Sähköpiiri on laite, joka käyttää sähköä tehtävän suorittamiseen, kuten tyhjiön käyttämiseen tai lampun käyttämiseen. Piiri on suljettu silmukka, jonka muodostavat virtalähde, johdot, sulake, kuorma ja kytkin. Sähkö virtaa piirin läpi ja toimitetaan sen käyttämälle esineelle, kuten tyhjömoottorille tai hehkulampulle, minkä jälkeen sähkö lähetetään takaisin alkuperäiselle lähteelle; tämä sähkön paluu mahdollistaa piirin pitää sähkövirran virtaavana. On olemassa kolmenlaisia sähköpiirejä: sarjapiiri, rinnakkaispiiri ja sarja-rinnakkaispiiri; piirityypistä riippuen voi olla mahdollista, että sähkö jatkuu, jos piiri lakkaa toimimasta. Kaksi käsitettä, Ohmin laki ja lähdejännite, voivat vaikuttaa piirin läpi virtaavan sähkön määrään ja siten siihen, kuinka hyvin sähköpiiri toimii.
Miten se toimii
Useimmat sähköllä toimivat laitteet sisältävät sähköpiirin; kun laite on kytketty virtalähteeseen, kuten pistorasiaan, sähkö voi kulkea laitteen sisällä olevan virtapiirin läpi ja palata sitten alkuperäiseen virtalähteeseen jatkaakseen sähkövirtaa. Toisin sanoen, kun virtakytkin kytketään päälle, sähköpiiri on valmis ja virta virtaa virtalähteen positiivisesta liittimestä, johdon kautta kuormaan ja lopulta negatiiviseen napaan. Kaikkia laitteita, jotka kuluttavat piirin läpi virtaavaa energiaa ja muuttavat sen työksi, kutsutaan kuormiksi. Hehkulamppu on yksi esimerkki kuormasta; se kuluttaa piirin sähköä ja muuntaa sen työksi – lämpöä ja valoa.
Piirityypit
Sarjapiiri on yksinkertaisin, koska sillä on vain yksi mahdollinen polku, jolla sähkövirta voi virrata; jos sähköpiiri on rikki, mikään kuormituslaitteista ei toimi. Ero rinnakkaispiireihin on se, että niissä on useampi kuin yksi polku sähkön virtaamiseksi, joten jos yksi poluista on rikki, muut polut toimivat edelleen. Sarja-rinnakkaispiiri on kuitenkin kahden ensimmäisen yhdistelmä: se kiinnittää osan kuormista sarjapiiriin ja toisia rinnakkaispiireihin. Jos sarjapiiri katkeaa, mikään kuormista ei toimi, mutta jos yksi rinnakkaispiireistä katkeaa, kyseinen rinnakkaispiiri ja sarjapiiri lakkaavat toimimasta, kun taas muut rinnakkaispiirit toimivat edelleen.
Ohmin laki
Monet ”lait” koskevat sähköpiirejä, mutta Ohmin laki on luultavasti tunnetuin. Ohmin lain mukaan sähköpiirin virta on suoraan verrannollinen sen jännitteeseen ja kääntäen verrannollinen sen vastukseen. Jos esimerkiksi jännite kasvaa, myös virta kasvaa ja jos vastus kasvaa, virta pienenee; Molemmat tilanteet vaikuttavat suoraan sähköpiirien tehokkuuteen. Ohmin lain ymmärtämiseksi on tärkeää ymmärtää virran, jännitteen ja vastuksen käsitteet: virta on sähkövarauksen virtaus, jännite on voima, joka ohjaa virtaa yhteen suuntaan ja vastus on esineen vastustus virta kulkee sen läpi. Ohmin lain kaava on E = I x R, missä E = jännite voltteina, I = virta ampeereina ja R = vastus ohmeina; tätä kaavaa voidaan käyttää sähköpiirien jännitteen, virran ja vastuksen analysointiin.
Lähdejännite
Toinen tärkeä käsite sähköpiirien suhteen, lähdejännite viittaa virtalähteen tuottamaan ja piiriin syötettyyn jännitteen määrään. Toisin sanoen, lähdejännite riippuu siitä, kuinka paljon sähköä piiri saa. Lähdejännitteeseen vaikuttaa sähköpiirin vastus; se voi myös vaikuttaa virran määrään, koska virtaan vaikuttavat tyypillisesti sekä jännite että vastus. Jännite tai virta eivät kuitenkaan vaikuta resistanssiin, mutta voivat vähentää sekä jännitteen että virran määrää sähköpiireihin.