Zijn kerstlampjes in serie of parallel?

Waarom doet uw kerstverlichting het niet? Als een reeks lampjes in uw boom uitgaat, is het vervangen van de streng helaas meestal de beste optie. Het is vrij moeilijk om die ene lamp te vinden die het probleem veroorzaakt. Dit is echter een goed moment om te kijken naar het verschil tussen serie- en parallelschakelingen.

Een eenvoudige schakeling

Zowat de eenvoudigste schakeling die je kunt maken, maakt gebruik van slechts één batterij en één gloeilamp. In een leuke activiteit kun je een persoon een draad, een batterij en een gloeilamp geven. Vraag de persoon om het peertje te laten schijnen. Het is mogelijk om het aan de praat te krijgen, maar het kan nog wel wat problemen opleveren voor mensen.

Om het peertje te laten gloeien, heb je een complete schakeling nodig. Er moet een pad zijn waarlangs de stroom uit de ene kant van de batterij komt, door de gloeidraad in de lamp gaat en dan terugkeert naar de batterij. Hier zie je hoe dat zou kunnen werken.

Wanneer er stroom door de gloeidraad gaat, wordt de gloeidraad superheet. Superhete dingen gloeien. Dat is alles wat de gloeilamp doet. Maar waarom het glas aan de buitenkant? Dat is er om lucht weg te houden van de gloeidraad. Als er lucht in contact komt met de gloeidraad, zou die doorbranden.

Als je ook maar een van de onderdelen van het hele circuit weghaalt, is er geen stroom en geen gloeilamp.

Lichtbollen in serie

Nu wil je twee gloeilampen op een batterij aansluiten. Hier is een manier waarop je dat zou kunnen doen.

In dit geval is er maar één pad dat de stroom kan volgen. De stroom die door de eerste lamp gaat, gaat ook door de tweede lamp. Als u een deel van deze schakeling verwijdert (zoals een gloeilamp uitnemen), gaat alles uit. Als je wilt, kun je een soortgelijke schakeling maken met 10 of 20 gloeilampen. Sluit ze gewoon allemaal op één lijn aan, zodat door elke lamp dezelfde stroom gaat. Dit is een serieschakeling.

Parallelle gloeilampen

Er is nog een andere manier om twee gloeilampen met elkaar te verbinden. Kijk maar eens.

Het verschil in deze schakeling is dat elke gloeilamp zijn eigen “pad” naar de batterij heeft. Als je een van deze gloeilampen kapot maakt, doet dat eigenlijk niets met de andere lamp.

Hier is een snelle demo die het verschil laat zien tussen gloeilampen in serie en gloeilampen in parallel.

Oh, en net als bij de gloeilampen in serie kun je dit met heel veel gloeilampen doen.

Kerstverlichting

Nu kunnen we overgaan tot de leuke dingen. Hoe zit het met de lampjes die je in de kerstboom hangt? Zijn die lampjes in serie of parallel? Wat denk jij? Hier zijn twee hints.

Hint nummer 1: als je een van de gloeilampjes uit een streng trekt, gaat de rest van de lampjes uit. Oké, dit is niet altijd waar. Veel lampen bestaan eigenlijk uit twee sets draden. Als je een lamp uittrekt, gaat de helft van de lamp uit.

Hier zie je dat bij deze streng één lamp is verwijderd en dat geen van de andere lampen brandt (ook al is de stroom ingeschakeld).

Hint nummer 2: In sommige gevallen kan een van de gloeilampen in een streng “doorbranden”. Wanneer een gloeilamp doorbrandt, is dit meestal te wijten aan een gebroken (of gesmolten) gloeidraad. In dit geval zou de streng er als volgt uitzien.

Het valt op dat het ene lampje inderdaad uit is, maar dat de andere lampjes wel branden. Maar is de gloeidraad echt kapot? Ja, als je goed kijkt, zie je zoiets.

Ok, wat is nu het antwoord? Zijn de lampen in serie of parallel? Gebaseerd op hint 1, lijkt het erop dat de lampen in serie staan. Gebaseerd op hint 2, lijkt het erop dat ze parallel staan. Het antwoord is dat de lampen in serie staan. Ja.

Maar hoe kan dat? Hoe kun je een lampje hebben met een kapotte gloeidraad en toch de andere lampjes laten branden? In de natuurkundewereld noemen we dit “de magie van Kerstmis”. Oké, niet echt. Het antwoord is dat de lampjes in serie zijn geschakeld, maar dat de lampjes een trucje hebben.

Laten we een van de lampjes in de streng eens nader bekijken.

Dit is een aanzicht van een kapotte lamp. Aan het eind van de metalen palen kun je de gebroken gloeidraad zien – dit is dus een doorgebrande gloeilamp (plus ik heb het glas gebroken zodat je het beter kunt zien). Maar hoe zit het met die metalen draad die om de palen is gewikkeld (aangegeven met de rode pijl)? Waar is dat voor? Als het gewoon een normale draad was, zou dit kortsluiting in de lamp veroorzaken. Het zou betekenen dat het grootste deel van de stroom door deze gloeilamp door deze draad zou lopen en niet door de gloeidraad.

Dus, om deze gloeilamp in een streng (met een goede gloeidraad) goed te laten functioneren, mag er geen stroom door deze bypass-draad gaan. Ok, laat me nu wat gissingen doen over hoe dit magische kerstlichtje werkt. Ja, ik zou het internet kunnen gebruiken om meer over dit lampje te weten te komen, maar ik hou echt van gissen.

• Zoals ik al zei, in een goed werkende lamp geleidt deze draad geen stroom. Er moet een soort isolator tussen de bypass draad en de gloeidraad zitten.
• Wanneer de gloeidraad doorbrandt, stopt alle stroom door alle gloeilampen in serie.
• Zonder stroom door de gloeilampen, is er een hoog potentiaalverschil tussen de bypass draad en een van de gloeidraadpolen (ik zal hieronder laten zien waarom). Deze hoge spanning (120 volt) over een zeer korte afstand produceert een zeer hoog elektrisch veld.
• Als het elektrische veld hoog genoeg is, kan het een elektrische breuk in het materiaal veroorzaken en het veranderen van een isolator in een geleider.
• Boom. De rest van de lampen werkt nu (maar het maakt waarschijnlijk geen boem-geluid).

Maar hoe zorgt een gebroken gloeidraad voor een hoge spanning precies bij de gloeilamp die kapot is? Laten we doen alsof we een ander circuit hebben. In deze schakeling heb ik 5 gloeilampen in serie geschakeld met een batterij. Oh, en alle gloeilampen werken.

Voorstel dat elke gloeilamp een weerstand R heeft (het maakt niet uit dan gloeilampen niet-ohms zijn). Als ik een batterij van 10 volt op ze heb aangesloten, dan moet de totale verandering in elektrische potentiaal rond de lus nul volt zijn. En omdat de gloeilampen in serie staan, moeten ze dezelfde elektrische stroom (I) hebben. Dit betekent dat ik kan schrijven:

Elke gloeilamp heeft dus een elektrische potentiaal van 2 volt over zich. Maar stel nu dat een van die lampen kapot gaat. Bij een open circuit is er geen stroom meer. Hier is het nieuwe schema.

Ook al is er een onderbreking, de verandering in elektrische potentiaal rond deze lus moet nog steeds nul volt zijn. Maar omdat er geen elektrische stroom is, is de verandering in potentiaal over elke weerstand nul. Dit betekent dat de volledige 10 volt over de opening moet staan. Deze 10 volt spleetpotentiaal creëert een groot elektrisch veld dat de isolator afbreekt. Dat is de magie van de kerstverlichting.

Mijn lampjes doen het nog steeds niet.

Deze gloeilampen hebben deze geweldige bypass-draad in de lampjes. Maar als de gloeilamp niet eens in het stopcontact zit, werkt zelfs de omleidingsdraad niet. Dus, als je een lamp hebt die niet werkt, zijn hier wat dingen die je kunt proberen.

1. Zit de stekker in het stopcontact? Ja, dit moet u controleren. Een lamp die niet in het stopcontact zit, werkt niet. Als de lampjes buiten in het stopcontact zitten en ze worden nat, dan zullen ze waarschijnlijk uw Ground Fault Interrupter (GFI) doen doorslaan. U heeft deze op de stopcontacten in uw badkamer (met de test en reset knop). Als het circuit nat wordt, kan deze doorbranden.

2. Controleer de zekering. Ik ga ervan uit dat u uw huishoudelijke stroomonderbreker heeft gecontroleerd. Als die doorgeslagen was, kon u dat waarschijnlijk zien aan de andere dingen die niet werkten. Maar er zitten ook zekeringen in de kleine stekker aan het eind van de streng. Er is een schuifdeur en die ziet er zo uit.

Als je te veel strengen lampjes met elkaar verbindt, wordt de stroomsterkte te groot. De zekering gaat er dan uit om te voorkomen dat deze dingen te heet worden. Soms raken deze kleine zekeringen echter gewoon los nadat de lampjes buiten het seizoen zijn opgeborgen. Het kan geen kwaad ze even te controleren.

3. Kijk of er een lampje los zit. Als een draad niet werkt en u hebt de andere dingen gecontroleerd, is de kans groot dat het probleem een los lampje is. Het kan een hele uitdaging zijn om een los lampje te vinden. Normaal gesproken druk ik gewoon op elke lamp om te zien of ik de lamp aan kan krijgen. Er is ook een speciaal gereedschap dat je kunt gebruiken. Het mijne ziet er als volgt uit:

Ik ben niet helemaal zeker, maar ik denk dat dit ding kleine elektrische stroompjes detecteert. Als je een losse lamp hebt, zal er een kleine wisselstroom van en naar het stopcontact naar de onderbreking gaan. Aan de andere kant van de breuk zal er niet dezelfde stroom zijn. Je kunt een stroom detecteren door de magnetische velden te detecteren die met de stroom meegaan. Maar nu ben ik er niet zo zeker van dat deze detectoren op deze manier werken. Ik moet hier nog even over nadenken.

4. Controleer op eekhoorns. Ja. Kijk eens naar deze lichtjes aan een boom in mijn voortuin.

Ik denk dat eekhoorns een hekel aan Kerstmis hebben.

Oh, en voor de grap heb ik een video-versie van ditzelfde ding gemaakt.