλώματα ονομάζονται ηλεκτρικά. Ωστόσο, τα τελευταία χρόνια εντοπίζονται σε ηλεκτρονικά κυκλώματα στοιχεία ηλεκτρικών κυκλωμάτων (όπως είναι τα πηνεία στη μητρική πλακέτα του υπολογιστή) και ηλεκτρονικά στοιχεία (μικροαντιστάσεις) σε ηλεκτρικά κυκλώματα. Επιπλέον, υπάρχουν και διατάξεις οι οποίες λειτουργούν σαν κυκλώματα χωρίς να διαρρέονται από ηλεκτρικό ρεύμα, όπως τα μαγνητικά κυκλώματα, τα οπτικά κυκλώματα και ακόμη πιο σύνθετες διατάξεις όπως αυτές της μηχανοτρονικής.

Μελέτη κυκλώματος

Συνδέσεις δύο συσκευών Σ1 και Σ2.

Στα (ηλεκτρικά) κυκλώματα διακρίνουμε επιπλέον τα εξής μέρη:

• Κόμβος: Σημείο στο οποίο συντρέχουν περισσότεροι από δύο αγωγοί. Συνήθως επισημαίνονται με γράμματα ως σημεία αναφοράς για τη μελέτη του κυκλώματος.
• Κλάδος:Μέρος ενός κυκλώματος μεταξύ δύο διαδοχικών κόμβων.
• Βρόχος:Μέρος ενός κυκλώματος που απαρτίζεται από διαδοχικούς κλάδους σχηματίζοντας μία ακριβώς κλειστή διαδρομή.

Συνήθως σε κάθε κύκλωμα χρειάζεται να υπολογίζουμε σε κάθε συσκευή την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που τη διαρρέει, την τάση που εφαρμόζεται στα άκρα της, την ισχύ που μεταφέρεται στη συσκευή και άλλα. Για τον υπολογισμό όλων αυτών των πληροφοριών σε ένα κύκλωμα χρησιμοποιούμε συνήθως τους νόμους του Ωμ και τους κανόνες του Κίρχοφ γνωρίζοντας την αντίσταση των συσκευών (και των αγωγών, αν δεν είναι αμελητέα) και την ηλεκτρεγερτική δύναμη της πηγής ή των πηγών.

Κάθε συσκευή έχει ακροδέκτες, δηλαδή σημεία με τα οποία συνδέεται στο κύκλωμα. Έστω ένα ήδη σχηματισμένο κύκλωμα. Αν θέλουμε να συνδέσουμε και μία άλλη συσκευή δύο ακροδεκτών στο κύκλωμα, τότε μπορούμε ή να την παρεμβάλλουμε σε έναν κόμβο (σύνδεση σε σειρά) ή να τη συνδέσουμε εφαρμόζοντας τους ακροδέκτες σε δύο ξεχωριστούς κόμβους (σύνδεση παράλληλα). Αν δύο συσκευές είναι συνδεδεμένες σε σειρά, τότε σημαίνει ότι σχηματίζουν έναν κλάδο με δύο άκρα, ενώ αν είναι συνδεδεμένες παράλληλα σημαίνει ότι σχηματίζουν ένα βρόχο.

Λειτουργία κυκλώματος

Η ηλεκτρική εγκατάσταση στο σπίτι αποτελεί μια εφαρμογή της παράλληλης σύνδεσης αντιστάσεων. Οι ηλεκτρικές οικιακές συσκευέςκαι τα φώτα είναι συνδεδεμένα παράλληλα ώστε σε κάθε κύκλωμα να μη μειώνεται η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος και καθένα από αυτά να λειτουργεί ανεξάρτητα από τα υπόλοιπα.