Czy lampki choinkowe są szeregowe czy równoległe?

Dlaczego Twoje lampki świąteczne nie działają? Niestety, w przypadku, gdy sznur lampek zgaśnie na Twojej choince, wymiana sznura jest zazwyczaj najlepszym rozwiązaniem. Jest dość trudno znaleźć tę jedną żarówkę, która jest przyczyną problemu. Jest to jednak świetny moment, aby przyjrzeć się różnicy między obwodami szeregowymi i równoległymi.

Proste obwody

Najprostszy obwód jaki możesz stworzyć używa tylko jednej baterii i jednej żarówki. W jednej z zabaw, możesz dać osobie jeden przewód, jedną baterię i jedną żarówkę. Poproś tę osobę, aby sprawiła, że żarówka będzie świecić. To jest możliwe, aby to zadziałało, ale nadal może sprawić trochę kłopotów ludziom.

Aby żarówka świeciła, potrzebny jest kompletny obwód. Musi istnieć ścieżka dla prądu, który wyjdzie z jednego końca baterii, przejdzie przez żarnik w żarówce i wróci do baterii. Oto, jak to może działać.

Kiedy prąd przepływa przez żarnik, sprawia, że żarnik staje się super gorący. Super gorące rzeczy świecą. To wszystko, co robi żarówka. Ale dlaczego szkło na zewnątrz? To jest tam, aby utrzymać powietrze z dala od super gorącego żarnika. Jeśli powietrze będzie miało kontakt z żarnikiem, to się on spali.

Jeśli zabierzesz jedną z części kompletnego obwodu, nie będzie prądu i nie będzie świecącej żarówki.

Żarówki szeregowo

Teraz chcesz podłączyć dwie żarówki do baterii. Oto jeden ze sposobów, w jaki możesz to zrobić.

W tym przypadku istnieje tylko jedna ścieżka, którą może podążać prąd. Prąd, który przepływa przez pierwszą żarówkę, przepływa również przez drugą. Jeśli usuniesz jakąkolwiek część tego obwodu (np. wyjmiesz żarówkę), wszystko zgaśnie. Jeśli chcesz, możesz zrobić podobny obwód z 10 lub 20 żarówkami. Wystarczy połączyć je wszystkie w linię tak, aby przez każdą z nich płynął ten sam prąd. Jest to połączenie szeregowe.

Żarówki równoległe

Jest jeszcze jeden sposób na połączenie dwóch żarówek. Sprawdź to.

Różnica w tym obwodzie polega na tym, że każda żarówka ma swoją własną „ścieżkę” do baterii. Jeśli zepsujesz jedną z tych żarówek, to tak naprawdę nie zrobi to nic drugiej żarówce.

Tutaj jest szybkie demo pokazujące różnicę między żarówkami w układzie szeregowym i równoległym.

Oh, i tak jak w przypadku żarówek szeregowych możesz to zrobić z wieloma, wieloma żarówkami.

Światła bożonarodzeniowe

Teraz możemy przejść do zabawnych rzeczy. Co z lampkami, które umieściłeś na swojej choince? Czy te żarówki są szeregowe czy równoległe? Jak myślisz? Oto dwie podpowiedzi.

Podpowiedź numer 1: jeśli wyciągniesz jedną z żarówek z pasma, reszta lampek zgaśnie. Ok, to nie zawsze jest prawdą. Wiele lampek to tak naprawdę dwa zestawy żył. Jeśli wyciągniesz jedną żarówkę, połowa kosmyka zgaśnie.

Tutaj widać, że ta nitka ma wyjętą jedną żarówkę, a żadne z pozostałych świateł nie świeci (mimo że zasilanie jest włączone).

Wskazówka numer 2: W niektórych przypadkach, jedna z żarówek w paśmie może się „przepalić”. Kiedy żarówka się przepali, zazwyczaj jest to spowodowane złamanym (lub stopionym) żarnikiem. W tym przypadku, wiązka wyglądałaby tak.

Zauważ, że jedna żarówka jest rzeczywiście zgaszona, ale pozostałe żarówki są włączone. Ale czy żarnik jest rzeczywiście uszkodzony? Tak, jeśli przyjrzysz się uważnie, możesz zobaczyć coś takiego.

Ok, teraz jaka jest odpowiedź? Czy żarówki są szeregowe czy równoległe? Na podstawie podpowiedzi 1, wygląda na to, że żarówki są szeregowe. Na podstawie podpowiedzi 2, wygląda na to, że są równoległe. Odpowiedź brzmi, że światła są szeregowe. Yup.

Ale jak to możliwe? Jak można mieć jedno światło z przerwanym żarnikiem i nadal mieć inne światła włączone? W świecie fizyki, nazywamy to „magią świąt”. Ok, nie bardzo. Odpowiedź jest taka, że lampki są połączone szeregowo, ale żarówki mają sztuczkę.

Przyjrzyjrzyjmy się bliżej jednej z żarówek w paśmie.

To jest widok zepsutej żarówki. Na końcu metalowych słupków widać złamany żarnik – jest to więc przepalona żarówka (dodatkowo rozbiłem szkło, żeby było lepiej widać). Ale co z tym metalowym drutem owiniętym wokół słupków (wskazany czerwoną strzałką)? Do czego on służy? Gdyby to był zwykły drut, to spowodowałby zwarcie żarówki. Oznaczałoby to, że większość prądu przechodzącego przez żarówkę płynęłaby przez ten drut, a nie przez żarnik. Przy bardzo małym prądzie żarnik by się nie świecił.

Więc, aby ta żarówka działała poprawnie w splocie (z dobrym żarnikiem), nie powinno być prądu płynącego przez ten przewód obejściowy. Ok, teraz pozwólcie mi zgadnąć jak działa ta magiczna lampka świąteczna. Yes, I could ues the internet to find out more about this bulb, but I really like guessing.

• Like I said, in a functioning bulb this wire does not conduct electrical current. Musi istnieć jakiś rodzaj izolatora pomiędzy przewodem obejściowym a słupkiem żarnika.
• Gdy żarnik się przepali, cały prąd płynący przez wszystkie żarówki w serii ustaje.
• Bez prądu płynącego przez żarówki, istnieje wysoka różnica potencjałów pomiędzy przewodem obejściowym a jednym z słupków żarnika (pokażę dlaczego poniżej). To wysokie napięcie (120 V) na bardzo małej odległości wytwarza bardzo wysokie pole elektryczne.
• Jeżeli pole elektryczne jest wystarczająco wysokie, może spowodować przebicie elektryczne w materiale i przekształcić go z izolatora w przewodnik.
• Boom. Reszta świateł teraz działa (ale prawdopodobnie nie wydaje dźwięku boom).

Ale jak złamany żarnik powoduje wysokie napięcie bezpośrednio w żarówce, która jest złamana? Udawajmy, że mamy inny obwód. W tym mam 5 żarówek połączonych szeregowo z baterią. Aha, i wszystkie żarówki działają.

Załóżmy, że każda żarówka ma rezystancję R (nie ma znaczenia, że żarówki są nieomowe). Jeśli mam do nich podłączoną baterię 10 V, to całkowita zmiana potencjału elektrycznego wokół pętli musi wynosić zero woltów. Ponadto, ponieważ żarówki są połączone szeregowo, muszą mieć taki sam prąd elektryczny (I). To oznacza, że mogę napisać:

Więc każda żarówka ma potencjał elektryczny 2 woltów. Ale teraz załóżmy, że jedna z tych żarówek się zepsuje. Przy otwartym obwodzie nie ma już prądu. Oto nowy schemat.

Nawet jeśli istnieje przerwa, zmiana potencjału elektrycznego wokół tej pętli nadal musi wynosić zero woltów. Ale ponieważ nie ma prądu elektrycznego, zmiana potencjału przez każdy rezystor jest równa zero. Oznacza to, że pełne 10 woltów musi znaleźć się w szczelinie. Ten 10-woltowy potencjał szczeliny tworzy duże pole elektryczne, które rozbija izolator. To jest magia świątecznych lampek.

Moje lampki wciąż nie działają.

Te żarówki mają ten wspaniały przewód obejściowy wewnątrz żarówek. Jednakże, jeśli żarówka nie jest nawet podłączona do prądu, nawet przewód obejściowy nie będzie działał. Więc, jeśli masz żyłę, która nie działa, oto kilka rzeczy, których możesz spróbować.

1. Czy jest podłączony? Tak, powinieneś to sprawdzić. Pasmo świateł, które nie jest podłączone do prądu nie będzie działać. Jeśli masz światła podłączone na zewnątrz i zamoczą się, prawdopodobnie uruchomią twój Ground Fault Interrupter (GFI). Masz je na gniazdach w łazience (z przyciskiem testowania i resetowania). Kiedy obwód robi się mokry, może to spowodować zadziałanie.

2. Sprawdź bezpiecznik. Zakładam, że sprawdziłeś swój wyłącznik obwodu domowego. Jeśli był on zadziałany, prawdopodobnie mógłbyś to stwierdzić z powodu innych rzeczy, które nie działały. Ale są też bezpieczniki w małej wtyczce na końcu pasma. Są tam przesuwane drzwi i wygląda to tak.

Jeśli połączysz ze sobą zbyt wiele nitek lampek to prąd będzie zbyt duży. Bezpiecznik się wyłączy, aby zapobiec zbytniemu nagrzewaniu się tych rzeczy. Jednak czasem te małe bezpieczniki po prostu się poluzowują po przechowywaniu świateł poza sezonem. To nie boli, aby sprawdzić je.

3. Szukaj luźnej żarówki. Jeśli jakaś nitka nie działa i sprawdziłeś inne rzeczy, jest duża szansa, że problemem jest luźna żarówka. Zlokalizowanie luźnej żarówki może być sporym wyzwaniem. Zwykle po prostu naciskam na każdą żarówkę, aby zobaczyć, czy uda mi się włączyć pasmo świateł. Istnieje również specjalne narzędzie, którego można użyć. Moje wygląda tak:

Nie jestem całkowicie pewien, ale myślę, że to coś wykrywa małe prądy elektryczne. Jeśli masz poluzowaną żarówkę, to będzie tam lekki prąd zmienny płynący do i z gniazdka do przerwy. Po drugiej stronie przerwy nie będzie tego samego prądu. Można wykryć prąd poprzez wykrywanie pól magnetycznych, które idą wraz z prądem. Ale teraz nie jestem pewien, czy tak właśnie działają te detektory. Będę musiał się nad tym trochę zastanowić.

4. Sprawdź, czy nie ma wiewiórek. Tak. Spójrzcie na te światełka na drzewie na moim podwórku.

Chyba wiewiórki nienawidzą świąt.

Oh, i tak dla zabawy zrobiłem wersję wideo tego samego.