Сила тока при параллельном и последовательном соединении: Параллельное и последовательное соединение проводников.

Содержание

Параллельное и последовательное соединение проводников. — Объяснение нового материала.

Комментарии преподавателя

Последовательное соединение проводников

Электрические цепи, с которыми приходится иметь дело на практике, обычно состоят не из одного приёмника электрического тока, а из нескольких различных, которые могут быть соединены между собой по-разному. Зная сопротивление каждого и способ их соединения, можно рассчитать общее сопротивление цепи.

На рисунке а изображена цепь последовательного соединения двух электрических ламп, а на рисунке б — схема такого соединения. Если выключать одну лампу, то цепь разомкнётся и другая лампа погаснет.

Рис. Последовательное включение лампочек и источников питания

Мы уже знаем, что при последовательном соединении сила тока в любых частях цепи одна и та же, т. е.

I = I1 = I2

А чему равно сопротивление последовательно соединённых проводников?

Соединяя проводники последовательно, мы как бы увеличиваем длину проводника. Поэтому сопротивление цепи становится больше сопротивления одного проводника.

Последовательное соединение проводников

Общее сопротивление цепи при последовательном соединении равно сумме сопротивлений отдельных проводников (или отдельных участков цепи):

R = R1 + R2

Напряжение на концах отдельных участков цепи рассчитывается на основе закона Ома:

U1 = IR1, U2 = IR2.

Из приведённых равенств видно, что напряжение будет большим на проводнике с наибольшим сопротивлением, так как сила тока везде одинакова.

Полное напряжение в цепи при последовательном соединении, или напряжение на полюсах источника тока, равно сумме напряжений на отдельных участках цепи:

U = U1 + U2.

Это равенство вытекает из закона сохранения энергии. Электрическое напряжение на участке цепи измеряется работой электрического тока, совершающейся при прохождении по участку цепи электрического заряда в 1 Кл. Эта работа совершается за счёт энергии электрического поля, и энергия, израсходованная на всём участке цепи, равна сумме энергий, которые расходуются на отдельных проводниках, составляющих участок этой цепи.

Все приведённые закономерности справедливы для любого числа последовательно соединённых проводников.

Пример 1. Два проводника сопротивлением R1 = 2 Ом, R2 = 3 Ом соединены последовательно. Сила тока в цепи I = 1 А. Определить сопротивление цепи, напряжение на каждом проводнике и полное напряжение всего участка цепи.

Запишем условие задачи и решим её.

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Расчет параметров электрической цепи

при параллельном соединении сопротивлений:

1. сила тока в неразветвленном участке цепи равна сумме сил токов

во всех параллельно соединенных участках

2. напряжение на всех параллельно соединенных участках цепи одинаково

3. при параллельном соединении сопротивлений складываются величины, обратные сопротивлению :

( R — сопротивление проводника,

1/R — электрическая проводимость проводника)

Если в цепь включены параллельно только два сопротивления, то:

( при параллельном соединении общее сопротивление цепи меньше меньшего из включенных сопротивлений )

4. работа электрического тока в цепи, состоящей из параллельно соединенных участков,

равна сумме работ на отдельных участках:

A=A1+A2

5. мощность электрического тока в цепи, состоящей из параллельно соединенных участков,

равна сумме мощностей на отдельных участках:

P=P1+P2

Для двух сопротивлений:

т.е. чем больше сопротивление, тем меньше в нём сила тока.

Использованные источники:

http://www.tepka.ru/fizika_8, http://class-fizika.narod.ru

https://www.youtube.com/watch?v=AW3n2XP4CQE

https://www.youtube.com/watch?v=Bo1UwoBicew

Файлы

Нет дополнительных материалов для этого занятия.

Закон ома параллельное и последовательное соединение проводников

В электрических цепях элементы могут соединяться по различным схемам, в том числе они имеют последовательное и параллельное соединение.

Последовательное соединение

При таком соединении проводники соединяются друг с другом последовательно, то есть, начало одного проводника будет соединяться с концом другого. Основная особенность данного соединения заключается в том, что все проводники принадлежат одному проводу, нет никаких разветвлений. Через каждый из проводников будет протекать один и тот же электрический ток. Но суммарное напряжение на проводниках будет равняться вместе взятым напряжениям на каждом из них.

Рассмотрим некоторое количество резисторов, соединенных последовательно. Так как нет разветвлений, то количество проходящего заряда через один проводник, будет равно количеству заряда, прошедшего через другой проводник. Силы тока на всех проводниках будут одинаковыми. Это основная особенность данного соединения.

Это соединение можно рассмотреть иначе. Все резисторы можно заменить одним эквивалентным резистором.

Ток на эквивалентном резисторе будет совпадать с общим током, протекающим через все резисторы. Эквивалентное общее напряжение будет складываться из напряжений на каждом резисторе. Это является разностью потенциалов на резисторе.

Если воспользоваться этими правилами и законом Ома, который подходит для каждого резистора, можно доказать, что сопротивление эквивалентного общего резистора будет равно сумме сопротивлений. Следствием первых двух правил будет являться третье правило.

Применение

Последовательное соединение используется, когда нужно целенаправленно включать или выключать какой-либо прибор, выключатель соединяют с ним по последовательной схеме. Например, электрический звонок будет звенеть только тогда, когда он будет последовательно соединен с источником и кнопкой. Согласно первому правилу, если электрический ток отсутствует хотя бы на одном из проводников, то его не будет и на других проводниках. И наоборот, если ток имеется хотя бы на одном проводнике, то он будет и на всех других проводниках. Также работает карманный фонарик, в котором есть кнопка, батарейка и лампочка. Все эти элементы необходимо соединить последовательно, так как нужно, чтобы фонарик светил, когда будет нажата кнопка.

Иногда последовательное соединение не приводит к нужным целям. Например, в квартире, где много люстр, лампочек и других устройств, не следует все лампы и устройства соединять последовательно, так как никогда не требуется одновременно включать свет в каждой из комнат квартиры. Для этого последовательное и параллельное соединение рассматривают отдельно, и для подключения осветительных приборов в квартире применяют параллельный вид схемы.

Параллельное соединение

В этом виде схемы все проводники соединяются параллельно друг с другом. Все начала проводников объединены в одну точку, и все концы также соединены вместе. Рассмотрим некоторое количество однородных проводников (резисторов), соединенных по параллельной схеме.

Этот вид соединения является разветвленным. В каждой ветви содержится по одному резистору. Электрический ток, дойдя до точки разветвления, разделяется на каждый резистор, и будет равняться сумме токов на всех сопротивлениях. Напряжение на всех элементах, соединенных параллельно, является одинаковым.

Все резисторы можно заменить одним эквивалентным резистором. Если воспользоваться законом Ома, можно получить выражение сопротивления. Если при последовательном соединении сопротивления складывались, то при параллельном будут складываться величины обратные им, как записано в формуле выше.

Применение

Если рассматривать соединения в бытовых условиях, то в квартире лампы освещения, люстры должны быть соединены параллельно. Если их соединить последовательно, то при включении одной лампочки мы включим все остальные. При параллельном же соединении мы можем, добавляя соответствующий выключатель в каждую из ветвей, включать соответствующую лампочку по мере желания. При этом такое включение одной лампы не влияет на остальные лампы.

Все электрические бытовые устройства в квартире соединены параллельно в сеть с напряжением 220 В, и подключены к распределительному щитку. Другими словами, параллельное соединение используется при необходимости подключения электрических устройств независимо друг от друга. Последовательное и параллельное соединение имеют свои особенности. Существуют также смешанные соединения.

Работа тока

Последовательное и параллельное соединение, рассмотренное ранее, было справедливо для величин напряжения, сопротивления и силы тока, являющихся основными. Работа тока определяется по формуле:

А = I х U х t, где А – работа тока, t – время течения по проводнику.

Для определения работы при последовательной схеме соединения, необходимо заменить в первоначальном выражении напряжение. Получаем:

А=I х (U1 + U2) х t

Раскрываем скобки и получаем, что на всей схеме работа определяется суммой на каждой нагрузке.

Точно также рассматриваем параллельную схему соединения. Только меняем уже не напряжение, а силу тока. Получается результат:

А = А1+А2

Мощность тока

При рассмотрении формулы мощности участка цепи снова необходимо пользоваться формулой:

Р=U х I

После аналогичных рассуждений выходит результат, что последовательное и параллельное соединение можно определить следующей формулой мощности:

Р=Р1 + Р2

Другими словами, при любых схемах общая мощность равна сумме всех мощностей в схеме. Этим можно объяснить, что не рекомендуется включать в квартире сразу несколько мощных электрических устройств, так как проводка может не выдержать такой мощности.

Влияние схемы соединения на новогоднюю гирлянду

После перегорания одной лампы в гирлянде можно определить вид схемы соединения. Если схема последовательная, то не будет гореть ни одной лампочки, так как сгоревшая лампочка разрывает общую цепь. Чтобы выяснить, какая именно лампочка сгорела, нужно проверять все подряд. Далее, заменить неисправную лампу, гирлянда будет функционировать.

При применении параллельной схемы соединения гирлянда будет продолжать работать, даже если одна или несколько ламп сгорели, так как цепь не разорвана полностью, а только один небольшой параллельный участок. Для восстановления такой гирлянды достаточно увидеть, какие лампы не горят, и заменить их.

Последовательное и параллельное соединение для конденсаторов

При последовательной схеме возникает такая картина: заряды от положительного полюса источника питания идут только на наружные пластины крайних конденсаторов. Конденсаторы, находящиеся между ними, передают заряд по цепи. Этим объясняется появление на всех пластинах равных зарядов с разными знаками. Исходя из этого, заряд любого конденсатора, соединенного по последовательной схеме, можно выразить такой формулой:

q_общ= q1 = q2 = q3

Для определения напряжения на любом конденсаторе, необходима формула:

U= q/С

Где С — емкость. Суммарное напряжение выражается таким же законом, который подходит для сопротивлений. Поэтому получаем формулу емкости:

С= q/(U1 + U2 + U3)

Чтобы сделать эту формулу проще, можно перевернуть дроби и заменить отношение разности потенциалов к заряду емкости. В результате получаем:

1/С= 1/С1 + 1/С2 + 1/C3

Немного иначе рассчитывается параллельное соединение конденсаторов.

Общий заряд вычисляется как сумма всех зарядов, накопившихся на пластинах всех конденсаторов. А величина напряжения также вычисляется по общим законам. В связи с этим формула суммарной емкости при параллельной схеме соединения выглядит так:

С= (q1 + q2 + q3)/U

Это значение рассчитывается как сумма каждого прибора в схеме:

С=С1 + С2 + С3

Смешанное соединение проводников

В электрической схеме участки цепи могут иметь и последовательное и параллельное соединение, переплетающихся между собой. Но все законы, рассмотренные выше для отдельных видов соединений, справедливы по-прежнему, и используются по этапам.

Сначала нужно мысленно разложить схему на отдельные части. Для лучшего представления ее рисуют на бумаге. Рассмотрим наш пример по изображенной выше схеме.

Удобнее всего ее изобразить, начиная с точек Б и В. Они расставляются на некотором расстоянии между собой и от края листа бумаги. С левой стороны к точке Б подключается один провод, а справа отходят два провода. Точка В наоборот, слева имеет две ветки, а после точки отходит один провод.

Далее нужно изобразить пространство между точками. По верхнему проводнику расположены 3 сопротивления с условными значениями 2, 3, 4. Снизу будет идти ток с индексом 5. Первые 3 сопротивления включены в схему последовательно, а пятый резистор подключен параллельно.

Остальные два сопротивления (первый и шестой) подключены последовательно с рассматриваемым нами участком Б-В. Поэтому схему дополняем 2-мя прямоугольниками по сторонам от выбранных точек.

Теперь используем формулу расчета сопротивления:

Первая формула для последовательного вида соединения.
Далее, для параллельной схемы.
И окончательно для последовательной схемы.

Аналогичным образом можно разложить на отдельные схемы любую сложную схему, включая соединения не только проводников в виде сопротивлений, но и конденсаторов. Чтобы научиться владеть приемами расчета по разным видам схем, необходимо потренироваться на практике, выполнив несколько заданий.

Сопротивление проводников. Параллельное и последовательное соединение проводников.

Электри́ческое сопротивле́ние — физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношениюнапряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему [1] . Сопротивление для цепей переменного тока и для переменных электромагнитных полей описывается понятиями импеданса и волнового сопротивления. Сопротивлением (резистором) также называют радиодеталь, предназначенную для введения в электрические цепи активного сопротивления.

Сопротивление (часто обозначается буквой R или r) считается, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника; её можно рассчитать как

U — разность электрических потенциалов (напряжение) на концах проводника;

I — сила тока, протекающего между концами проводника под действием разности потенциалов.

При последовательном соединении проводников (рис. 1.9.1) сила тока во всех проводниках одинакова:

Последовательное соединение проводников

По закону Ома, напряжения U₁ и U₂ на проводниках равны

Общее напряжение U на обоих проводниках равно сумме напряжений U₁ и U₂:

где R – электрическое сопротивление всей цепи. Отсюда следует:

При последовательном соединении полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников.

Этот результат справедлив для любого числа последовательно соединенных проводников.

При параллельном соединении (рис. 1.9.2) напряжения U₁ и U₂ на обоих проводниках одинаковы:

Сумма токов I₁ + I₂, протекающих по обоим проводникам, равна току в неразветвленной цепи:

Этот результат следует из того, что в точках разветвления токов (узлы A и B) в цепи постоянного тока не могут накапливаться заряды. Например, к узлу A за время Δt подтекает заряд IΔt, а утекает от узла за то же время заряд I₁Δt + I₂Δt. Следовательно,I = I₁ + I₂.

Параллельное соединение проводников

Записывая на основании закона Ома

где R – электрическое сопротивление всей цепи, получим

При параллельном соединении проводников величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

Этот результат справедлив для любого числа параллельно включенных проводников.

Формулы для последовательного и параллельного соединения проводников позволяют во многих случаях рассчитывать сопротивление сложной цепи, состоящей из многих резисторов. На рис. 1.9.3 приведен пример такой сложной цепи и указана последовательность вычислений.

Расчет сопротивления сложной цепи. Сопротивления всех проводников указаны вомах (Ом)

Следует отметить, что далеко не все сложные цепи, состоящие из проводников с различными сопротивлениями, могут быть рассчитаны с помощью формул для последовательного и параллельного соединения. На рис. 1.9.4 приведен пример электрической цепи, которую нельзя рассчитать указанным выше методом.

Пример электрической цепи, которая не сводится к комбинации последовательно и параллельно соединенных проводников

Течение тока в электрической цепи осуществляется по проводникам, в направлении от источника к потребителям. В большинстве подобных схем используются медные провода и электрические приемники в заданном количестве, обладающие различным сопротивлением. В зависимости выполняемых задач, в электрических цепях используется последовательное и параллельное соединение проводников. В некоторых случаях могут быть применены оба типа соединений, тогда этот вариант будет называться смешанным. Каждая схема имеет свои особенности и отличия, поэтому их нужно обязательно заранее учитывать при проектировании цепей, ремонте и обслуживании электрооборудования.

Последовательное соединение проводников

В электротехнике большое значение имеет последовательное и параллельное соединение проводников в электрической цепи. Среди них часто используется схема последовательного соединения проводников предполагающая такое же соединение потребителей. В этом случае включение в цепь выполняется друг за другом в порядке очередности. То есть, начало одного потребителя соединяется с концом другого при помощи проводов, без каких-либо ответвлений.

Свойства такой электрической цепи можно рассмотреть на примере участков цепи с двумя нагрузками. Силу тока, напряжение и сопротивление на каждом из них следует обозначить соответственно, как I1, U1, R1 и I2, U2, R2. В результате, получились соотношения, выражающие зависимость между величинами следующим образом: I = I1 = I2, U = U1 + U2, R = R1 + R2. Полученные данные подтверждаются практическим путем с помощью проведения измерений амперметром и вольтметром соответствующих участков.

Таким образом, последовательное соединение проводников отличается следующими индивидуальными особенностями:

Сила тока на всех участках цепи будет одинаковой.
Общее напряжение цепи составляет сумму напряжений на каждом участке.
Общее сопротивление включает в себя сопротивления каждого отдельного проводника.

Данные соотношения подходят для любого количества проводников, соединенных последовательно. Значение общего сопротивления всегда выше, чем сопротивление любого отдельно взятого проводника. Это связано с увеличением их общей длины при последовательном соединении, что приводит и к росту сопротивления.

Если соединить последовательно одинаковые элементы в количестве n, то получится R = n х R1, где R – общее сопротивление, R1 – сопротивление одного элемента, а n – количество элементов. Напряжение U, наоборот, делится на равные части, каждая из которых в n раз меньше общего значения. Например, если в сеть с напряжением 220 вольт последовательно включаются 10 ламп одинаковой мощности, то напряжение в любой из них составит: U1 = U/10 = 22 вольта.

Проводники, соединенные последовательно, имеют характерную отличительную особенность. Если во время работы отказал хотя-бы один из них, то течение тока прекращается во всей цепи. Наиболее ярким примером является елочная гирлянда, когда одна перегоревшая лампочка в последовательной цепи, приводит к выходу из строя всей системы. Для установления перегоревшей лампочки понадобится проверка всей гирлянды.

Параллельное соединение проводников

В электрических сетях проводники могут соединяться различными способами: последовательно, параллельно и комбинированно. Среди них параллельное соединение это такой вариант, когда проводники в начальных и конечных точках соединяются между собой. Таким образом, начала и концы нагрузок соединяются вместе, а сами нагрузки располагаются параллельно относительно друг друга. В электрической цепи могут содержаться два, три и более проводников, соединенных параллельно.

Если рассматривать последовательное и параллельное соединение, сила тока в последнем варианте может быть исследована с помощью следующей схемы. Берутся две лампы накаливания, обладающие одинаковым сопротивлением и соединенные параллельно. Для контроля к каждой лампочке подключается собственный амперметр. Кроме того, используется еще один амперметр, контролирующий общую силу тока в цепи. Проверочная схема дополняется источником питания и ключом.

После замыкания ключа нужно контролировать показания измерительных приборов. Амперметр на лампе № 1 покажет силу тока I1, а на лампе № 2 – силу тока I2. Общий амперметр показывает значение силы тока, равное сумме токов отдельно взятых, параллельно соединенных цепей: I = I1 + I2. В отличие от последовательного соединения, при перегорании одной из лампочек, другая будет нормально функционировать. Поэтому в домашних электрических сетях используется параллельное подключение приборов.

С помощью такой же схемы можно установить значение эквивалентного сопротивления. С этой целью в электрическую цепь добавляется вольтметр. Это позволяет измерить напряжение при параллельном соединении, сила тока при этом остается такой же. Здесь также имеются точки пересечения проводников, соединяющих обе лампы.

В результате измерений общее напряжение при параллельном соединении составит: U = U1 = U2. После этого можно рассчитать эквивалентное сопротивление, условно заменяющее все элементы, находящиеся в данной цепи. При параллельном соединении, в соответствии с законом Ома I = U/R, получается следующая формула: U/R = U1/R1 + U2/R2, в которой R является эквивалентным сопротивлением, R1 и R2 – сопротивления обеих лампочек, U = U1 = U2 – значение напряжения, показываемое вольтметром.

Следует учитывать и тот фактор, что токи в каждой цепи, в сумме составляют общую силу тока всей цепи. В окончательном виде формула, отражающая эквивалентное сопротивление будет выглядеть следующим образом: 1/R = 1/R1 + 1/R2. При увеличении количества элементов в таких цепях – увеличивается и число слагаемых в формуле. Различие в основных параметрах отличают друг от друга и источников тока, позволяя использовать их в различных электрических схемах.

Параллельное соединение проводников характеризуется достаточно малым значением эквивалентного сопротивления, поэтому сила тока будет сравнительно высокой. Данный фактор следует учитывать, когда в розетки включается большое количество электроприборов. В этом случае сила тока значительно возрастает, приводя к перегреву кабельных линий и последующим возгораниям.

Законы последовательного и параллельного соединения проводников

Данные законы, касающиеся обоих видов соединений проводников, частично уже были рассмотрены ранее.

Для более четкого их понимания и восприятия в практической плоскости, последовательное и параллельное соединение проводников, формулы следует рассматривать в определенной последовательности:

Последовательное соединение предполагает одинаковую силу тока в каждом проводнике: I = I1 = I2.
Закон ома параллельное и последовательное соединение проводников объясняет в каждом случае по-своему. Например, при последовательном соединении, напряжения на всех проводниках будут равны между собой: U1 = IR1, U2 = IR2. Кроме того, при последовательном соединении напряжение составляет сумму напряжений каждого проводника: U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.
Полное сопротивление цепи при последовательном соединении состоит из суммы сопротивлений всех отдельно взятых проводников, независимо от их количества.
При параллельном соединении напряжение всей цепи равно напряжению на каждом из проводников: U1 = U2 = U.
Общая сила тока, измеренная во всей цепи, равна сумме токов, протекающих по всем проводникам, соединенных параллельно между собой: I = I1 + I2.

Для того чтобы более эффективно проектировать электрические сети, нужно хорошо знать последовательное и параллельное соединение проводников и его законы, находя им наиболее рациональное практическое применение.

Смешанное соединение проводников

В электрических сетях как правило используется последовательное параллельное и смешанное соединение проводников, предназначенное для конкретных условий эксплуатации. Однако чаще всего предпочтение отдается третьему варианту, представляющему собой совокупность комбинаций, состоящих из различных типов соединений.

В таких смешанных схемах активно применяется последовательное и параллельное соединение проводников, плюсы и минусы которых обязательно учитываются при проектировании электрических сетей. Эти соединения состоят не только из отдельно взятых резисторов, но и довольно сложных участков, включающих в себя множество элементов.

Смешанное соединение рассчитывается в соответствии с известными свойствами последовательного и параллельного соединения. Метод расчета заключается в разбивке схемы на более простые составные части, которые считаются отдельно, а потом суммируются друг с другом.

Мощность тока при параллельном соединении

Последовательным называется соединение, при котором потребители соединены друг за другом, без разветвлений.

Последовательное включение двух ламп в электрическую цепь

Для последовательного соединения выполняются правила:

1. Сила тока во всех элементах цепи одинакова и равна общему току, протекающему в электрической цепи. То есть

Это можно сравнить с течением реки: количество воды, протекающее за одно и то же время в разных местах этой реки, будет одинаково.

2. Общее напряжение на элементах U равно сумме напряжений на каждом элементе U₁ и U₂, то есть

3. Общее сопротивление при последовательном соединении определяется как сумма сопротивлений всех элементов, то есть

Параллельным соединением проводников называется такое соединение, при котором начала и концы проводников соединяются вместе, то есть разветвления у потребителей. На схеме такое соединение может выглядеть следующим образом:

Параллельное соединение двух ламп

Для параллельного соединения выполняются правила:

1. Сила тока во всех элементах цепи складывается и сумма равна общему току, протекающему в электрической цепи. То есть

Это можно сравнить с течением реки: количество воды, протекающее во всех рукавах реки, будет равно общему количеству воды.

2. Напряжение на всех элементах U одинаково, то есть

3. Общее сопротивление при параллельном соединении определяется формуле

но можно использовать формулы для частных случаев:

для любого количества одинаковых сопротивлений, для двух разных сопротивлений.

Работа электрического тока – это произведение электрического напряжения на заряд, протекающий по проводнику.

Если подставить в эту формулу q = I * t , получим, что

Работа электрического тока равна произведению силы тока на участке цепи, напряжению на концах этого участка и времени, в течение которого протекает ток по проводнику.

Если применить закон Ома для участка цепи, можно получить еще две формулы:

Работа тока измеряется в джоулях – Дж;

Мощность – работа, выполненная в единицу времени.

Чтобы определить электрическую мощность, нужно работу тока разделить на время протекания этого тока по электрической цепи.

N или Р – электрическая мощность. Мощность измеряется в ваттах – Вт.

Тогда для мощности можно использовать формулы:

1. Потребители электрической энергии: электрические лампочки, резисторы и пр. — могут по-разному соединяться друг с другом в электрической цепи. Существует два основных типа соединения проводников: последовательное и параллельное. При последовательном соединении проводников конец одного проводника соединяется с началом другого проводника, а его конец — с началом третьего и т.д. (рис. 85).

Примером последовательного соединения проводников может служить соединение электрических лампочек в ёлочной гирлянде.

При последовательном соединении проводников ток проходит через все лампочки, при этом через поперечное сечение каждого проводника в единицу времени проходит одинаковый заряд, т.е. заряд не скапливается ни в какой части проводника. Поэтому при последовательном соединении проводников сила тока в любом участке цепи одинакова: ( I_1=I_2=I ) .

Общее сопротивление последовательно соединённых проводников равно сумме их сопротивлений: ( R_1=R_2=R ) . Это следует из того, что при последовательном соединении проводников их общая длина увеличивается, она больше, чем длина каждого отдельного проводника, соответственно увеличивается и сопротивление проводников.

По закону Ома напряжение на каждом проводнике равно: ( U_1=IR_1 ) , ( U_2=IR_2 ) , а общее напряжение равно ( U=I(R_1+R_2) ) . Поскольку сила тока во всех проводниках одинакова, а общее сопротивление равно сумме сопротивлений проводников, то полное напряжение на последовательно соединённых проводниках равно сумме напряжений на каждом проводнике: ( U=U_1+U_2 ) .

Из приведённых равенств следует, что последовательное соединение проводников используется в том случае, если напряжение, на которое рассчитаны потребители электрической энергии, меньше общего напряжения в цепи.

2. Примером параллельного соединения проводников служит соединение потребителей электрической энергии в квартире. Так, электрические лампочки, чайник, утюг и пр. включаются параллельно.

При параллельном соединении проводников все проводники одним своим концом присоединяются к одной точке цепи (А), а вторым концом к другой точке цепи (В) (рис. 86).

Поэтому вольтметр, подключенный к этим точкам, покажет напряжение как на проводнике 1, так и на проводнике 2. Таким образом, напряжение на концах всех параллельно соединённых проводников одно и то же: ( U_1=U_2=U ) .

При параллельном соединении проводников электрическая цепь разветвляется, в данном случае в точке В. Поэтому часть общего заряда проходит через один проводник, а часть — через другой. Следовательно при параллельном соединении проводников сила тока в неразветвлённой части цепи равна сумме силы тока в отдельных проводниках: ( I=I_1+I_2 ) .

В соответствии с законом Ома ( I=frac ) , ( I_1=frac) , ( I_2=frac) . Отсюда следует: ( frac=frac+frac) . Так как ( U_1=U_2=U ) , ( frac<1>=frac<1>+frac<1> ) . Величина, обратная общему сопротивлению параллельно соединенных проводников, равна сумме величин, обратных сопротивлению каждого проводника.

При параллельном соединении проводников их общее сопротивление меньше, чем сопротивление каждого проводника. Действительно, если параллельно соединены два проводника, имеющие одинаковое сопротивление ( r ) , то их общее сопротивление равно: ( R=r/2 ) . Это объясняется тем, что при параллельном соединении проводников как бы увеличивается площадь их поперечного сечения, соответственно уменьшается сопротивление.

Из приведённых формул понятно, почему потребители электрической энергии включаются параллельно: они все рассчитаны на определённое одинаковое напряжение, которое в квартирах равно 220 В. Зная сопротивление каждого потребителя, можно рассчитать силу тока в каждом из них и соответствие суммарной силы тока предельно допустимой силе тока.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. На рисунке изображёна схема участка электрической цепи АВ. В эту цепь параллельно включены два резистора сопротивлением ( R_1 ) и ( R_2 ) . Напряжения на резисторах соответственно ( U_1 ) и ( U_2 ) .

По какой из формул можно определить напряжение U на участке АВ?

2. На рисунке изображёна схема электрической цепи, содержащая два параллельно включённых резистора сопротивлением ( R_1 ) и ( R_2 ) . Какое из приведённых ниже соотношений справедливо для такого соединения резисторов?

1) ( I=I_1=I_2 )
2) ( I=I_1+I_2 )
3) ( U=U_1+U_2 )
4) ( R=R_1+R_2 )

3. На рисунке изображена схема электрической цепи. В эту цепь последовательно включены два резистора сопротивлением R> и R2. Какое из приведённых ниже соотношений справедливо для такого соединения резисторов?

4. На рисунке изображена схема электрической цепи. В эту цепь последовательно включены два резистора сопротивлением ( R_1 ) и ( R_2 ) . Какое из приведённых ниже соотношений справедливо для такого соединения резисторов?

5. На рисунке изображена схема электрической цепи. В эту цепь параллельно включены два одинаковых резистора сопротивлением ( R_1 ) . По какой из формул можно определить общее сопротивление цепи ( R ) ?

6. Общее сопротивление участка цепи, изображённого на рисунке, равно 9 Ом. Сопротивления резисторов ( R_1 ) и ( R_2 ) равны. Чему равно сопротивление каждого резистора?

1) 81 Ом
2) 18 Ом
3) 9 Ом
4) 4,5 Ом

7. Чему равно сопротивление участка цепи, содержащего три последовательно соединенных резистора сопротивлением по 9 Ом каждый?

1) 1/3 Ом
2) 3 Ом
3) 9 Ом
4) 27 Ом

8. Чему равно общее сопротивление участка цепи, изображённого на рисунке, если ( R_1 ) = 1 Ом, ( R_2 ) = 10 Ом, ( R_3 ) = 10 Ом, ( R_4 ) = 5 Ом?

1) 9 Ом
2) 11 Ом
3) 16 Ом
4) 26 Ом

9. Чему равно общее сопротивление участка цепи, изображённого на рисунке, если ( R_1 ) = 1 Ом, ( R_2 ) = 3 Ом, ( R_3 ) = 10 Ом, ( R_4 ) = 10 Ом?

1) 9 Ом
2) 10 Ом
3) 14 Ом
4) 24 Ом

10. Если ползунок реостата (см. схему) переместить влево, то сила тока

1) в резисторе ( R_1 ) уменьшится, а в резисторе ( R_2 ) увеличится
2) увеличится в обоих резисторах
3) в резисторе ( R_1 ) увеличится, а в резисторе ( R_2 ) уменьшится
4) уменьшится в обоих резисторах

11. На рисунке изображена электрическая цепь, состоящая из источника тока, резистора и реостата. Как изменяются при передвижении ползунка реостата вправо его сопротивление, сила тока в цепи и напряжение на резисторе 1?

Для каждой физической величины определите соответствующий характер изменения. Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА
A) сопротивление реостата 2
Б) сила тока в цепи
B) напряжение на резисторе 1

ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ
1) увеличивается
2) уменьшается
3) не изменяется

12. Установите соответствие между физическими величинами и правильной электрической схемой для измерения этих величин при последовательном соединении двух резисторов ( R_1 ) и ( R_2 ) . Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры в ответе могут повторяться.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
A) сила тока в резисторе ( R_1 ) и ( R_2 )
Б) напряжение на резисторе ( R_2 )
B) общее напряжение на резисторах ( R_1 ) и ( R_2 )

Часть 2

13. Три резистора соединены, как показано на рисунке. Сопротивления резисторов ( R_1 ) = 10 Ом, ( R_2 ) = 5 Ом, ( R_3 ) = 5 Ом. Каково напряжение на резисторе 1, если амперметр показывает силу тока 2 А?

Господа, в прошлый раз мы с вами говорили про последовательное сопротивление резисторов . Сегодня я бы хотел вам рассказать про другой возможный вид соединения – параллельное.

Чем различается последовательное и параллельное соединение я уже писал в предыдущей статье . Но все-таки вытащу сюда картинку из той прошлой статьи, я ж знаю, что вам будет лень ходить по ссылкам .

А) – Последовательное соединение

В) – Параллельное соединение

Рисунок 1 – Последовательное и параллельное соединение

Как мы видим из рисунка 1, параллельное соединение – это такое соединение, при котором одни концы всех резисторов соединены в один узел, а другие концы – в другой узел.

Сейчас наша задача будет разобраться, как ведут себя токи , напряжения , сопротивления и мощности при таком подключении. Для этого прошу вас взглянуть на рисунок 2, где подробно разрисован расклад дел для параллельного соединения. Будем полагать, что мы знаем величины R1, R2 и R3, а также величину приложенного к схеме напряжения U. Про токи же мы ничего не знаем.

Рисунок 2 – Параллельное соединения

Что мы видим на рисунке 2? Ну, в первую очередь – два узла А и B. В узел А сходятся одни концы всех резисторов, а в узел В – другие концы. Пусть узел А имеет потенциал φ₁, а узел В – потенциал φ₂. Из рисунка 2 видно, что для всех резисторов R1, R2 и R3 у нас одна и та же разность потенциалов U.

Как следует из статьи про потенциалы , это означает, что напряжение на всех резисторах у нас одинаково и равно приложенному напряжению U. Это важный вывод, его следует хорошо запомнить.

С токами дело обстоит по-другому. Проанализируем рисунок 2 слева направо. Пусть у нас в цепи течет ток I. Течет он себе, течет, никого не трогает и тут вдруг натыкается на узел А. Что в этом случае говорит полюбившаяся вам статья про первый закон Кирхгофа ? А то, что ток I в узле А разделится на три тока I₁, I₂, I₃. При этом будет выполняться равенство

То есть через резистор R1 будет протекать ток I₁, через резистор R2 – ток I₂, а через резистор R3 – ток I₃.

Итак, у нас в системе уже тихо-мирно текут себе три тока. И все хорошо, пока они не наткнуться на узел В. Тут снова вступает в силу первый закон Кирхгофа. Эти три тока I₁, I₂, I₃ вновь соединятся в один ток I. Причем после узла В ток будет иметь такую же величину I, какой он был до узла А.

То есть если все вышесказанное воплотить в лаконичный язык наскальной живописи, положение дел можно представить себе вот так

Как же найти эти самые токи I₁, I₂, I₃? Господа, полагаю, вы уже догадались, что на помощь нам придет горячо нами всеми любимый закон Ома . Действительно, мы знаем сопротивления резисторов и, кроме того, нам известно, что на всех них падает одно и тоже напряжение U. Поэтому легко находим токи

Отлично, мы разобрались с напряжениями и с токами в такой схеме. А помните в статье про последовательное сопротивление мы ловко преобразовали три резистора в один с эквивалентным им сопротивлением? Нельзя ли и здесь сделать что-то подобное? Оказывается, вполне себе можно. Как мы помним, токи в схеме распределены таким вот образом

Обзовем эквивалентное сопротивление буковкой R. И подставим в это выражение только что найденные нами токи I₁, I₂, I₃

Видим, что здесь без проблем можно сократить левую и правую части на U. Получаем

Господа, важный вывод: при параллельном соединении резисторов обратное эквивалентное сопротивление равно сумме обратных сопротивлений отдельных резисторов.

То есть для упрощения различных расчетов электрических схем такую вот цепочку параллельно соединенных резисторов можно заменить одним резистором с соответствующим сопротивлением, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3 – Преобразование параллельного соединение

Весьма частый случай на практике, когда соединены параллельно не много резисторов, а всего два. Поэтому полезно знать наизусть итоговое сопротивление такой схемы. Давайте посмотрим, чему оно равно:

То есть, если у вас два сопротивления соединены параллельно, то по этой формуле вы легко высчитаете общее сопротивление. Рассмотрим пример. Пусть у нас параллельно соединены два резистора 10 кОм и 15 кОм. Чему равно их общее сопротивление?

Заметьте, господа, итоговое сопротивление у нас получилось 6 кОм, что меньше 10 кОм и 15 кОм. То есть при параллельном соединении общее сопротивление меньше любого из составляющих. Это всегда верно для любого количества резисторов, а не только для двух. Итоговое сопротивление всегда уменьшается (в отличии от последовательного сопротивления, где итоговое сопротивление всегда растет). Этот факт полезно запомнить.

Еще один часто встречающийся на практике случай – когда параллельно соединены несколько резисторов с одинаковым сопротивлением. Допустим, каждый из них обладает сопротивлением R1 и всего их N штук. Тогда по нашей общей формуле для эквивалентного сопротивления

То есть при параллельном соединении N одинаковых резисторов с сопротивлением R1 итоговое сопротивление будет в N раз меньше этого самого сопротивления R1.

Так-с, с током разобрались, с напряжением разобрались, с эквивалентным сопротивлением вроде тоже…осталась мощность. Для этого воспользуемся вот этим выражением, которое мы писали чуть выше в статье

Умножим левую и правую части на напряжение U.

Как мы помним из статьи про мощность произведение тока на напряжение есть мощность. То есть мы можем записать

где Р – мощность, выдаваемая источником;

P₁ – мощность, рассеиваемая на резисторе R1;

P₂ – мощность, рассеиваемая на резисторе R2;

P₃ – мощность, рассеиваемая на резисторе R3.

Заметьте, господа, формула в точности такая же, как и для случая последовательного соединения резисторов. И там и там мощность, выдаваемая источником, равна сумме мощностей, рассеиваемых на резисторах цепи.

Итак, господа, мы рассмотрели основные соотношения при параллельном соединении резисторов. Теперь осталось поговорить, где это параллельное соединение можно использовать и для чего.

1) Ну, во-первых, параллельное соединение применяют во всех случаях, когда хотят запитать несколько нагрузок от одного источника напряжения. При этом пользуются тем свойством, что при параллельном соединении напряжения на всех нагрузках одинаково. То есть, допустим, вы берете источник напряжения, выставляете на нем напряжение 5 В и цепляете к этому источнику сразу несколько своих устройств. Узлами А и В в этом случае будут клеммы источника. На каждое из устройств в этом случае придет напряжение 5 В. Да и все устройства в вашей квартире (лампочки, компьютеры, телевизоры и все прочее) соединены между собой параллельно.

2) Второе возможное применение встречается не так часто, но, думаю, о нем тоже следует рассказать. Допустим, вы делаете какую-то схему, где необходим очень точный подгон сопротивления. Скажем, надо получить сопротивление 6 кОм. Такое сопротивление найти нелегко, их просто не продают. Зато у вас есть два сопротивления 10 кОм и 15 кОм. Вы их соединяете параллельно и получаете требуемые 6 кОм. Как показывает практика, 3 параллельных резисторов достаточно для получения итогового результирующего сопротивления требуемого номинала с весьма хорошей точностью. Конечно, таких вещей лучше избегать и, если есть возможность, всегда стараться применять стандартные сопротивления. Но бывают случаи, когда это невозможно, и тогда приходит на помощь этот метод.

3) Третий пункт будет немного похож на первый. Его суть заключается в следующим. Допустим, нам надо снять с источника питания 10 Вт мощности. А у нас в наличии только резисторы, которые позволяют рассеивать на себе 1 Вт. Что делать? Можно соединить 10 резисторов параллельно и с каждого снимать по 1 Вт. Мы же помним нашу формулу

Конечно, лучше брать не 10 резисторов, а хотя бы 15 и рассеивать на них меньше, чем 1 Вт. Работать на пределе никогда не следует.

Кстати, тут очень вовремя к моменту написания статьи пришли платы с производства! Господа, прошу вас взглянуть на рисунок 4.

Рисунок 4 – Плата нагревателя

На нем изображена плата нагревателя (флешка для масштаба). В чем суть? Имеется весьма сложное устройство, предназначенное для работы в арктических условиях. Найти же компоненты, которые надежно функционировать при температурах минус 55 градусов и при этом стоят адекватных денег и обладают адекватными размерами бывает непросто. Обычно элементная база в лучшем случае рассчитана на минус 40 градусов. И было принято решение разработать вот такой вот нагреватель для прогрева чувствительных к холоду аналоговых узлов устройства. Он управляется с микроконтроллера и автоматически включается при температурах меньше минус 40 градусов. Как вы можете видеть из рисунка 4, этот нагреватель представляет собой 30 параллельно соединенных резисторов с сопротивлениями 150 Ом. Каждый резистор, согласно документации, способен рассеивать до 1 Вт мощности. Используя изученные формулки, мы можем посчитать, что в сумме такая система обладает сопротивлением

и теоретически может рассеивать мощность

Ну, с сопротивлением вопросов нет, оно действительно равно 5 Ом. Ну, плюс-минус 5 % на допуск резисторов, что в данном случае вообще не критично. А вот с мощностью тут не так все однозначно. Помните про закон Джоуля-Ленца , который мы рассматривали? Резисторы будут греться, причем не слабо. Как показывает практика, если нагружать резисторы по полной, то есть рассеивать на каждом по 1 Вт, то в течении нескольких секунд их температура улетит за 150 градусов. Такая высокая температура критична для резистора и может привести к его разрушению. Я был готов к такому развитию событий, поэтому заложил для платы нагревателя максимальное напряжение 9 вольт. Это значит, что на каждом резисторе будет выделяться

что почти в два раза меньше максимально допустимой мощности в 1 Вт. В сумме на всей плате выделялось, соответственно

Эксперимент показал, что резисторы достигли температуры с комнатных 25 градусов до критичных 120 градусов приблизительно за 10 секунд работы и температура продолжала уверенно расти. Очевидно, если оставить на длительное время включенным такой нагреватель при комнатной температуре, он неминуемо выйдет из строя. Возможно, при работе на минус 55 градусах перегрев бы не был столь критичным, однако хотелось исключить вариант спалить плату на столе, поэтому я понизил напряжение, подаваемое на плату на 3 вольта: стал подавать 6 вольт. Теперь на каждом резисторе рассеивалось

а на всей плате

Теперь температура поднималась до 100-110 градусов примерно за 30-40 секунд работы и оставалась на этом уровне (выходила в точку термодинамического равновесия). Эта температура вполне подходит для нагревателя. Однако пока это были лишь эксперименты на столе при комнатной температуре, главный эксперимент – в термокамере на минус 55 градусах – впереди. Возможно, по его результатам потребуется чуть увеличить рассеиваемую мощность. А может все останется как есть и этой мощности будет достаточно для вывода девайса на режим за адекватное время, время покажет .

На сегодня все, господа. Удачи вам и до новых встреч!

Вступайте в нашу группу Вконтакте

Вопросы и предложения админу: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

При последовательном подключении приборы соединены
подобно вагонам поезда. (Так подключается, например, амперметр.)
Можно представить себе, что ток последовательно «проходит» один
прибор за другим. В результате во всех приборах наблюдается одна
и та же сила тока. Общее напряжение делится,
на каждом приборе падает часть общего напряжения. Сопротивление
приборов при этом складывается.
При параллельном подключении приборы соединены подобно
параллельным железнодорожным путям на сортировочной станции. Так
подключается вольтметр. Ток разветвляется, делится
на части (ветви). Напряжение на всех приборах
одинаково, а общее сопротивление
уменьшается.

Последовательное соединение	Параллельное соединение
Сила тока одинакова: Iобщ = I1 = I2	Сила тока складывается: Iобщ = I1 + I2
Напряжение складывается: Uобщ = U1 + U2	Напряжение одинаково: Uобщ = U1 = U2
Сопротивление складывается: Rобщ = R1 + R2	Сопротивление уменьшается: Rобщ = R1 R2/(R1 + R2)

Схема последовательного соединения — Стройпортал Biokamin-Doma.ru

Последовательное и параллельное соединение проводников

Последовательное соединение проводников

Сила тока на всех участках цепи будет одинаковой.
Общее напряжение цепи составляет сумму напряжений на каждом участке.
Общее сопротивление включает в себя сопротивления каждого отдельного проводника.

Параллельное соединение проводников

Законы последовательного и параллельного соединения проводников

Данные законы, касающиеся обоих видов соединений проводников, частично уже были рассмотрены ранее.

Последовательное соединение предполагает одинаковую силу тока в каждом проводнике: I = I1 = I2.
Закон ома параллельное и последовательное соединение проводников объясняет в каждом случае по-своему. Например, при последовательном соединении, напряжения на всех проводниках будут равны между собой: U1 = IR1, U2 = IR2. Кроме того, при последовательном соединении напряжение составляет сумму напряжений каждого проводника: U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.
Полное сопротивление цепи при последовательном соединении состоит из суммы сопротивлений всех отдельно взятых проводников, независимо от их количества.
При параллельном соединении напряжение всей цепи равно напряжению на каждом из проводников: U1 = U2 = U.
Общая сила тока, измеренная во всей цепи, равна сумме токов, протекающих по всем проводникам, соединенных параллельно между собой: I = I1 + I2.

Смешанное соединение проводников

Последовательное и параллельное соединение. Применение и схемы

Последовательное соединение

Это соединение можно рассмотреть иначе. Все резисторы можно заменить одним эквивалентным резистором.

Применение

Параллельное соединение

Применение

Работа тока

А = I х U х t, где А – работа тока, t – время течения по проводнику.

А=I х (U1 + U2) х t

Раскрываем скобки и получаем, что на всей схеме работа определяется суммой на каждой нагрузке.

А = А1+А2

Мощность тока

При рассмотрении формулы мощности участка цепи снова необходимо пользоваться формулой:

Р=U х I

Р=Р1 + Р2

Влияние схемы соединения на новогоднюю гирлянду

Последовательное и параллельное соединение для конденсаторов

При последовательной схеме возникает такая картина: заряды от положительного полюса источника питания идут только на наружные пластины крайних конденсаторов. Конденсаторы, находящиеся между ними, передают заряд по цепи. Этим объясняется появление на всех пластинах равных зарядов с разными знаками. Исходя из этого, заряд любого конденсатора, соединенного по последовательной схеме, можно выразить такой формулой:

q_общ= q1 = q2 = q3

Для определения напряжения на любом конденсаторе, необходима формула:

U= q/С

С= q/(U1 + U2 + U3)

1/С= 1/С1 + 1/С2 + 1/C3

Немного иначе рассчитывается параллельное соединение конденсаторов.

С= (q1 + q2 + q3)/U

Это значение рассчитывается как сумма каждого прибора в схеме:

С=С1 + С2 + С3

Смешанное соединение проводников

Теперь используем формулу расчета сопротивления:

Первая формула для последовательного вида соединения.
Далее, для параллельной схемы.
И окончательно для последовательной схемы.

Преимущества и недостатки последовательного и параллельного подключения проводников

Каждое помещение имеет несколько точек электропитания для работы различных приборов. Техника работает посредством электрического тока, который проводят через специально установленные кабели – проводники. От качества элементов сети и способа соединения зависит качество напряжения, стабильность и безопасность использования. Существует два основных метода – параллельное и последовательное. Каждое имеет свои преимущества и недостатки, с которыми лучше ознакомиться предварительно.

Основные электрические величины цепи

Чтобы разобраться в нюансах подключения и соединения электрических проводников, необходимо выяснить основные моменты и величины токовых цепей. Электроцепь – это не самостоятельное устройство, а совокупность нескольких механизмов и элементов, используемых для проведения электрического тока. Основные детали:

источники: трансформаторы, электроустановки, батарейки, генераторы, аккумуляторы и другие;
приемники: непосредственно техника – лампы, двигатели, нагреватели, катушки индуктивности, подобные;
промежуточные звенья: провода, устройства.

Основными величинами, с помощью которых устанавливают свойства электрических цепей, являются напряжение, сопротивление и ток. В проводниках электричество представляет множество двигающихся в заданном направлении электрических зарядов. Под током в сети подразумевают интенсивность или силу, которые измеряются числом зарядов одновременно проходящих через поперечное сечение проводника.

Напряжение – это то количество электрической энергии, которое необходимо для перемещения одного заряда от одного пункта до другого. Выражается в Вольтах. Сопротивление – это силы, воздействующие на поток электрических зарядов во время движения проводников. Записывается в Омах.

Взаимная зависимость электрических величин

Связь между величинами в электрической цепи объясняется законами электротехники. Первый – Закон Ома. Открыт и подтвержден Георгом Симоном Омом еще в 1827 году. Заключается в том, что величина интенсивности тока прямо пропорциональна величине напряжения в кабеле проводника. Закон Ома позволяет быстро провести анализ электрической цепи и оценить ее возможности, пределы.

Кроме основного правила в электротехнике используют Законы Кирхгофа. Один гласит, что сумма токов на входе равна сумме токов на выходе. Второй – что сумма ЭДС равна сумме падений напряжения на внутренних элементах электрического контура.

Законы Кирхгофа позволяют установить соотношение между токами, проходящими через узлы электрической проводки, и токами на входе в контурную цепь. Анализ и расчеты проводятся по следующему алгоритму:

Устанавливается общее число ветвей и узлов конкретной электрической сети.
В произвольном порядке выбираются условно-положительные направления токов в проводке, на схеме проставляются соответствующие отметки.
Для получения уравнения отмечаются в свободном порядке положительные направления обхода контура;
Составляется уравнение по правилам Кирхгофа для получения результата.

Решение построенных задач позволит определить количество и значение токов в конкретной электрической цепи.

При помощи законов Ома и Кирхгофа, электрики оценивают состояние сети, ее работоспособность и мощность. На практике редко используют формулы вживую. Практикующие электрики ориентируются в характеристиках более свободно. Начинающим монтажерам может показаться сложным единовременное ориентирование во всех показателях и взаимосвязях, удобнее иметь некоторые вспомогательные материалы под рукой.

Параллельное соединение проводников

Соединение кабелей в электропроводке возможно тремя вариантами: параллельно, последовательно, смешанно. Первый метод – параллельное подключение – заключается в том, что проводники соединяются между собой в начальной и конечной точках. Получается, что нагрузки с обоих концов сливаются, а напряжение получается параллельным. В одной электрической сети параллельно могут быть соединены два, три и больше кабелей.

Чтобы проверить интенсивность прохождения тока при таком подключении, в параллельную сеть подключают две лампочки (показатели должны быть идентичными – сопротивление, напряжение). Чтобы произвести испытание и проконтролировать результат, к каждой подводят амперметр (устройство, измеряющее силу тока). Третий прибор запитывают на сеть в целом, чтобы увидеть показатель на всей сети. Дополнительные элементы – питание, ключ.

После того как схема собрана, ключом активируют питание и сравнивают результаты на амперметрах. На общем показатель должен быть равен сумме двух, подключенных к лампам. В данном случае считается, что система работает исправно – напряжение при параллельном соединении подается в нормальном режиме.

Если на одном участке произойдет замыкание, лампочки останутся в рабочем состоянии. Ток поступает по замкнутому контуру с двух сторон. Ремонт будет необходим в любом случае, но свет и питание останутся.

Если к указанной системе подключить вольтметр, можно оценить показатели сопротивления сети. Эквивалентный показатель укажет на уровень сопротивления сети при той же интенсивности тока.

Последовательное соединение проводников

Следующая схема подключения – последовательное соединение проводников в цепи – подразумевает врезку каждого прибора в порядке очередности (один за другим). Интенсивность силы проходящего тока через каждый элемент питания (лампочка, прибор) будет одинаковой. При этом напряжение при последовательном соединении складывается из показателей напряжения с каждого участка (получается суммарным).

Значение сопротивления может изменяться. Если изменится нагрузка на одном из мест последовательного подключения, изменится и уровень сопротивления. Как следствие, поменяется показатель тока.

Основной недостаток такой электрической цепи заключается в том, что если на одном из участков произойдет сбой (поломка, замыкание), следующие за ним элементы перестанут функционировать. Наглядно схема соединения представлена в обычных новогодних гирляндах – когда ломается один контакт или провод в любом месте, перестают работать остальные.

При последовательном подключении проводников конец одного кабеля подсоединяется к началу следующего. Ключевое отличие электроцепи – отсутствие разветвлений, через участки проходит один электроток. При этом разность потенциалов резистора объясняется совокупным напряжением по каждому отдельному резистору (контакту, участку, точке питания).

Законы последовательного и параллельного соединения проводников

К правилам, объясняющим «поведение» проводников при последовательном и параллельном соединениях, относятся основные законы электротехники и некоторые особенности. Последние не всегда бывают очевидны новичкам, поэтому их разбирают как отдельные законы. При работе со схемами проводников учитывают следующее:

Последовательное подключение подразумевает одинаковые показатели токов на каждом участке.
Закон Ома для каждого типа соединения имеет свое значение. Например, при последовательном способе включения напряжение будет равно сумме напряжений всех участков сети.
Общее сопротивление электрической цепи при поочередном соединении будет равно сумме значений сопротивления элементов, не зависит от числа проводников и точек питания.
Параллельный метод – напряжение электроцепи равно напряжению на каждом отдельном элементе, не суммируется, а остается одинаковым.
Сила тока для данного способа соединения определяется суммой значений токов участков подключения.

Данные законы используются при построении схемы электропроводки в помещении.

Чтобы оптимизировать нагрузку, не создавать чрезмерного напряжения в отдельных частях, проверяют оптимальность каждого типа соединения в конкретной ситуации.

Смешанное соединение проводников

Как правило, в электпроводке используют параллельное и последовательное соединения одновременно. Такой способ подключения проводов называется смешанным или комбинированным. При построении первоначальной схемы питания в помещении, где указывается число и расположения точек питания (розеток, выключателей, трансформаторов), учитывают необходимость каждого из типов подключения на разных участках.

Электрическая проводка редко состоит из простых элементов. Зачастую получается сложная схема из множества разных участков и соединений. Поэтому при составлении плана важно разобраться в преимуществах и недостатках типов подсоединения проводов, чтобы оптимально использовать каждый. Для этого схему разбивают по участкам и в каждом конкретном случае подбирают собственный метод врезки проводов.

Как выбрать тип подключения

Потребляемая электрическая энергия в квартиру поступает от общедомового электрощитка. Количество израсходованного тока измеряется счетчиком. Вводный провод в помещение имеет большое сечение и является основным «поставщиком» электричества в квартиру. Следующие берут с меньшими показателями, так как нагрузка на них снижается за счет распределения.

Основной кабель заводится в специальную распределительную коробку, от которой делают разводку в комнаты и санузлы. На этом этапе необходимо определить, какой тип соединения проводов будет использован: последовательный, параллельный, комбинированный.

Категорического запрета на построение проводки в квартире тем или иным способом нет. Однако следует учитывать практическое применение каждой цепи, недостатки, преимущества и возможности.

Самым подходящим и часто используемым вариантом является смешанное соединение проводов. От общего щитка к распредкоробке подводится кабель, затем в параллельную сеть замыкается несколько распределительных узлов (в каждом помещении). Далее – в комнатах точки питания соединяются последовательно.

Последовательное включение элементов позволяет существенно сэкономить на материалах при монтаже электропроводки. Поэтому несмотря на определенные недостатки метод используют в небольших помещениях. На малых участках проще выявить место поломки, нежели в квартире в целом.

Параллельное подключение визуально представляет кольцо из проводов. Если на одном участке произошел сбой, ток не прекращает поступать – подача происходит с другой стороны цепи. Однако для такого типа соединения требуется проложить значительное количество кабеля, что не всегда удобно.

В некоторых ситуациях целесообразно использовать только последовательное соединение проводов. Например, в длинных коридорах необходимо одновременно включать и выключать несколько осветительных приборов разом. Шлейфовое подключение в данной ситуации оптимально. Сложность замены лампочки или узла на участке зависит от типа электропроводки и отделки помещения.

При составлении схемы электрической сети в квартире и покупке лампочек для осветительных приборов важно учитывать уровень напряжения. Последовательное соединение означает, что напряжение делится поровну на количество лампочек. Например, если устанавливают две подряд, значение на каждой будет по 110В, а не 220В.

При покупке вторичного жилья следует убедиться, что в технической документации присутствует действующая схема электропроводки. Наличие плана позволит безопасно сделать ремонт и корректно подключить новые точки питания, лампы.

Электромонтажники в сложных схемах всегда используют оба типа соединения. С одной стороны, такой подход снижает общее количество расходных материалов. С другой, позволяет в каждом конкретном помещении реализовать преимущества обоих методов врезки кабеля. При самостоятельном подключении необходимо детально разобраться в аспектах каждого вида, по возможности – проконсультироваться с мастером. В противном случае, велика вероятность некорректного соединения и сбоев в работе.

Параллельное и последовательное соединение проводников

Ток в электроцепи проходит по проводникам от источника напряжения к нагрузке, то есть к лампам, приборам. В большинстве случаев в качестве проводника используются медные провода. В цепи может быть предусмотрено несколько элементов с разными сопротивлениями. В схеме приборов проводники могут быть соединены параллельно или последовательно, также могут быть смешанные типы.

Элемент схемы с сопротивлением называется резистором, напряжение данного элемента является разницей потенциалов между концами резистора. Параллельное и последовательное электрическое соединение проводников характеризуется единым принципом функционирования, согласно которому ток протекает от плюса к минусу, соответственно потенциал уменьшается. На электросхемах сопротивление проводки берется за 0, поскольку оно ничтожно низкое.

Параллельное соединение предполагает, что элементы цепы подсоединены к источнику параллельно и включаются одновременно. Последовательное соединение означает, что проводники сопротивления подключаются в строгой последовательности друг за другом.

При просчете используется метод идеализации, что существенно упрощает понимание. Фактически в электрических цепях потенциал постепенно снижается в процессе перемещения по проводке и элементам, которые входят в параллельное или последовательное соединение.

Последовательное соединение проводников

Схема последовательного соединения подразумевает, что они включаются в определенной последовательности один за другим. Причем сила тока во всех из них равна. Данные элементы создают на участке суммарное напряжение. Заряды не накапливаются в узлах электроцепи, поскольку в противном случае наблюдалось бы изменение напряжения и силы тока. При постоянном напряжении ток определяется значением сопротивления цепи, поэтому при последовательной схеме сопротивление меняется в случае изменения одной нагрузки.

Недостатком такой схемы является тот факт, что в случае выхода из строя одного элемента остальные также утрачивают возможность функционировать, поскольку цепь разрывается. Примером может служить гирлянда, которая не работает в случае перегорания одной лампочки. Это является ключевым отличием от параллельного соединения, в котором элементы могут функционировать по отдельности.

Последовательная схема предполагает, что по причине одноуровневого подключения проводников их сопротивление в любой точки сети равно. Общее сопротивление равняется сумме уменьшения напряжений отдельных элементов сети.

При данном типе соединения начало одного проводника подсоединяется к концу другого. Ключевая особенность соединения состоит в том, что все проводники находятся на одном проводе без разветвлений, и через каждый из них протекает один электроток. Однако общее напряжение равно сумме напряжений на каждом. Также можно рассмотреть соединение с другой точки зрения – все проводники заменяются одним эквивалентным резистором, и ток на нем совпадает с общим током, который проходит через все резисторы. Эквивалентное совокупное напряжение является суммой значений напряжения по каждому резистору. Так проявляется разность потенциалов на резисторе.

Использование последовательного подключения целесообразно, когда требуется специально включать и выключать определенное устройство. К примеру, электрозвонок может звенеть только в момент, когда присутствует соединение с источником напряжения и кнопкой. Первое правило гласит, что если тока нет хотя бы на одном из элементов цепи, то и на остальных его не будет. Соответственно при наличии тока в одном проводнике он есть и в остальных. Другим примером может служить фонарик на батарейках, который светит только при наличии батарейки, исправной лампочки и нажатой кнопки.

В некоторых случаях последовательная схема нецелесообразна. В квартире, где система освещения состоит из множества светильников, бра, люстр, не стоит организовывать схему такого типа, поскольку нет необходимости включать и выключать освещение во всех комнатах одновременно. С этой целью лучше использовать параллельное соединение, чтобы иметь возможность включения света в отдельно взятых комнатах.

Параллельное соединение проводников

В параллельной схеме проводники представляют собой набор резисторов, одни концы которых собираются в один узел, а другие – во второй узел. Предполагается, что напряжение в параллельном типе соединения одинаковое на всех участках цепи. Параллельные участки электроцепи носят название ветвей и проходят между двумя соединительными узлами, на них имеется одинаковое напряжение. Такое напряжение равно значению на каждом проводнике. Сумма показателей, обратных сопротивлениям ветвей, является обратной и по отношению к сопротивлению отдельного участка цепи параллельной схемы.

При параллельном и последовательном соединениях отличается система расчета сопротивлений отдельных проводников. В случае параллельной схемы ток уходит по ветвям, что способствует повышению проводимости цепи и уменьшает совокупное сопротивление. При параллельном подключении нескольких резисторов с аналогичными значениями совокупное сопротивление такой электроцепи будет меньше одного резистора число раз, равное числу резисторов в схеме.

В каждой ветви предусмотрено по одному резистору, и электроток при достижении точки разветвления делится и расходится к каждому резистору, его итоговое значение равно сумме токов на всех сопротивлениях. Все резисторы заменяются одним эквивалентным резистором. Применяя закон Ома, становится понятным значение сопротивления – при параллельной схеме суммируются значения, обратные сопротивлениям на резисторах.

При данной схеме значение тока обратно пропорционально значению сопротивления. Токи в резисторах не взаимосвязаны, поэтому при отключении одного из них это никоим образом не отразится на остальных. По этой причине такая схема используется во множестве устройств.

Рассматривая возможности применения параллельной схемы в быту, целесообразно отметить систему освещения квартиры. Все лампы и люстры должны быть соединены параллельно, в таком случае включение и отключение одного из них никак не влияет на работу остальных ламп. Таким образом, добавляя выключатель каждой лампочки в ветвь цепи, можно включать и отключать соответствующий светильник по необходимости. Все остальные лампы работают независимо.

Все электроприборы объединяются параллельно в электросеть с напряжением 220 В, затем они подключаются к распределительному щитку. То есть все приборы подключаются независимо от подключения прочих устройств.

Законы последовательного и параллельного соединения проводников

Для детального понимания на практике обоих типов соединений, приведем формулы, объясняющие законы данных типов соединений. Расчет мощности при параллельном и последовательном типе соединения отличается.

При последовательной схеме имеется одинаковая сила тока во всех проводниках:

Согласно закону Ома, данные типы соединений проводников в разных случаях объясняются иначе. Так, в случае последовательной схемы, напряжения равны друг другу:

U1 = IR1, U2 = IR2.

Помимо этого, общее напряжение равно сумме напряжений отдельно взятых проводников:

U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.

Полное сопротивление электроцепи рассчитывается как сумма активных сопротивлений всех проводников, вне зависимости от их числа.

В случае параллельной схемы совокупное напряжение цепи аналогично напряжению отдельных элементов:

А совокупная сила электротока рассчитывается как сумма токов, которые имеются по всем проводникам, расположенным параллельно:

Чтобы обеспечить максимальную эффективность электрических сетей, необходимо понимать суть обоих типов соединений и применять их целесообразно, используя законы и рассчитывая рациональность практической реализации.

Смешанное соединение проводников

Последовательная и параллельная схема соединения сопротивления могут сочетаться в одной электросхеме при необходимости. К примеру, допускается подключение параллельных резисторов по последовательной схеме к другому резистору или их группе, такое тип считается комбинированным или смешанным.

В таком случае совокупное сопротивление рассчитывается посредством получения сумм значений для параллельного соединения в системе и для последовательного. Сначала необходимо рассчитывать эквивалентные сопротивления резисторов в последовательной схеме, а затем элементов параллельного. Последовательное соединение считается приоритетным, причем схемы такого комбинированного типа часто используются в бытовой технике и приборах.

Итак, рассматривая типы подключений проводников в электроцепях и основываясь на законах их функционирования, можно полностью понять суть организации схем большинства бытовых электроприборов. При параллельном и последовательном соединениях расчет показателей сопротивления и силы тока отличается. Зная принципы расчета и формулы, можно грамотно использовать каждый тип организации цепей для подключения элементов оптимальным способом и с максимальной эффективностью.

Последовательное и параллельное соединение лампочек — схемы применения в быту.

Как известно, в быту повсеместно используется параллельное подключение ламп. Однако последовательная схема также может применяться и быть полезна.

Давайте рассмотрим все нюансы обеих схем, ошибки которые можно допустить при сборке и приведем примеры практической их реализации в домашних условиях.

В начале рассмотрим простейшую сборку из двух последовательно подключенных лампочек накаливания.

две лампы вкрученные в патроны

два провода питания выходящие из патронов

Что нужно, чтобы подключить их последовательно? Ничего сложного здесь нет.

Просто берете любой конец провода от каждой лампы и скручивает их между собой.

На два оставшихся конца вам необходимо подать напряжение 220 Вольт (фазу и ноль).

Как будет работать такая схема? При подаче фазы на провод, она пройдя через нить накала одной лампы, через скрутку попадает на вторую лампочку. И далее встречается с нулем.

Почему такое простое соединение практически не применяется в квартирах и домах? Объясняется это тем, что лампы в этом случае будут гореть менее чем в полнакала.

При этом напряжение будет распределяться на них равномерно. К примеру, если это обычные лампочки по 100 Ватт с рабочим напряжением 220 Вольт, то на каждую из них будет приходиться плюс-минус 110 Вольт.

Соответственно и светить они будут менее чем в половину от своей изначальной мощности.

Грубо говоря, если вы подключите параллельно две лампы по 100Вт каждая, то в итоге получите светильник мощностью в 200Вт. А если эту же схему собрать последовательно, то общая мощность светильника будет гораздо меньше, чем мощность всего одной лампочки.

Исходя из формулы расчета получаем, что две лампочки светят с мощностью равной всего: P=I*U=69.6Вт

Если они отличаются, допустим одна из них 60Вт, а другая 40Вт, то и напряжение на них будет распределяться уже по другому.

Что это дает нам в практическом смысле при реализации данных схем?

Лучше и ярче будет гореть лампа, у которой нить накала имеет большее сопротивление.

Возьмите к примеру лампочки, кардинально отличающиеся по мощности — 25Вт и 200Вт и соедините последовательно.

Какая из них будет светиться почти в полный накал? Та, что имеет P=25Вт.

Удельное сопротивление ее вольфрамовой нити значительно больше чем у двухсотки, а следовательно падение напряжения на ней сравнимо с напряжением в сети. При последовательном соединении ток будет одинаков в любом участке цепи.

При этом величина силы тока, способная разжечь 25-ти ваттку, никак не способна «поджечь» двухсотку. Грубо говоря, источник света с лампой 200Вт и более, будет восприниматься относительно 25Вт как обычный участок провода, через который течет ток.

Можно увеличить количество ламп и добавить в схему еще одну. Делается это опять все просто.

Два конца питающего провода третьей лампы, скручиваете с любыми концами от первых двух. А на оставшиеся опять подаете 220В.

Как будет светиться в этом случае данная гирлянда? Падение напряжения будет еще больше, а значит лампочки загорятся не то что в полсилы, а вообще будут еле-еле гореть.

Помимо существенного падения напряжения, вторым отрицательным моментом такой схемы, является ее ненадежность.

Если у вас сгорит всего одна из лампочек в этой цепочке, то сразу же потухнут и все остальные.

Еще нужно сделать замечание, что такая последовательная схема будет хорошо работать на обычных лампах накаливания. На некоторых других видах, в том числе светодиодных, никакого эффекта можете и не дождаться.

У них в конструкции может быть заложена электронная схема, которой нужно питание порядка 220В. Безусловно, они могут работать и от пониженных значений в 150-160В, но 90В и менее, для них уже будет недостаточно.

Кстати, некоторые электрики при монтаже освещения в квартире могут совершить случайную ошибку, которая как раз таки связана с последовательным подключением источников освещения.

В результате, у вас будет наблюдаться следующий эффект. При включении выключателя света будет загораться одна лампочка в комнате, а при его выключении — другая.

При этом невозможно будет добиться того, чтобы потухли обе сразу. Как такое возможно?

Ошибка кроется в том, что электрик просто перепутал место присоединения одного из проводов выключателя и воткнул его в разрыв между двух ламп разной мощности. Вот наглядная схема такой неправильной сборки.

Как видно из нее, при включении напряжения, через контакты одноклавишника на второй источник освещения подается напряжение 220V, и он как положено загорается.

При этом первый источник остается без питания, т.к. с обоих сторон к нему подведена «одноименка».

А когда вы разрываете цепь, здесь уже образуется та самая последовательная схема и лампа меньшей мощности будет светиться.

В то время как большей, практически потухнет. Все как и было описано выше.

Где же можно в быту, применить такую казалось бы не практичную схему?

Самое широко известное использование подобных конструкций — это елочные новогодние гирлянды.

Также можно сделать последовательную подсветку в длинном проходном коридоре и без особых затрат получить освещение в стиле лофт.

Постоянно горят лампочки в подъезде или дома из-за большого напряжения? Самый дешевый выход — включить последовательно еще одну.

Вместо одной 60Вт, включаете две сотки и пользуетесь ими практически «вечно». Из-за пониженного напряжения в 110В, вероятность выхода их из строя снижается в сотни раз.

Еще одно оригинальное применение, которым я все таки не рекомендую пользоваться, но отдельные электрики в безвыходных ситуациях к нему прибегают. Это так называемая фазировка трехфазных цепей.

Допустим, вам нужно подключить параллельно между собой два трехфазных (380В) ввода, от одного источника питания. Вольтметра, мультиметра или тестера у вас под рукой нет. Что делать?

Ведь если перепутать фазы, то запросто можно создать междуфазное КЗ! И здесь вам опять поможет последовательная сборка всего из двух лампочек.

Собираете их по самой первой приведенной схеме и подсоединив один конец провода питания на фазу ввода №1, другим концом поочередно касаетесь жил ввода №2.

При одноименных фазах, лампочки светиться не будут (например фА ввод№1 — фА ввод№2).

А при разных (фА ввод№1 — фВ ввод№2) — они загорятся.

Такой эксперимент только с одной лампой, вам бы никогда не удался, так как она бы моментально взорвалась от повышенного для нее напряжения в 380В. А в последовательной сборке с двумя изделиями одинаковой мощности, к ним будет приложено напряжение в пределах нормы.

Как сделать такую простую и незамысловатую инфракрасную печку, читайте в статье по ссылке ниже.

Что-то подобное зачастую применяется в инкубаторах.

Теперь давайте рассмотрим параллельную схему соединения.

При параллельном включении концы питающих проводов двух лампочек, просто скручиваются между собой. Далее, на них подается напряжение 220V.

Таким образом можно подключить любое количество светильников. Самое главное, чтобы сечение питающих проводников было рассчитано на такую нагрузку.

В этом случае все светиться и гореть у вас будет ровно с такой яркостью, на которую изначально и были рассчитаны светильники.

На практике, конечно в одну кучу все провода не скручиваются, а поступают несколько иначе. Пускают один общий протяженный кабель, а уже к нему, в виде отпаек, подсоединяются отдельные лампочки.

Пи этом схема может быть как шлейфная, так и лучевая. Но обе они являются параллельными.

Данная схема применяется повсеместно — в многорожковых люстрах, в уличных светильниках, в домашних декоративных светильниках и т.д.

И если при этом перегорит любая лампочка, остальные как ни в чем ни бывало продолжат светиться.

Напряжение на них подается одновременно и всегда составляет номинальные 220В.

Но все таки при монтаже освещения у себя дома, используя параллельное подключение, не забывайте и о последовательном.

Как было указано выше, оно тоже имеет свои преимущества в определенных ситуациях и может здорово помочь с решением множества задач (декоративная подсветка, светильники-обогреватели, «вечная» лампочка и т.д).

Последовательное и параллельное соединение сопротивлений

Последовательное соединение сопротивлений

Возьмем три постоянных сопротивления R1, R2 и R3 и включим их в цепь так, чтобы конец первого сопротивления R1 был соединен с началом второго сопротивления R 2, конец второго — с началом третьего R 3, а к началу первого сопротивления и к концу третьего подведем проводники от источника тока (рис. 1 ).

Такое соединение сопротивлений называется последовательным. Очевидно, что ток в такой цепи будет во всех ее точках один и тот же.

Рис 1 . Последовательное соединение сопротивлений

Как определить общее сопротивление цепи, если все включенные в нее последовательно сопротивления мы уже знаем? Используя положение, что напряжение U на зажимах источника тока равно сумме падений напряжений на участках цепи, мы можем написать:

U1 = IR1 U2 = IR2 и U3 = IR3

IR = IR1 + IR2 + IR3

Вынеся в правой части равенства I за скобки, получим IR = I(R1 + R2 + R3) .

Поделив теперь обе части равенства на I , будем окончательно иметь R = R1 + R2 + R3

Таким образом, мы пришли к выводу, что при последовательном соединении сопротивлений общее сопротивление всей цепи равно сумме сопротивлений отдельных участков.

Проверим этот вывод на следующем примере. Возьмем три постоянных сопротивления, величины которых известны (например, R1 == 10 Ом, R 2 = 20 Ом и R 3 = 50 Ом). Соединим их последовательно (рис. 2 ) и подключим к источнику тока, ЭДС которого равна 60 В (внутренним сопротивлением источника тока пренебрегаем).

Рис. 2. Пример последовательного соединения трех сопротивлений

Подсчитаем, какие показания должны дать приборы, включенные, как показано на схеме, если замкнуть цепь. Определим внешнее сопротивление цепи: R = 10 + 20 + 50 = 80 Ом.

Найдем ток в цепи по закону Ома: 60 / 80 = 0 ,75 А

Зная ток в цепи и сопротивления ее участков, определим падение напряжения на каждое участке цепи U 1 = 0,75 х 10 = 7,5 В, U 2 = 0,75 х 20=15 В, U3 = 0,75 х 50 = 37,5 В.

Зная падение напряжений на участках, определим общее падение напряжения во внешней цепи, т. е. напряжение на зажимах источника тока U = 7,5+15 + 37,5 = 60 В.

Мы получили таким образом, что U = 60 В, т. е. несуществующее равенство ЭДС источника тока и его напряжения. Объясняется это тем, что мы пренебрегли внутренним сопротивлением источника тока.

Замкнув теперь ключ выключатель К, можно убедиться по приборам, что наши подсчеты примерно верны.

Параллельное соединение сопротивлений

Возьмем два постоянных сопротивления R1 и R2 и соединим их так, чтобы начала этих сопротивлений были включены в одну общую точку а, а концы — в другую общую точку б. Соединив затем точки а и б с источником тока, получим замкнутую электрическую цепь. Такое соединение сопротивлений называется параллельным соединением.

Рис 3. Параллельное соединение сопротивлений

Проследим течение тока в этой цепи. От положительного полюса источника тока по соединительному проводнику ток дойдет до точки а. В точке а он разветвится, так как здесь сама цепь разветвляется на две отдельные ветви: первую ветвь с сопротивлением R1 и вторую — с сопротивлением R2. Обозначим токи в этих ветвях соответственно через I1 и I 2. Каждый из этих токов пойдет по своей ветви до точки б. В этой точке произойдет слияние токов в один общий ток, который и придет к отрицательному полюсу источника тока.

Таким образом, при параллельном соединении сопротивлений получается разветвленная цепь. Посмотрим, какое же будет соотношение между токами в составленной нами цепи.

Включим амперметр между положительным полюсом источника тока (+) и точкой а и заметим его показания. Включив затем амперметр (показанный «а рисунке пунктиром) в провод, соединяющий точку б с отрицательным полюсом источника тока (—), заметим, что прибор покажет ту же величину силы тока.

Значит, сила тока в цепи до ее разветвления (до точки а) равна силе тока после разветвления цепи (после точки б).

Будем теперь включать амперметр поочередно в каждую ветвь цепи, запоминая показания прибора. Пусть в первой ветви амперметр покажет силу тока I1 , а во второй — I 2. Сложив эти два показания амперметра, мы получим суммарный ток, по величине равный току I до разветвления (до точки а).

Следовательно, сила тока, протекающего до точки разветвления, равна сумме сил токов, утекающих от этой точки. I = I1 + I2 Выражая это формулой, получим

Это соотношение, имеющее большое практическое значение, носит название закона разветвленной цепи .

Рассмотрим теперь, каково будет соотношение между токами в ветвях.

Включим между точками а и б вольтметр и посмотрим, что он нам покажет. Во-первых, вольтметр покажет напряжение источника тока, так как он подключен, как это видно из рис. 3 , непосредственно к зажимам источника тока. Во-вторых, вольтметр покажет падения напряжений U1 и U2 на сопротивлениях R 1 и R2, так как он соединен с началом и концом каждого сопротивления.

Следовательно, при параллельном соединении сопротивлений напряжение на зажимах источника тока равно падению напряжения на каждом сопротивлении.

Это дает нам право написать, что U = U1 = U2 ,

где U — напряжение на зажимах источника тока; U 1 — падение напряжения на сопротивлении R 1 , U2 — падение напряжения на сопротивлении R2. Вспомним, что падение напряжения на участке цепи численно равно произведению силы тока, протекающего через этот участок, на сопротивление участка U = IR .

Поэтому для каждой ветви можно написать: U1 = I1R1 и U2 = I2R2 , но так как U 1 = U2, то и I1R1 = I2R2 .

Применяя к этому выражению правило пропорции, получим I1/ I2 = U2 / U1 т. е. ток в первой ветви будет во столько раз больше (или меньше) тока во второй ветви, во сколько раз сопротивление первой ветви меньше (или больше) сопротивления второй ветви.

Итак, мы пришли к важному выводу, заключающемуся в том, что при параллельном соединении сопротивлений общий ток цепи разветвляется на токи, обратно пропорциональные величинам сопротивлении параллельных ветвей. Иначе говоря, чем больше сопротивление ветви, тем меньший ток потечет через нее, и, наоборот, чем меньше сопротивление ветви, тем больший ток потечет через эту ветвь.

Убедимся в правильности этой зависимости на следующем примере. Соберем схему, состоящую из двух параллельно соединенных сопротивлений R1 и R 2, подключенных к источнику тока. Пусть R1 = 10 Ом, R2 = 20 Ом и U = 3 В.

Подсчитаем сначала, что покажет нам амперметр, включенный в каждую ветвь:

I1 = U / R1 = 3 / 10 = 0 ,3 А = 300 мА

I 2 = U / R 2 = 3 / 20 = 0,15 А = 150 мА

Общий ток в цепи I = I1 + I2 = 300 + 150 = 450 мА

Проделанный нами расчет подтверждает, что при параллельном соединении сопротивлений ток в цепи разветвляется обратно пропорционально сопротивлениям.

Действительно, R1 == 10 Ом вдвое меньше R 2 = 20 Ом, при этом I1 = 300 мА вдвое больше I2 = 150 мА. Общий ток в цепи I = 450 мА разветвился на две части так, что большая его часть ( I1 = 300 мА) пошла через меньшее сопротивление ( R1 = 10 Ом), а меньшая часть ( R2 = 150 мА) — через большее сопротивление ( R 2 = 20 Ом).

Такое разветвление тока в параллельных ветвях сходно с течением жидкости по трубам. Представьте себе трубу А, которая в каком-то месте разветвляется на две трубы Б и В различного диаметра (рис. 4). Так как диаметр трубы Б больше диаметра трубок В, то через трубу Б в одно и то же время пройдет больше воды, чем через трубу В, которая оказывает потоку воды большее сопротивление.

Рис. 4 . Через тонкую трубу в один и тот же промежуток времени пройдет воды меньше, чем через толстую

Рассмотрим теперь, чему будет равно общее сопротивление внешней цепи, состоящей из двух параллельно соединенных сопротивлений.

Под этим общим сопротивлением внешней цепи надо понимать такое сопротивление, которым можно было бы заменить при данном напряжении цепи оба параллельно включенных сопротивления, не изменяя при этом тока до разветвления. Такое сопротивление называется эквивалентным сопротивлением.

Вернемся к цепи, показанной на рис. 3, и посмотрим, чему будет равно эквивалентное сопротивление двух параллельно соединенных сопротивлений. Применяя к этой цепи закон Ома, мы можем написать: I = U/R , где I — ток во внешней цепи (до точки разветвления), U — напряжение внешней цепи, R — сопротивление внешней цепи, т. е. эквивалентное сопротивление.

Точно так же для каждой ветви I1 = U1 / R1 , I2 = U2 / R2 , где I1 и I 2 — токи в ветвях; U 1 и U2 — напряжение на ветвях; R1 и R2 — сопротивления ветвей.

По закону разветвленной цепи: I = I1 + I2

Подставляя значения токов, получим U / R = U1 / R1 + U2 / R2

Так как при параллельном соединении U = U1 = U2 , то можем написать U / R = U / R1 + U / R2

Вынеся U в правой части равенства за скобки, получим U / R = U (1 / R1 + 1 / R2 )

Разделив теперь обе части равенства на U , будем окончательно иметь 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2

Помня, что проводимостью называется величина, обратная сопротивлению , мы можем сказать, что в полученной формуле 1 / R — проводимость внешней цепи; 1 / R1 проводимость первой ветви; 1 / R2- проводимость второй ветви.

На основании этой формулы делаем вывод: при параллельном соединении проводимость внешней цепи равна сумме проводимостей отдельных ветвей.

Следовательно, чтобы определить эквивалентное сопротивление включенных параллельно сопротивлений, надо определить проводимость цепи и взять величину, ей обратную.

Из формулы также следует, что проводимость цепи больше проводимости каждой ветви, а это значит, что эквивалентное сопротивление внешней цепи меньше наименьшего из включенных параллельно сопротивлений.

Рассматривая случай параллельного соединения сопротивлений, мы взяли наиболее простую цепь, состоящую из двух ветвей. Однако на практике могут встретиться случаи, когда цепь состоит из трех и более параллельных ветвей. Как же поступать в этих случаях?

Оказывается, все полученные нами соотношения остаются справедливыми и для цепи, состоящей из любого числа параллельно соединенных сопротивлений.

Чтобы убедиться в этом, рассмотрим следующий пример.

Возьмем три сопротивления R1 = 10 Ом, R2 = 20 Ом и R3 = 60 Ом и соединим их параллельно. Определим эквивалентное сопротивление цепи (рис. 5 ).

Рис. 5. Цепь с тремя параллельно соединенными сопротивлениями

Применяя для этой цепи формулу 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 , можем написать 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 и, подставляя известные величины, получим 1 / R = 1 / 10 + 1 / 20 + 1 / 60

Сложим эта дроби: 1/R = 10 / 60 = 1 / 6, т. е.. проводимость цепи 1 / R = 1 / 6 Следовательно, эквивалентное сопротивление R = 6 Ом.

Таким образом, эквивалентное сопротивление меньше наименьшего из включенных параллельно в цепь сопротивлений , т. е. меньше сопротивления R1.

Посмотрим теперь, действительно ли это сопротивление является эквивалентным, т. е. таким, которое могло бы заменить включенные параллельно сопротивления в 10, 20 и 60 Ом, не изменяя при этом силы тока до разветвления цепи.

Допустим, что напряжение внешней цепи, а следовательно, и напряжение на сопротивлениях R1, R2, R3 равно 12 В. Тогда сила токов в ветвях будет: I1 = U/R1 = 12 / 10 = 1 ,2 А I 2 = U/R 2 = 12 / 20 = 1 ,6 А I 3 = U/R1 = 12 / 60 = 0, 2 А

Общий ток в цепи получим, пользуясь формулой I = I1 + I2 + I3 = 1,2 + 0,6 + 0,2 = 2 А.

Проверим по формуле закона Ома, получится ли в цепи ток силой 2 А, если вместо трех параллельно включенных известных нам сопротивлений включено одно эквивалентное им сопротивление 6 Ом.

I = U / R = 12 / 6 = 2 А

Как видим, найденное нами сопротивление R = 6 Ом действительно является для данной цепи эквивалентным.

В этом можно убедиться и на измерительных приборах, если собрать схему с взятыми нами сопротивлениями, измерить ток во внешней цепи (до разветвления), затем заменить параллельно включенные сопротивления одним сопротивлением 6 Ом и снова измерить ток. Показания амперметра и в том и в другом случае будут примерно одинаковыми.

На практике могут встретиться также параллельные соединения, для которых рассчитать эквивалентное сопротивление можно проще, т. е. не определяя предварительно проводимостей, сразу найти сопротивление.

Например, если соединены параллельно два сопротивления R1 и R2 , то формулу 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 можно преобразовать так: 1/R = (R2 + R1) / R1 R2 и, решая равенство относительно R, получить R = R1 х R2 / ( R1 + R2 ), т. е. при параллельном соединении двух сопротивлений эквивалентное сопротивление цепи равно произведению включенных параллельно сопротивлений, деленному на их сумму.

Программированные задания для проверки и контроля по теме «Последовательное и параллельное соединение проводников»

Материал опубликовал

Параллельное и последовательное соединение проводников
Повторение

Вариант 1
Вариант 1
Вариант 2
Как включают электрические бытовые приборы в сеть?
Каким способом соединения включены лампочки в елочной гирлянде?
№1
Возможные ответы:

А. Параллельно
Б. Последовательно

Вариант 1
Вариант 1
Вариант 2
Что характерно для силы тока в цепи при последовательном соединении проводников?
Что характерно для силы тока при параллельном сопротивлении проводников?
№2
Возможные ответы:
А. Сила тока равна сумме сил на отдельных участках цепи
Б. Сила тока одинакова на всех участках цепи

Вариант 1
Вариант 1
Вариант 2
Что характерно для электрического напряжения в цепи при параллельном соединении проводников?
Что характерно для электрического напряжения в цепи при последовательном сопротивлении проводников?
№3
Возможные ответы:
А. Напряжение на всех концах проводников одинаково
Б. Напряжение равна сумме напряжений на отдельных участках цепи

Вариант 1
Вариант 1
Вариант 2
Как вычисляют электрическое сопротивление в цепи при параллельно соединении проводников?
Как вычисляют электрическое сопротивление в цепи при последовательном соединении проводников?
№4
Возможные ответы:
А. Сопротивления всех проводников складывают.
Б. Обратное значение общего сопротивления равно сумме обратных значений сопротивлений отдельных проводников

Вариант 1
Вариант 1
Вариант 2
Какая величина одинакова для всех проводников соединенных последовательно?
Какая величина одинакова для всех проводников соединенных параллельно?
№5
Возможные ответы:
А. Сопротивление
Б. Напряжение
В. Сила тока

Вариант 1
Вариант 1
Вариант 2
При параллельном соединении проводников
с уменьшением их числа общее сопротивление цепи…
При последовательном сопротивлении проводников
с уменьшением их числа общее сопротивление цепи…
Возможные ответы

А. Увеличивается
Б. Не изменяется
В. Уменьшается
№6

А. Какая из ламп загорится при включении выключателя K1?
1. Л1
2. Л2
3. Л3

Б. Как соединены лампы на рисунке?
1. последовательно
2. параллельно
№7

А. Какой из амперметров покажет больший ток, когда все выключатели замкнуты?
1. А1
2. А2
3. А3
4. А4

Б. Изменится ли показание амперметра А2, если выключатель К2 замкнуть, а выключатель К3 разомкнуть?
1. Увеличится
2. Уменьшится
3. Не изменится
№8

Выведите формулы последовательного и параллельного соединений сопротивлений

Рисунок 1.9.4.

Цепи, подобные изображенной на рис. 1.9.4, а также цепи с разветвлениями, содержащие несколько источников, рассчитываются с помощью правил Кирхгофа.

Параллельное и последовательное соединение проводников

Элементы цепи могут быть подключены двумя способами:

Проиллюстрируем данные подключения на примере двух резисторов (рис. 1). Помним о том, что соединительные провода не имеют сопротивления (являются идеальными).

последовательное соединение проводников

Рис. 1. Последовательное соединение проводников

Просмотрим движение электронов по ABC. Т.к. электроны «потеряться» или «задержаться» нигде внутри проводника не могут, при последовательном подключении элементов сила тока, проходящая через каждый из проводников, одинакова.

С точки зрения логики, отдельно взятый электрон нужно «протащить» между точками АB, а потом между точками BC. «Протащить» — это, фактически значит, совершить работу по переносу заряда (за нас это делает электрическое поле):

где
- — работа по переносу заряда,
- — переносимый заряд,
- , — потенциалы конечной и начальной точки переноса заряда.

Нами ранее уже было введено понятие напряжения:

где
- — напряжение (разность потенциалов) между точками 2 и 1,
- , — потенциалы соответствующих точек.

Тогда, используя (2) и рисунок 1, проанализируем напряжения. Пусть:

— напряжение (разность потенциалов) между точками С и А,
— напряжение (разность потенциалов) между точками В и А,
— напряжение (разность потенциалов) между точками С и В.

Подставим (4) и (5) в (3):

Таким образом, напряжение в последовательной цепи равно сумме напряжений на каждом из элементов.

Рис. 2. Последовательное соединение проводников (общее сопротивление)

Часть задач школьной физики касается поиска общего сопротивления участка цепи, логика такого поиска: найти такое сопротивление, которым можно заменить цепь, чтобы параметры напряжения и силы тока остались неизменными (рис. 2). Пусть по цепи течёт ток , т.к. соединение последовательное, ток на каждом из элементов одинаков, тогда, используя закон Ома для участка цепи:

Подставим (7) — (9) в (6):

Или, сократив на :

Обобщив данное выражение на любое количество последовательно соединённых сопротивлений, получим:

где
- — общее (полное) сопротивление цепи элементов, соединённых последовательно,
- — сумма последовательно соединённых сопротивлений.
параллельное соединение проводников

Рис. 3. Параллельное соединение проводников

Ток, подходящий в точку А ( ), разделяется на два потока: , текущий через сопротивление и , текущий через сопротивление . В точке В оба этих тока складываются в изначальной ток (т.к. электроны не могут «потеряться»), тогда:

Напряжения на каждом из элементов одинаково, т.к. сопротивления и подключены к одним и тем же точкам А и В, а напряжение, по сути, есть разность потенциалов между точками.

Рис. 4. Параллельное соединение проводников (общее сопротивление)

Поищем общее сопротивление такого соединения. Пусть разность потенциалов (напряжение) между точками А и В — . Тогда, исходя из закона Ома для участка цепи:

Подставим (12)-(14) в (11):

Обобщив данное выражение на любое количество параллельно соединённых сопротивлений, получим:

где
- — общее (полное) сопротивление цепи элементов, соединённых параллельно,
- — обратная сумма параллельно соединённых сопротивлений.

Для цепи из двух сопротивлений:

Вывод: в задачах, в которых присутствует цепь, необходимо рассмотреть, какое конкретно соединение рассматривается, а потом использовать соответствующую логику рассуждений:

для последовательного соединения
- ток в каждом элементе постоянен ,
- напряжение во всей цепи есть сумма напряжений на каждом из элементов ,
- полное сопротивление цепи есть сумма сопротивлений каждого из элементов .
для параллельного соединения
- ток во всей цепи есть сумма токов на каждом элементе ,
- напряжение на каждом элементе постоянно
- обратное значение полного сопротивление равно сумме обратных сопротивлений каждого из элементов .

Последовательное и параллельное соединение резисторов.

Как я и обещал в статье про переменные резисторы (ссылка), сегодня речь пойдет о возможных способах соединения резисторов, в частности о последовательном соединении и о параллельном.

Последовательное соединение резисторов.

Давайте начнем с рассмотрения цепей, элементы которой соединены последовательно. И хоть мы и будем рассматривать только резисторы в качестве элементов цепи в данной статье, но правила, касающиеся напряжений и токов при разных соединениях будут справедливы и для других элементов. Итак, первая цепь, которую мы будем разбирать выглядит следующим образом:

Здесь у нас классический случай последовательного соединения – два последовательно включенных резистора. Но не будем забегать вперед и рассчитывать общее сопротивление цепи, а для начала рассмотрим все напряжения и токи. Итак, первое правило заключается в том, что протекающие по всем проводникам токи при последовательном соединении равны между собой:

А для определения общего напряжения при последовательном соединении, напряжения на отдельных элементах необходимо просуммировать:

В то же время, по закону Ома для напряжений, сопротивлений и токов в данной цепи справедливы следующие соотношения:

Тогда для вычисления общего напряжения можно будет использовать следующее выражение:

Но для общего напряжение также справедлив закон Ома:

Здесь

– это общее сопротивление цепи, которое исходя из двух формул для общего напряжения равно:

Таким образом, при последовательном соединении резисторов общее сопротивление цепи будет равно сумме сопротивлений всех проводников.

Например для следующей цепи:

Общее сопротивление будет равно:

Количество элементов значения не имеет, правило, по которому мы определяем общее сопротивление будем работать в любом случае А если при последовательном соединении все сопротивления равны (

), то общее сопротивление цепи составит:в данной формуле равно количеству элементов цепи.

С последовательным соединением резисторов мы разобрались, давайте перейдем к параллельному.

Параллельное соединение резисторов.

При параллельном соединении напряжения на проводниках равны:

А для токов справедливо следующее выражение:

То есть общий ток разветвляется на две составляющие, а его значение равно сумме всех составляющих. По закону Ома:

Подставим эти выражения в формулу общего тока:

А по закону Ома ток:

Приравниваем эти выражения и получаем формулу для общего сопротивления цепи:

Данную формулу можно записать и несколько иначе:

Таким образом, при параллельном соединении проводников величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

Аналогичная ситуация будет наблюдаться и при большем количестве проводников, соединенных параллельно:

Смешанное соединение резисторов.

Помимо параллельного и последовательного соединений резисторов существует еще смешанное соединение. Из названия уже понятно, что при таком соединении в цепи присутствуют резисторы, соединенные как параллельно, так и последовательно. Вот пример такой цепи:

Давайте рассчитаем общее сопротивление цепи. Начнем с резисторов

и – они соединены параллельно. Мы можем рассчитать общее сопротивление для этих резисторов и заменить их в схеме одним единственным резистором :

Теперь у нас образовались две группы последовательно соединенных резисторов:

Заменим эти две группы двумя резисторами, сопротивление которых равно:

Как видите, схема стала уже совсем простой ) Заменим группу параллельно соединенных резисторов

и одним резистором :

И в итоге у нас на схеме осталось только два резистора соединенных последовательно:

Общее сопротивление цепи получилось равным:

Таким вот образом достаточно большая схема свелась к простейшему последовательному соединению двух резисторов

Тут стоит отметить, что некоторые схемы невозможно так просто преобразовать и определить общее сопротивление – для таких схем нужно использовать правила Кирхгофа, о которых мы обязательно поговорим в будущих статьях. А сегодняшняя статья на этом подошла к концу, до скорых встреч на нашем сайте!

Последовательное и параллельное соединение сопротивлений

Последовательное соединение сопротивлений

Рис 1 . Последовательное соединение сопротивлений

U1 = IR1 U2 = IR2 и U3 = IR3

IR = IR1 + IR2 + IR3

Вынеся в правой части равенства I за скобки, получим IR = I(R1 + R2 + R3) .

Поделив теперь обе части равенства на I , будем окончательно иметь R = R1 + R2 + R3

Рис. 2. Пример последовательного соединения трех сопротивлений

Найдем ток в цепи по закону Ома: 60 / 80 = 0 ,75 А

Замкнув теперь ключ выключатель К, можно убедиться по приборам, что наши подсчеты примерно верны.

Параллельное соединение сопротивлений

Рис 3. Параллельное соединение сопротивлений

Это соотношение, имеющее большое практическое значение, носит название закона разветвленной цепи .

Рассмотрим теперь, каково будет соотношение между токами в ветвях.

Это дает нам право написать, что U = U1 = U2 ,

Поэтому для каждой ветви можно написать: U1 = I1R1 и U2 = I2R2 , но так как U 1 = U2, то и I1R1 = I2R2 .

Подсчитаем сначала, что покажет нам амперметр, включенный в каждую ветвь:

I1 = U / R1 = 3 / 10 = 0 ,3 А = 300 мА

I 2 = U / R 2 = 3 / 20 = 0,15 А = 150 мА

Общий ток в цепи I = I1 + I2 = 300 + 150 = 450 мА

Рис. 4 . Через тонкую трубу в один и тот же промежуток времени пройдет воды меньше, чем через толстую

По закону разветвленной цепи: I = I1 + I2

Подставляя значения токов, получим U / R = U1 / R1 + U2 / R2

Так как при параллельном соединении U = U1 = U2 , то можем написать U / R = U / R1 + U / R2

Вынеся U в правой части равенства за скобки, получим U / R = U (1 / R1 + 1 / R2 )

Разделив теперь обе части равенства на U , будем окончательно иметь 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2

Чтобы убедиться в этом, рассмотрим следующий пример.

Рис. 5. Цепь с тремя параллельно соединенными сопротивлениями

Общий ток в цепи получим, пользуясь формулой I = I1 + I2 + I3 = 1,2 + 0,6 + 0,2 = 2 А.

I = U / R = 12 / 6 = 2 А

Как видим, найденное нами сопротивление R = 6 Ом действительно является для данной цепи эквивалентным.

Оценка статьи:

Загрузка…Выведите формулы последовательного и параллельного соединений сопротивлений Ссылка на основную публикацию wpDiscuzAdblock
detectorСерия

и параллельные схемы в источниках питания

Фотоэлектрические модули и батареи являются строительными блоками системы. Хотя каждый модуль или батарея имеют номинальное напряжение или силу тока, их также можно соединить вместе, чтобы получить желаемое напряжение в системе.

1. Цепи серии

Проводные соединения серии

выполняются между положительным (+) концом одного модуля и отрицательным (-) концом другого модуля. Когда нагрузки или источники питания подключаются последовательно, напряжение увеличивается.Последовательная проводка не увеличивает вырабатываемый ток. На изображении справа показаны два модуля, подключенных последовательно, что дает 24 В и 3 А. Цепи серии

можно также проиллюстрировать с помощью батареек для фонарей. Батареи фонарей часто подключаются последовательно для увеличения напряжения и питания лампы с более высоким напряжением, чем может питать одна батарея.

Вопрос: Каково результирующее напряжение при последовательном подключении четырех батарей 1,5 В постоянного тока?

Ответ: 6 вольт

2.Параллельные цепи

Параллельные проводные соединения выполняются от положительных (+) к положительным (+) клеммам и от отрицательных (-) к отрицательным (-) клеммам между модулями. Когда нагрузки или источники подключаются параллельно, токи складываются, а напряжение одинаково во всех частях цепи. Чтобы увеличить силу тока в системе, источники напряжения должны быть подключены параллельно. На изображении справа показаны фотоэлектрические модули, подключенные параллельно, чтобы получить систему на 12 В, 6 А. Обратите внимание, что параллельное соединение увеличивает производимый ток и не увеличивает напряжение.

Батареи также часто подключаются параллельно для увеличения общего ампер-часа, что увеличивает емкость накопителя и продлевает время работы. S

3. Последовательные и параллельные схемы

Системы могут использовать сочетание последовательной и параллельной проводки для получить требуемые напряжения и силы тока. На изображении справа показаны четыре модуля на 3 А, 12 В постоянного тока, подключенных последовательно и параллельно. Гирлянды из двух модулей соединены последовательно, увеличивая напряжение до 24 В. Каждая из этих струн подключается параллельно цепи, увеличивая силу тока до 6 ампер.В результате получилась система на 6 ампер и 24 В постоянного тока.

4. Последовательные и параллельные батареи

Преимущества параллельной схемы можно проиллюстрировать, наблюдая, как долго проработает фонарик, прежде чем батареи полностью разрядятся. Чтобы фонарик прослужил вдвое дольше, необходимо вдвое увеличить емкость аккумулятора.

На картинке слева последовательно к другой цепочке из четырех батарей добавлена последовательная цепочка из четырех батарей для увеличения емкости (ампер-часов).Новая цепочка батарей подключается параллельно, что увеличивает доступные ампер-часы, тем самым добавляя дополнительную емкость и увеличивая время использования. Вторую цепочку нельзя было добавить последовательно, потому что общее напряжение будет 12 вольт, что несовместимо с 6-вольтовой лампой.

5. Высоковольтные фотоэлектрические массивы

До сих пор в этой главе мы обсуждали только входное напряжение до номинального 24 В. Сегодня для большинства инверторов с подключением к сети без батарей требуется вход постоянного тока высокого напряжения.Это входное окно обычно находится в диапазоне от 350 до 550 В постоянного тока. Из-за требований инвертора к входу высокого напряжения фотоэлектрические модули должны быть подключены последовательно, чтобы в достаточной степени увеличить напряжение.

6. Примеры и инструкции последовательного и параллельного подключения

1. Подключите фотоэлектрические модули (массив) последовательно или параллельно, чтобы получить желаемое напряжение в системе.

2. Рассчитайте общую мощность модуля для вольт и ампер.

3. Подключите массив к контроллеру заряда.

4. Подключите батареи последовательно или параллельно, чтобы получить желаемое напряжение в системе.

5. Рассчитайте общее напряжение аккумуляторной батареи и емкость в ампер-часах.

6. Подключите аккумуляторную батарею к контроллеру заряда.

Источник : «ФОТОЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ — Руководство по проектированию и установке» компании Solar Energy International.

Тренинг по сертификации солнечной энергии от профессиональных установщиков солнечной энергии

С 18 сертифицированными IREC-ISPQ инструкторами по солнечной фотоэлектрической системе и 24 сертифицированными специалистами по установке солнечных фотоэлектрических систем, сертифицированными NABCEP, — больше, чем в любой другой учебной организации по солнечной энергии, — опытная команда Solar Energy International находится в авангарде образования в области возобновляемых источников энергии.Если вы ищете онлайн-обучение по солнечной энергии или личное лабораторное обучение для сдачи экзамена начального уровня NABCEP или сертификации установщика NABCEP, почему бы не получить свое образование от команды самых опытных специалистов по установке солнечных батарей в отрасли? Многие инструкторы SEI участвовали в самых известных солнечных установках в своих общинах в США и в развивающихся странах.

Чтобы начать свой путь солнечной тренировки сегодня с Solar Energy International, щелкните здесь.

Комбинированные последовательные / параллельные схемы — Устранение неисправностей двигателей и органов управления

Кен Диксон-Селф

В простых последовательных цепях все компоненты соединены встык, образуя только один путь для прохождения электронов по цепи:

В простых параллельных цепях все компоненты подключаются между одними и теми же двумя наборами электрически общих точек, создавая несколько путей для прохождения электронов от одного конца батареи к другому:

Для каждой из этих двух базовых конфигураций схемы у нас есть определенные наборы правил, описывающих отношения напряжения, тока и сопротивления.

Цепи серии:
Падения напряжения прибавляются к общему напряжению.
Все компоненты имеют одинаковый (равный) ток.
Сопротивления добавляют к равному общему сопротивлению.

Параллельные цепи:
Все компоненты имеют одинаковое (равное) напряжение.
Токи ответвления добавляют к равному общему току.
Сопротивления уменьшаются до полного сопротивления.

Однако, если компоненты схемы соединены последовательно в одних частях и параллельно в других, мы не сможем применить единый набор правил для каждой части этой цепи.Вместо этого нам придется определить, какие части этой цепи являются последовательными, а какие — параллельными, а затем выборочно применять правила последовательного и параллельного подключения, если это необходимо, чтобы определить, что происходит. Возьмем, к примеру, следующую схему:

Эта схема не является ни простой последовательной, ни простой параллельной. Скорее, он содержит элементы обоих. Ток выходит из нижней части батареи, разделяется, чтобы пройти через R ₃ и R ₄, снова присоединяется, затем снова разделяется, чтобы пройти через R ₁ и R ₂, затем снова присоединяется, чтобы вернуться к верх аккумуляторной батареи.Существует более одного пути для прохождения тока (не последовательно), но в цепи более двух наборов электрически общих точек (не параллельных).

Поскольку схема представляет собой комбинацию как последовательной, так и параллельной, мы не можем применить правила для напряжения, тока и сопротивления «поперек стола», чтобы начать анализ, как мы могли бы, когда цепи были тем или иным образом. Например, если бы вышеуказанная схема была простой последовательной, мы могли бы просто сложить R ₁ через R ₄, чтобы получить общее сопротивление, вычислить общий ток, а затем вычислить все падения напряжения.Точно так же, если бы вышеуказанная схема была простой параллельной, мы могли бы просто решить для токов ответвления, сложить токи ответвления, чтобы вычислить общий ток, а затем вычислить общее сопротивление из общего напряжения и общего тока. Однако решение этой схемы будет более сложным.

Таблица по-прежнему поможет нам управлять различными значениями для последовательно-параллельных комбинированных цепей, но мы должны быть осторожны, как и где применять разные правила для последовательного и параллельного подключения. Закон Ома, конечно, по-прежнему работает точно так же для определения значений в вертикальном столбце таблицы.

Если мы можем определить, какие части схемы являются последовательными, а какие — параллельными, мы можем анализировать их поэтапно, подходя к каждой части по очереди, используя соответствующие правила для определения отношений напряжения, тока и сопротивления. . Остальная часть этой главы будет посвящена демонстрации техник для этого.

Процесс анализа последовательно-параллельной цепи резисторов

Целью анализа последовательно-параллельной цепи резисторов является определение всех падений напряжения, токов и рассеиваемой мощности в цепи.Общая стратегия достижения этой цели следующая:

Шаг 1. Определите, какие резисторы в цепи соединены вместе простым последовательным или простым параллельным соединением.
Шаг 2: Изобразите схему заново, заменив каждую из комбинаций последовательных или параллельных резисторов, указанных на шаге 1, одним резистором эквивалентного номинала. При использовании таблицы для управления переменными создайте новый столбец таблицы для каждого эквивалента сопротивления.
Шаг 3: Повторяйте шаги 1 и 2, пока вся цепь не будет уменьшена до одного эквивалентного резистора.
Шаг 4: Рассчитайте общий ток из общего напряжения и общего сопротивления (I = E / R).
Шаг 5: Взяв значения общего напряжения и полного тока, вернитесь к последнему шагу в процессе сокращения цепи и вставьте эти значения, где это применимо.
Шаг 6: Из известных сопротивлений и значений полного напряжения / полного тока из шага 5 используйте закон Ома для вычисления неизвестных значений (напряжения или тока) (E = IR или I = E / R).
Шаг 7: Повторяйте шаги 5 и 6, пока все значения напряжения и тока не будут известны в исходной конфигурации схемы.По сути, вы будете шаг за шагом переходить от упрощенной версии схемы к ее исходной сложной форме, вставляя значения напряжения и тока, где это необходимо, до тех пор, пока не будут известны все значения напряжения и тока.
Шаг 8: Рассчитайте рассеиваемую мощность на основе известных значений напряжения, тока и / или сопротивления.

Это может показаться пугающим процессом, но его гораздо легче понять на примере, чем через описание.

В приведенном выше примере схемы R ₁ и R ₂ соединены простым параллельным соединением, как и R ₃ и R ₄.После идентификации эти секции необходимо преобразовать в эквивалентные одиночные резисторы и заново нарисовать схему:

Символы двойной косой черты (//) обозначают «параллельность», чтобы показать, что эквивалентные значения резисторов были рассчитаны по формуле 1 / (1 / R). Резистор 71,429 Ом в верхней части схемы эквивалентен R ₁ и R ₂, включенным параллельно друг другу. Резистор 127,27 Ом внизу эквивалентен R ₃ и R ₄, включенным параллельно друг другу.

Наша таблица может быть расширена, чтобы включить эти эквиваленты резисторов в отдельные столбцы:

Теперь должно быть очевидно, что схема была уменьшена до простой последовательной конфигурации только с двумя (эквивалентными) сопротивлениями. Последний шаг в уменьшении — сложить эти два сопротивления, чтобы получить общее сопротивление цепи. Когда мы складываем эти два эквивалентных сопротивления, мы получаем сопротивление 198,70 Ом. Теперь мы можем перерисовать схему как единое эквивалентное сопротивление и добавить значение общего сопротивления в крайний правый столбец нашей таблицы.Обратите внимание, что столбец «Итого» был переименован (R ₁ // R ₂ —R ₃ // R ₄), чтобы указать, как он электрически связан с другими столбцами фигур. Символ «-» здесь используется для обозначения «серии», так же как символ «//» используется для обозначения «параллельности».

Теперь общий ток цепи можно определить, применив закон Ома (I = E / R) к столбцу «Всего» в таблице:

Вернемся к нашему рисунку эквивалентной схемы, наше общее текущее значение 120.Здесь показан только ток 78 миллиампер:

Теперь мы начинаем работать в обратном направлении в нашей прогрессии переделки схем до исходной конфигурации. Следующий шаг — перейти к схеме, в которой последовательно соединены R ₁ // R ₂ и R ₃ // R ₄:

Поскольку R ₁ // R ₂ и R ₃ // R ₄ включены последовательно друг с другом, ток через эти два набора эквивалентных сопротивлений должен быть одинаковым.Кроме того, ток через них должен быть таким же, как и полный ток, поэтому мы можем заполнить нашу таблицу соответствующими значениями тока, просто скопировав текущую цифру из столбца Total в R ₁ // R ₂ и R ₃ // R ₄ столбцов:

Теперь, зная ток через эквивалентные резисторы R ₁ // R ₂ и R ₃ // R ₄, мы можем применить закон Ома (E = IR) к двум правым вертикальным столбцам, чтобы найти падение напряжения на них:

Поскольку мы знаем, что R ₁ // R ₂ и R ₃ // R ₄ являются эквивалентами параллельных резисторов, и мы знаем, что падения напряжения в параллельных цепях одинаковы, мы можем передавать соответствующие падения напряжения в соответствующие столбцы таблицы для этих отдельных резисторов.Другими словами, мы делаем еще один шаг назад в нашей последовательности рисования к исходной конфигурации и заполняем таблицу соответствующим образом:

Наконец, исходный раздел таблицы (столбцы с R ₁ по R ₄) заполнен достаточным количеством значений для завершения. Применяя закон Ома к остальным вертикальным столбцам (I = E / R), мы можем определить токи через R ₁, R ₂, R ₃ и R ₄ по отдельности:

Размещение значений напряжения и тока на диаграммах

Найдя все значения напряжения и тока для этой цепи, мы можем показать эти значения на принципиальной схеме как таковые:

В качестве последней проверки нашей работы мы можем увидеть, складываются ли рассчитанные текущие значения должным образом в общую сумму.Поскольку R ₁ и R ₂ подключены параллельно, их комбинированные токи в сумме должны составить 120,78 мА. Точно так же, поскольку R ₃ и R ₄ подключены параллельно, их суммарные токи также должны составлять в сумме 120,78 мА. Вы можете проверить сами, чтобы убедиться, что эти цифры складываются так, как ожидалось.

Эта глава является адаптацией книги Lessons in Electric Circuits Тони Р. Купхальда (на allaboutcircuits.com) и используется в соответствии с лицензией на научный дизайн.

Параллельные цепи постоянного тока — Инженерное мышление

Узнайте, как работают параллельные схемы и как их рассчитывать. Сценарии проблем также подробно описаны в конце этой статьи, чтобы вы могли их решить.

Прокрутите вниз, чтобы просмотреть руководство YouTube.

Что такое параллельные схемы?

Типы цепей

Мы можем соединять компоненты цепи последовательно, параллельно или в комбинации последовательно и параллельно.

Когда мы помещаем лампу последовательно или параллельно батарее, электроны будут течь от отрицательной клеммы батареи по проводу через лампу, а затем к положительной клемме батареи.

В этих анимациях мы используем поток электронов от отрицательного к положительному, но вы, возможно, привыкли видеть обычный поток от положительного к отрицательному. На самом деле происходит поток электронов. Традиционный поток был исходной теорией, и ее до сих пор преподают, потому что ее легче понять. Просто помните о двух и о том, какой из них мы используем.

В чем сравнение с последовательными цепями?

В серийной комплектации; электроны могут двигаться только по одному пути.Если мы включим две лампы в последовательную цепь, они обе будут светить, но если одна из лампочек сломается, вся цепь перестанет работать, потому что есть только один путь для движения. Вы могли видеть это с гирляндами огней, такими как гирлянды. Когда загорается одна лампочка, перестает работать вся вереница огней.

Решением этой проблемы является параллельное подключение ламп. Когда мы делаем это, мы предоставляем электронам несколько путей. Если одна лампа перестанет работать, цепь продолжит работать, за исключением разорванного пути.

Напряжение в параллельных цепях.

Допустим, мы возьмем батарею на 1,5 В, если мы используем мультиметр для измерения на двух концах, мы получим 1,5 В. Но если мы измеряем тот же конец, мы получим нулевое значение. Почему? Потому что мы можем измерить только разницу в напряжении между двумя разными точками.

Напряжение похоже на давление в водопроводной трубе

Напряжение похоже на давление в водопроводной трубе. Если вы наполняете бак, значит, давление воды высокое, мы можем измерить давление по манометру.Манометр сравнивает две точки: давление внутри трубы с давлением снаружи трубы, чтобы узнать, в чем разница. Когда резервуар пуст, манометр показывает ноль, потому что давление внутри трубы и снаружи трубы одинаково, поэтому ему не с чем сравнивать, и поэтому он равен нулю.

То же с напряжением. Мы можем измерить только разницу в напряжении между двумя точками. Когда мы подключаем компонент к батарее, он испытывает разницу в напряжении между двумя точками или клеммами батареи.Напряжение или давление заставят электроны проходить через компонент.

В параллельных цепях напряжение одинаково везде в цепи. Неважно, куда мы подключаем мультиметр — мы получаем одинаковые показания. Почему? Потому что каждый компонент подключен напрямую как к положительной, так и к отрицательной клеммам батареи, поэтому они получают полное давление. В последовательных цепях компоненты были соединены друг с другом, поэтому напряжение уменьшилось. Но при параллельном подключении есть несколько маршрутов, и каждый подключается непосредственно к батарее.

Напряжение в параллельной цепи

Формулы напряжения для параллельной цепи

Когда мы используем напряжение в формулах для параллельных цепей, это очень просто, потому что это одно и то же значение, это просто напряжение подключенной батареи.

Например, в схеме ниже; общий ток составляет 2А, а полное сопротивление — 3 Ом. Какое напряжение у АКБ? Из закона Ома мы знаем, что нам нужна формула: напряжение = ток, умноженный на сопротивление, чтобы напряжение равнялось 2А, умноженному на 3 Ом, что дает нам 6 вольт.

Найдите напряжение

Другой пример, приведенная ниже цепь подключена к батарее 12 В. Какое падение напряжения на торцевой лампе? Легко, мы вычисляем напряжение, снова умножая ток и сопротивление. Через него протекает ток 1,5 А и сопротивление 8 Ом. 1,5 А, умноженные на 8 Ом, дают нам 12 В.

Падение напряжения на лампе 2

Если мы подключим две батареи по 1,5 В последовательно, напряжение возрастет до 3 В. Электроны усиливаются второй батареей, поэтому их давление или напряжение увеличиваются.

Однако, когда мы подключаем батареи параллельно, напряжение не увеличивается. Мы получаем только 1,5 В. В этой конфигурации батареи не могут усиливать друг друга, пути для электронов объединяются, а затем разделяются, поэтому поток электронов распределяется между батареями. Таким образом, батареи не могут обеспечивать большее напряжение, однако их емкость увеличилась, поэтому они могут обеспечивать 1,5 В дольше, чем одна батарея на 1,5 В.

Батареи, подключенные в параллельную цепь

Мы подробно рассмотрели основы напряжения в предыдущей статье; проверить, что из ЗДЕСЬ .

Ток в параллельных цепях

Помните, что ток — это поток электронов. Нам нужно, чтобы электроны текли в одном направлении для питания таких вещей, как лампы. Мы прикладываем разность напряжений к компоненту, чтобы заставить электроны двигаться. Чем больше напряжение, тем больше электронов будет течь. Скорость электронов останется прежней, но количество движущихся электронов будет изменяться. Чем больше у нас движется электронов, тем выше ток. Мы обозначаем ток буквой I и измеряем ток в амперах, но обычно сокращаем это значение до ампер.

Больше электронов; The Higher The Current

Если мы подключим лампу с сопротивлением 1 Ом к батарее на 1,5 В, общий ток (It) в цепи будет 1,5 А. Мы можем измерить это, вставив в цепь мультиметр. Или мы можем рассчитать это, используя закон Ома и формулу: ток = напряжение, деленное на сопротивление.

Общий ток

Мы подробно рассмотрели закон сопротивления в предыдущей статье, проверьте это ЗДЕСЬ .

Если мы затем подключим в цепь вторую резистивную лампу на 1 Ом, подключенную параллельно.Мультиметр показывает увеличение общего тока до 3 ампер. Но если мы измерим ток через лампы по отдельности, мы увидим, что мультиметры покажут 1,5 А на каждой. В проводе между двумя лампами мы также увидим ток 1,5 А. Так что здесь происходит? Мы видим, что ток разделится, и электроны будут течь по всем доступным маршрутам, чтобы вернуться к батарее, а затем рекомбинировать. Мы также можем видеть, что общий ток — это сумма тока в каждой ветви.Итак, рассчитываем общий ток по формуле It = I1 + I2

Если мы заменим лампу 1 резистивной лампой с сопротивлением 2 Ом, чтобы удвоить сопротивление на этой ветви, то общий ток уменьшится до 2,25 А, лампа 1 увидит ток 0,75 А и будет менее яркой, лампа 2 продолжит показывать 1,5 А, а на счетчике между лампами 1 и 2 по-прежнему будет 1,5 А. Следовательно, мы можем видеть, что ток, протекающий в каждой ветви, зависит от сопротивления ветви, и, опять же, общий ток в цепи является суммой токов в каждой из ветвей.Это = I1 + I2

Если мы добавим в схему третью лампу на 1 Ом и заменим лампу 1 обратно на 1 Ом, то есть 3 лампы по 1 Ом, подключенные параллельно, мы увидим, что общий ток в цепи теперь составляет 4,5 А (It = I1 + I2 + I3 ), и каждая лампа продолжает получать ток всего 1,5 А. Мультиметр на проводе между лампами 1 и 2 увеличился до 3 А, но счетчик между лампами 2 и 3 показывает всего 1,5 А.

Если мы удвоим напряжение с 1,5 В до 3 В, то удвоится и ток. Общий ток увеличивается до 9А, ток между лампами 1 и 2 увеличивается до 6А, и теперь каждая лампа испытывает ток 3А.

Таким образом, мы можем видеть, что приложенное напряжение будет изменять ток. Общий ток также зависит от сопротивления каждой ветви и количества подключенных ветвей.

Давайте посмотрим более подробные объяснения того, как это вычислить, посмотрим, сможете ли вы решить эту проблему раньше, чем мы. Сначала попробуем простой. Найдем общий ток.

Расчет общего тока

Возьмем простую параллельную схему с 2 резисторами и аккумулятором на 12 В. Резистор 1 имеет сопротивление 15 Ом и ток 0.8A протекает через него. Резистор 2 имеет сопротивление 24 Ом, и через него протекает ток 0,5 А. Что покажет мультиметр для полного тока в цепи?

Ну, мы знаем, что полный ток в цепи равен сумме токов во всех ветвях. Таким образом, 0,8 А + 0,5 А — это всего 1,2 А.

Общий ток

Что, если мы знаем общий ток и ток в одной ветви, как нам найти ток в другой ветви? Легко, мы просто вычитаем. Итак, в этом примере у нас есть батарея 12 В, подключенная к двум резисторам.Общий ток составляет 3А, а ток ответвления — 1,8А. Таким образом, ток во второй ветви равен 3А, вычесть 1,8А, что дает нам 1,2А.

Как рассчитать ток в простой ветке? Мы используем формулу Ток = Напряжение, деленное на сопротивление. Допустим, у нас есть три резистора, подключенных параллельно к батарее на 6 В. Сопротивление первого резистора составляет 10 Ом, второго резистора — 2 Ом, а третьего резистора — 5 Ом. Какой ток протекает через каждый?

Давайте сначала посмотрим на резистор, ток равен напряжению, деленному на сопротивление.Таким образом, 6 В, разделенное на 10 Ом, дает нам 0,6 А. Резистор 2 равен 6 В, разделенным на 2 Ом, что составляет 3 А, а третий резистор — 6 В, разделенным на 5 Ом, что составляет 1,2 А. Таким образом, ток в этой части будет 1,2 А, потому что есть ток только от одного резистора. Ток в этом проводе будет 4,2 А, потому что через него проходит ток второго и третьего резисторов. Ток здесь — это общий ток, равный 4,8 А, потому что через него протекает ток всех трех ветвей.

Пример полного тока

Полное сопротивление в параллельной цепи

Это та часть, с которой люди борются больше всего, она кажется сложной из-за формулы, которую мы используем.Но им легко пользоваться, и мы покажем вам, как это сделать.

Формула полного сопротивления

Чтобы упростить задачу, мы создали для вас бесплатный онлайн-калькулятор, который поможет вам найти полное сопротивление параллельной цепи.
Вы можете найти этот ЗДЕСЬ .

В последовательной цепи полное сопротивление цепи было просто сложенным сопротивлением каждого компонента, почему? Поскольку электроны должны были пройти через каждый из них, поэтому чем больше резисторов они прошли, тем больше увеличивалось общее сопротивление.

Резисторы серии

Однако при использовании параллельных цепей мы обеспечиваем множество различных путей для прохождения электронов. Поэтому вместо этого мы выясняем, насколько проводящей является каждая ветвь или насколько легко электричество может проходить через каждую ветвь. Затем мы объединяем эти значения и затем конвертируем их обратно в сопротивление.

Рассмотрим простую параллельную схему с двумя резисторами 10 Ом. Как найти полное сопротивление цепи?

Мы используем эту формулу, RT = 1/1 / R1 + 1 / R2.Затем мы заменяем значения R1 и R2 на наши значения резистора 1 и резистора 2. Мы начинаем снизу и делим 1 на 10 Ом для обоих, что дает нам 0,1 + 0,1. Таким образом, формула теперь уменьшена до 1, деленной на 0,1 + 0,1, поэтому мы складываем два десятичных знака вместе, чтобы получить 0,2, формула теперь 1, деленная на 0,2, поэтому мы делим 1 на 0,2, чтобы получить общее сопротивление 5 Ом.
Если вы выполняете этот расчет на калькуляторе или в Excel, просто не забудьте использовать скобки.

Итак, хотя у нас было два резистора по 10 Ом, общее сопротивление всего 5 Ом.Это потому, что по мере того, как ток был разделен, сопротивление уменьшилось.

Если бы у нас было два резистора по 5 Ом, то общее сопротивление было бы 2,5 Ом.

Если бы у нас были резисторы на 10 и 5 Ом, то общее сопротивление было бы 3,33 Ом

Если у нас будет больше резисторов, мы просто продолжаем добавлять их в формулу. Например, три резистора 10 Ом дают нам 1, разделенное на: 1 на R1, 1 на R2 и 1 на R3. Мы вводим наши значения резистора, и мы снова получаем 3,33 Ом.

А 10 Ом, 5 Ом и резистор 2 Ом дают нам 1.Общее сопротивление 25 Ом.

Почему мы используем в формуле все эти единицы, разделенные на доли резисторов? На самом деле вам не нужно помнить, зачем мы это делаем, вам просто нужно запомнить формулу, которую мы используем. Но мы просто кратко объясним, почему мы так поступаем.

Поскольку существует множество путей для прохождения тока, вместо этого мы выясняем, насколько хорошо электричество может проходить через каждый путь, то есть проводимость, противоположная сопротивлению или обратная ей. Поскольку мы уже знаем значения сопротивления резисторов, мы можем просто инвертировать значение, чтобы найти противоположное.

Рассматривая резистор 10 Ом, мы также можем написать 10 = 10, разделенное на 1. Поскольку 10, разделенное на 1, будет равно 10, и вы можете сделать это с любым числом. Затем мы инвертируем число, чтобы найти проводимость или обратную величину, и мы делаем это, переворачивая знаменатель и числитель. Таким образом, мы получаем 1, разделенную на 10, что составляет 0,1

.
Пример инвертирования числа путем изменения знаменателя

. Мы можем вернуть его обратно к сопротивлению, снова уменьшив его на 1, потому что это наоборот. Таким образом, 1, разделенное на 0,1, равно 10.

Если бы у нас был резистор на 1 Ом, то у нас была бы проводимость 1. Если бы у нас был резистор на 1000 Ом, у нас была бы проводимость 0,001, поэтому вы можете видеть, что электричеству будет легче проходить через резистор 1 Ом, потому что у него лучшая проводимость.

Итак, как только мы выясним, насколько проводящим является каждый путь, мы складываем их вместе, чтобы найти нашу общую проводимость. Мы можем преобразовать это обратно в сопротивление, взяв обратную величину, так что 1, разделенная на общую проводимость, дает нам общее сопротивление.

Потребляемая мощность в параллельных цепях

Резисторы и компоненты преобразуют электрическую энергию в тепловую при столкновении электронов внутри компонента. Вот почему они становятся горячими, и мы можем увидеть это с помощью тепловизора.

Тепловизионная камера

Итак, сколько энергии потребляют в целом отдельные компоненты и цепь?

Для этого можно использовать две формулы: квадрат напряжения, деленный на сопротивление, или напряжение, умноженное на ток.2 = 36, поэтому 36/5 составляет 7,2 Вт. В качестве альтернативы 6 В, умноженное на 1,2 А, также дает нам 7,2 Вт

.
Сопротивление мощности Второй пример

Таким образом, общая потребляемая мощность составляет 3,6 Вт + 7,2 Вт, что составляет 10,8 Вт

Мы также могли бы найти это, умножив напряжение на общий ток, общий ток для этой цепи составляет 1,8 А, поэтому 6 В, умноженное на 1,8 А, составляет 10,8 Вт

Или мы могли бы использовать квадрат напряжения, деленный на полное сопротивление. Общее сопротивление этой цепи составляет 3,33 Ом, поэтому квадрат 6В равен 36, разделенному на 3.33 Ом — это 10,8 Вт

Общее сопротивление цепи

Проблемы и решения, вы можете их решить?

Теперь давайте посмотрим, сможете ли вы решить эти проблемы.

Вопрос 1) У нас четыре резистора параллельно. 10 Ом, 20 Ом, 2 Ом и 3 Ом. Какое полное сопротивление цепи?

Ответ

Формула Ответ

Вопрос 2) У нас есть три резистора, подключенных параллельно к батарее 6В. Полный ток в цепи равен 2.5А, резистор 1 — 10 Ом при токе 0,6 А, резистор 2 — 15 Ом при неизвестном токе, а резистор 3 имеет неизвестное значение сопротивления и неизвестный ток. Рассчитайте ток, протекающий через резистор 2, а также ток и сопротивление резистора 3.

Ответ

Сначала мы находим ток в резисторе 2, используя закон Ома. Ток = напряжение, деленное на сопротивление.
6В разделить на 15 Ом равно 0,4А

Теперь мы находим ток в резисторе 3, вычитая ток резистора 1 и резистора 2 из общего тока.Общий ток составляет 2,5 А, вычесть 0,6 А, и 0,4 А дает нам 1,5 А, протекающие через резистор 3.

Теперь снова находим сопротивление резистора 3 по закону Ома. Сопротивление — это напряжение, деленное на ток. Таким образом, 6 В, разделенные на 1,5 А, дают нам сопротивление 4 Ом.

Параллельные цепи постоянного тока и последовательно-параллельные цепи постоянного тока и переменный ток (AC) и напряжение

Параллельные цепи постоянного тока

Цепь, в которой два или более электрических сопротивления или нагрузки подключены к одному источнику напряжения, называется параллельной цепью.Основное различие между последовательной цепью и параллельной цепью состоит в том, что для тока в параллельной цепи предусмотрено более одного пути. Каждый из этих параллельных путей называется ветвью. Минимальные требования для параллельной цепи следующие:

Источник питания
Проводники
Сопротивление или нагрузка для каждого пути тока
Два или более путей для протекания тока

На рисунке 12-96 показаны самые основные параллельная цепь.Ток, вытекающий из источника, делится в точке A на схеме и проходит через R ₁ и R ₂. По мере того как в схему добавляется больше ветвей, предоставляется больше путей для тока источника.

Рисунок 12-96. Базовая параллельная схема.

Падения напряжения

Прежде всего, необходимо понять, что напряжение на любой ветви равно напряжению на всех других ветвях.

Общее параллельное сопротивление

Параллельная цепь состоит из двух или более резисторов, соединенных таким образом, чтобы позволить току проходить через все резисторы одновременно.Это устраняет необходимость прохождения тока через один резистор перед прохождением через следующий. При параллельном соединении резисторов общее сопротивление цепи уменьшается. Общее сопротивление параллельной комбинации всегда меньше, чем значение наименьшего резистора в цепи. В последовательной цепи ток должен проходить через резисторы по одному. Это дало сопротивление току, равное сумме всех резисторов. В параллельной цепи у тока есть несколько резисторов, через которые он может проходить, фактически уменьшая общее сопротивление цепи по отношению к любому сопротивлению одного резистора.

Величина тока, проходящего через каждый резистор, зависит от его индивидуального сопротивления. Полный ток цепи — это сумма токов во всех ветвях. Путем осмотра можно определить, что общий ток больше, чем у любой данной ветви. Используя закон Ома для расчета общего сопротивления на основе приложенного напряжения и общего тока, можно определить, что полное сопротивление меньше, чем у любой ветви.

Примером может служить схема с резистором 100 Ом и резистором 5 Ом; хотя точное значение должно быть рассчитано, все же можно сказать, что суммарное сопротивление между ними меньше 5 Ом.

Параллельные резисторы

Формула для общего параллельного сопротивления выглядит следующим образом:

Если взять обратное значение обеих сторон, то общая формула для общего параллельного сопротивления будет:

Два параллельных резистора

Обычно удобнее рассматривать одновременно только два резистора, потому что такая установка встречается в обычной практике. Любое количество резисторов в цепи можно разбить на пары. Поэтому наиболее распространенным методом является использование формулы для двух параллельных резисторов.Объединение членов в знаменателе и переписывание: Проще говоря, это означает, что полное сопротивление для двух резисторов, включенных параллельно, равно произведению обоих резисторов, деленному на сумму двух резисторов. По приведенной ниже формуле рассчитайте общее сопротивление.

Источник тока

Источник тока — это источник энергии, который обеспечивает постоянное значение тока для нагрузки, даже когда нагрузка изменяется по сопротивлению. Общее правило, о котором следует помнить, заключается в том, что полный ток, производимый источниками тока, подключенными параллельно, равен алгебраической сумме отдельных источников.

Текущий закон Кирхгофа

Текущий закон Кирхгофа можно сформулировать следующим образом: сумма токов в соединении или узле равна сумме токов, вытекающих из того же соединения или узла. Соединение можно определить как точку в цепи, где сходятся два или более тракта цепи. В случае параллельной цепи это точка в цепи, где соединяются отдельные ветви. См. Пример на Рисунке 12-97. Точки A и B представляют собой два соединения или узла в цепи с тремя резистивными ветвями между ними.

Рисунок 12-97. Текущий закон Кирхгофа.

Источник напряжения обеспечивает общий ток I _T в узле A. В этот момент ток должен делиться, выходя из узла A в каждую из ветвей в соответствии с сопротивлением каждой ветви. Текущий закон Кирхгофа гласит, что входящий ток должен равняться выходящему. После прохождения тока через три ветви и обратно в узел B, общий ток I _T, входящий в узел B и покидающий узел B, будет таким же, как тот, который вошел в узел A.Затем ток возвращается к источнику напряжения. На рисунке 12-98 показано, что токи отдельных ответвлений равны:

Рисунок 12-98. Отдельные токи ответвления.

Общий ток, протекающий в узел A, равен сумме токов ответвления, что составляет: I _T = I ₁ + I ₂ Общий ток, поступающий в узел B, также такой же.

На рисунке 12-99 показано, как определить неизвестный ток в одной ветви. Обратите внимание, что общий ток в соединении трех ветвей известен.Известны два тока ответвления. Изменив общую формулу, можно определить ток во второй ветви.

Рисунок 12-99. Определение неизвестной цепи в ветви 2.

Делители тока

Теперь легко увидеть, что параллельная цепь является делителем тока. Как показано на рисунке 12-96, через каждый из двух резисторов проходит ток.

Рисунок 12-96. Базовая параллельная схема.

Поскольку одинаковое напряжение приложено к обоим резисторам параллельно, токи ответвления обратно пропорциональны значениям сопротивления резисторов.Ветви с более высоким сопротивлением имеют меньший ток, чем ветви с меньшим сопротивлением. Например, если значение сопротивления R ₂ вдвое выше, чем у R ₁, ток в R ₂ будет вдвое меньше, чем у R ₁. Все это можно определить с помощью закона Ома. По закону Ома ток через любую из ветвей можно записать как: Источник напряжения появляется на каждом из параллельных резисторов, а R _X представляет любой из резисторов. Напряжение источника равно суммарному току, умноженному на общее параллельное сопротивление.

Эта формула является общей формулой делителя тока. Ток через любую ветвь равен полному параллельному сопротивлению, деленному на сопротивление отдельной ветви, умноженному на общий ток.

Последовательно-параллельные цепи постоянного тока

Большинство цепей, с которыми сталкивается техник, не являются простой последовательной или параллельной цепью. Цепи обычно представляют собой комбинацию обоих, известных как последовательно-параллельные цепи, которые представляют собой группы, состоящие из резисторов, включенных параллельно и последовательно.Пример схемы этого типа можно увидеть на Рисунке 12-100. Хотя сначала последовательно-параллельная схема может показаться сложной, к этим схемам можно применить те же правила, которые использовались для последовательной и параллельной схемы.

Рисунок 12-100. Последовательно-параллельные схемы.

Источник напряжения подает ток на резистор R ₁, затем на группу резисторов R ₂ и R ₃ и затем на следующий резистор R ₄ перед тем, как вернуться к источнику напряжения.Первым шагом в процессе упрощения является изоляция группы R ₂ и R ₃ и признание того, что они представляют собой параллельную сеть, которая может быть уменьшена до эквивалентного резистора. Используя формулу для параллельного сопротивления, можно уменьшить

R ₂ и R ₃ до ₂₃ R. На рисунке 12-101 показана эквивалентная схема с тремя последовательно включенными резисторами. Общее сопротивление цепи теперь можно просто определить, сложив значения резисторов R ₁, R ₂₃ и R ₄.

Рисунок 12-101. Эквивалентная схема с тремя последовательно включенными резисторами.

Определение общего сопротивления

В следующем примере показан более количественный пример определения общего сопротивления и тока в каждой ветви комбинированной цепи. [Рисунок 12-102] Рисунок 12-102. Определение общего сопротивления.

Первым шагом является определение тока на переходе A, ведущем в параллельную ветвь. Для определения I _T необходимо знать общее сопротивление R _T всей цепи.Общее сопротивление цепи определяется как:

. Теперь определив общее сопротивление R _T, можно определить общее сопротивление I _T. Использование закона Ома:

Ток через параллельные ветви R ₂ и R ₃ можно определить с помощью правила делителя тока, описанного ранее в тексте. Напомним, что:

Теперь, используя Закон Кирхгофа, можно определить ток в ветви с R ₃.

Переменный ток (AC) и напряжение

Переменный ток (AC) в значительной степени заменил постоянный ток (DC) в коммерческих энергосистемах по ряду причин.Его можно передавать на большие расстояния легче и экономичнее, чем постоянный ток, поскольку переменное напряжение можно увеличивать или уменьшать с помощью трансформаторов.

Поскольку все больше и больше устройств работают от электричества в самолетах, требования к мощности таковы, что при использовании переменного тока можно реализовать ряд преимуществ. Можно сэкономить место и вес, поскольку устройства переменного тока, особенно двигатели, меньше и проще устройств постоянного тока. В большинстве двигателей переменного тока щетки не требуются, и проблемы с коммутацией на большой высоте устранены.Автоматические выключатели удовлетворительно работают под нагрузкой на больших высотах в системе переменного тока, в то время как образование дуги в системах постоянного тока настолько велико, что автоматические выключатели необходимо часто заменять. Наконец, большинство самолетов, использующих 24-вольтовую систему постоянного тока, имеют специальное оборудование, которое требует определенного количества переменного тока с периодичностью 400 циклов.

Сравнение переменного и постоянного тока

Многие принципы, характеристики и эффекты переменного тока аналогичны таковым для постоянного тока. Точно так же есть ряд отличий.Постоянный ток постоянно течет только в одном направлении с постоянной полярностью. Он меняет величину только тогда, когда цепь разомкнута или замкнута, как показано в форме сигнала постоянного тока на Рисунке 12-103. AC меняет направление через равные промежутки времени, значение увеличивается с определенной скоростью от нуля до максимальной положительной силы и снова уменьшается до нуля; затем он течет в обратном направлении, аналогичным образом увеличиваясь до максимального отрицательного значения и снова уменьшаясь до нуля. Формы сигналов постоянного и переменного тока сравниваются на Рисунке 12-103.

Рисунок 12-103. Кривые постоянного и переменного напряжения.

Поскольку переменный ток постоянно меняет направление и интенсивность, в цепях переменного тока имеют место два следующих эффекта (которые будут рассмотрены позже), которые не возникают в цепях постоянного тока:

Индуктивное реактивное сопротивление
Емкостное реактивное сопротивление

Flight Mechanic рекомендует

серии

Схемы

Представьте себе
электрический ток, выходящий из батареи. Если резисторы подключены в такой
способ, которым часть тока может проходить через один резистор, а остальная часть
ток может пройти через другой резистор, тогда цепь параллельна
Схема .

я _т
— полный ток параллельной цепи. Вы бы измерили этот ток
в любом месте до или после трехканального разветвителя, ведущего к трем резисторам. В
между соединением и R ₁, вы бы измерили I ₁. Между перекрестком и R ₂,
Вы бы измерили I ₂ и т. д.

Поскольку
общий ток, I _T, делится на три разные группы
электронов, путешествующих каждый своим путем,

я _т
= Я ₁ + Я ₂ + Я ₃ +.

В параллельных цепях все
резисторы, независимо от их сопротивления, испытывают одинаковое падение напряжения или
разность потенциалов, потому что все они имеют одинаковые точки входа и выхода
(переходы).

V _T = V ₁ = V ₂ = V ₃ = V _n

Если разделить
формулу тока по соотношению напряжений получаем:

или R _T =
[R ₁ ^-1 + R ₂ ^-1 + R ₃ ^-1 +] ^-1

Пример 1

а.
Какое полное сопротивление цепи?

R _T =
[R ₁ ^-1 + R ₂ ^-1 + R ₃ ^-1] ^-1

R _T =
[12 ^-1 + 12 ^-1 +12 ^-1] ^-1 = 4 Вт

г.
Какой общий ток?

I _T = V / R _T = 12/4 = 3 A

г.Какое напряжение (_{В 1}) будет
измеряется на каждом отдельном резисторе?

12
В (напряжение постоянно параллельно.)

г.
Какой ток отводится
каждый резистор?

I ₁ = V / R ₁ = 12/12 = 1 А. Остальные тоже
нарисуйте по 1 А, всего 3 А.

Пример 2

рисунок кажется запутанным, но обратите внимание, что это параллельная схема, потому что
у электронов есть выбор.На стыке (показано красной точкой) электроны
следуйте либо зеленому маршруту, либо оранжевому маршруту.

Используйте I

₁ = 1A; I ₂ = 0,5 А; R ₁
= 10Вт.

Найдите V ₂.

Помните, что параллельное напряжение постоянно. Итак, если мы найдем V ₁,
мы узнаем V ₂.

В ₁ = I ₁ R ₁ = 1 (10) = 10 В.

В ₂ = В ₁ = 10 В.

Найдите R ₂.

R ₂ = V / I ₂ = 10 / 0,5 = 20 Вт.

Используйте два метода, чтобы получить R _T.

(1)
R _T = [R ₁ ^-1 + R ₂ ^-1] ^-1 = [20 ^-1 + 10 ^-1] ^-1 = 6.7 Вт.

(2) я _т
= I ₃ = I ₁ + I ₂ = 1 + 0,5 = 1,5 A.

R _T = V / I _T = 10 / 1,5 = 6,7 W.

Пример 3

В параллельной цепи какой эффект дает добавление еще резисторов
иметь по общему току?

Ток увеличивается !

В цепи серии добавление резисторов увеличивает
общее сопротивление и, таким образом, снижает ток.Но в случае с
параллельная схема, потому что добавление дополнительных резисторов параллельно создает больше вариантов
а снижает общее сопротивление . Если такая же батарея подключена к
резисторы, ток увеличится. Не убежден? Попробуйте:

[10 ^-1 + 10 ^-1] ^-1 = 5 Вт, но добавьте
резистор, включенный параллельно, и вы получите [10 ^-1 + 10 ^-1 + 10 ^-1] ^-1 = всего 3,3 Вт.
чем меньше сопротивление, тем выше общий ток.

Еще одна интересная особенность параллельных цепей заключается в том, что если
один компонент отключен, другие пути все еще жизнеспособны, так что
электроны могут продолжать течь по цепи. Это причина того, что
большинство светильников и розеток в доме подключены параллельно.

Последовательное подключение аккумуляторов | Научный проект

Сложность

Легко

Стоимость

Минимальная, в основном стоимость батареек для дисплея

Проблемы безопасности

Незначительный риск слишком высокого напряжения / силы тока, что может привести к нагреву проводов до плавления.Пайка разъемов упрощает работу с дисплеем, но представляет опасность ожога. Разборка сухой аккумуляторной батареи означает воздействие едкого электролита внутри.

Наличие материала

Обычный

Примерное время

1-2 часа, в зависимости от сложности отображения

Для демонстрации того, как аккумуляторные блоки работают, обеспечивая более высокое напряжение, большую силу тока или и то, и другое.

Несколько батарей, подключаемых последовательно, параллельно и последовательно-параллельно
Держатели батарей или провода и паяльное оборудование
Вольтметр также может измерять силу тока (Radio Shack)
Дополнительно — аккумулятор в разобранном виде для маркировки деталей

Один элемент батареи производит низкое напряжение и низкую силу тока.Последовательное объединение ячеек увеличивает напряжение. Их параллельное объединение увеличивает силу тока. Даже 9-вольтовая батарея — это «батарейный блок». В этом проекте будет изучено, как элементы батареи могут быть соединены во многих различных конфигурациях, чтобы делать почти все необходимое, в зависимости от необходимого напряжения и силы тока.

Студенты могут показать схемы практических последовательных / параллельных цепей. Кроме того, можно отобразить устройства, которые используют несколько батарей, чтобы продемонстрировать, как, например, 4 батареи используются для питания устройства, которому требуется 6 вольт.

Что такое элемент батареи?
Что такое последовательная цепь?
Что такое параллельная цепь?
9-вольтовая батарея — это элемент батареи или батарейный блок? Как и почему?
В чем разница между постоянным и переменным током?

Volt: стандартная мера электрического давления
Ампер: стандартная мера количества электричества

Серия

: одна за другой, как завязанные вместе нитки
Параллельно: в линию, бок о бок, как железнодорожные пути

Электричество — это движение электронов в проводнике.Напряжение — это давление, что-то вроде фунта на квадратный дюйм воды, вытекающей из трубы. Сила тока — это количество электронов, что-то вроде количества галлонов, вытекающих из трубы. Батареи вырабатывают электричество в результате химической реакции. Они могут быть подключены в линию для обеспечения большего напряжения, параллельно для обеспечения большей силы тока или в комбинации для обеспечения большего напряжения и большей силы тока.

Последовательное соединение батарей включает создание последовательной цепи, в которой положительный полюс соединен с отрицательным полюсом другой батареи с каждой батареей в линию.Две 6-вольтовые батареи по 2 ампера, подключенные таким образом, будут производить 12 вольт, 2 ампера.

Параллельная цепь имеет положительный полюс, подключенный к положительному полюсу другой батареи, а отрицательный полюс — к отрицательному. Две 6-вольтовые батареи, подключенные таким образом, будут производить 6 вольт, 4 ампера.

Последовательно-параллельная цепь объединяет обе схемы для создания необходимого напряжения и / или силы тока. Например, если требуется 120 вольт, 20 последовательно соединенных 6-вольтных батарей обеспечат необходимое напряжение.Если каждая батарея имеет емкость 1 ампер, но требуется 50 ампер, 25 комплектов из этих 20 батарей, соединенных параллельно, обеспечат конечный результат 120 вольт при 50 ампер.

Соберите материалы.
Решите, будете ли вы использовать держатели для батарей или припой.
Постройте последовательную цепь батарей и измерьте напряжение и силу тока.
Постройте параллельную цепь батарей и измерьте напряжение и силу тока.
Создайте аккумуляторную батарею для измерения напряжения и силы тока.
Измерьте и запишите напряжение и силу тока каждого из них.
Дополнительно — разберите обычную батарею, чтобы показать детали. (Следует использовать наблюдение взрослых, поскольку электролит внутри едкий.)

http://en.wikipedia.org/wiki/Battery_%28electricity%29
http://en.wikipedia.org/wiki/Battery_terminals

Заявление об ограничении ответственности и меры предосторожности

Education.com предлагает идеи проекта Science Fair для информационных целей.
только для целей.Education.com не дает никаких гарантий или заверений
относительно идей проектов Science Fair и не несет ответственности за
любые убытки или ущерб, прямо или косвенно вызванные использованием вами таких
Информация. Получая доступ к идеям проекта Science Fair, вы отказываетесь от
отказаться от любых претензий к Education.com, которые возникают в связи с этим. Кроме того, ваш
доступ к веб-сайту Education.com и идеям проектов Science Fair покрывается
Политика конфиденциальности Education.com и Условия использования сайта, которые включают ограничения
по образованию.ком ответственность.

Настоящим дается предупреждение, что не все идеи проекта подходят для всех
индивидуально или при любых обстоятельствах. Реализация идеи любого научного проекта
должны проводиться только в соответствующих условиях и с соответствующими родительскими
или другой надзор. Прочтите и соблюдайте правила техники безопасности всех
Материалы, используемые в проекте, являются исключительной ответственностью каждого человека. За
Для получения дополнительной информации обратитесь к справочнику по научной безопасности вашего штата.

Описание цепей постоянного тока серии

и параллельных цепей постоянного тока (примеры включены)

Что такое электрическая цепь?

Электрическая цепь представляет собой комбинацию двух или более электрических компонентов, которые связаны между собой токопроводящими дорожками. Электрические компоненты могут быть активными компонентами или неактивными компонентами или их комбинацией.

Что такое цепь постоянного тока?

Электроэнергия бывает двух видов — постоянного (DC) и переменного (AC) тока.Цепь, которая имеет дело с постоянным током или постоянным током, называется цепью постоянного тока , , а цепь, которая имеет дело с переменным током или переменным током, называется цепью переменного тока.

Компоненты электрической цепи постоянного тока в основном резистивные, тогда как компоненты цепи переменного тока могут быть как реактивными, так и резистивными.

Любую электрическую цепь можно разделить на три разные группы — последовательную, параллельную и последовательно-параллельную. Так, например, в случае постоянного тока цепи также могут быть разделены на три группы, такие как последовательная цепь постоянного тока , параллельная цепь постоянного тока, и последовательная и параллельная цепь .

Что такое последовательная цепь постоянного тока?

Когда все резистивные компоненты цепи постоянного тока соединены встык, образуя единый путь для протекающего тока, тогда цепь называется последовательной цепью постоянного тока . Способ соединения компонентов встык известен как последовательное соединение.

Предположим, у нас есть n резисторов R ₁, R ₂, R ₃ ………… R _n, и они соединены между собой, то есть последовательно.Если эта последовательная комбинация подключена к источнику напряжения, ток начинает течь по этому единственному пути.

Поскольку резисторы соединены встык, ток сначала входит в R ₁, затем тот же ток поступает в R ₂, затем R ₃ и, наконец, достигает R _n от ток которого поступает на отрицательные выводы источника напряжения.

Таким образом, одинаковый ток проходит через все последовательно включенные резисторы.Следовательно, можно сделать вывод, что в цепи постоянного тока серии одинаковый ток протекает через все части электрической цепи.

Опять же, согласно закону Ома, падение напряжения на резисторе является произведением его электрического сопротивления и тока, протекающего через него.

Здесь ток через каждый резистор одинаков, следовательно, падение напряжения на каждом резисторе пропорционально значению его электрического сопротивления.

Если сопротивления резисторов не равны, падение напряжения на них также не будет равным.Таким образом, каждый резистор имеет свое индивидуальное падение напряжения в цепи постоянного тока серии .

Электрическая последовательная цепь постоянного тока с тремя резисторами

Ниже приведен рисунок последовательной цепи постоянного тока с тремя резисторами. Течение тока показано здесь движущейся точкой. Обратите внимание, что это всего лишь концептуальное представление.

Пример последовательной цепи постоянного тока

Предположим, что три резистора R ₁, R _2, и R ₃ подключены последовательно к источнику напряжения V (количественно в вольтах), как показано на рисунке.Пусть ток I (количественно выраженный в амперах) протекает через последовательную цепь. Теперь по закону Ома
Падение напряжения на резисторе R ₁, В ₁ = IR ₁
Падение напряжения на резисторе R ₂, В ₂ = IR ₂
Падение напряжения на резисторе R ₃, В ₃ = IR ₃
Падение напряжения во всей последовательной цепи постоянного тока,
В = падение напряжения на резисторе R ₁ + падение напряжения на резисторе R ₂ + падение напряжения через резистор R ₃

Согласно закону Ома электрическое сопротивление электрической цепи определяется как V ⁄ I, то есть R.Следовательно,

Итак, эффективное сопротивление последовательной цепи постоянного тока составляет. Из приведенного выше выражения можно сделать вывод, что, когда несколько резисторов соединены последовательно, эквивалентное сопротивление последовательной комбинации является арифметической суммой их индивидуальных сопротивлений.
Из приведенного выше обсуждения вытекают следующие моменты:

Когда несколько электрических компонентов соединены последовательно, одинаковый ток течет через все компоненты цепи.
Приложенное напряжение в последовательной цепи равно сумме падений напряжения на каждом компоненте.
Падение напряжения на отдельных компонентах прямо пропорционально значению их сопротивления.

Что такое параллельная цепь постоянного тока?

Когда два или более электрических компонента соединены таким образом, что один конец каждого компонента подключен к общей точке, а другой конец подключен к другой общей точке, электрические компоненты считаются подключенными параллельно, и такие электрическая цепь постоянного тока называется параллельной цепью постоянного тока .

В этой схеме у каждого компонента будет одинаковое падение напряжения на них, и оно будет точно равно напряжению, которое возникает между двумя общими точками, где компоненты соединены.

Также в параллельной цепи постоянного тока ток имеет несколько параллельных путей через эти параллельно соединенные компоненты, поэтому ток схемы будет разделен на столько путей, сколько количество компонентов.

Здесь, в этой электрической цепи, падение напряжения на каждом компоненте одинаковое.Опять же, согласно закону Ома, падение напряжения на любом резистивном компоненте равно произведению его электрического сопротивления и тока через него.

Поскольку падение напряжения на всех компонентах, подключенных параллельно, одинаково, ток через них обратно пропорционален значению их сопротивления.

Электрическая параллельная цепь постоянного тока с тремя резисторами

Ниже приведен рисунок параллельной цепи постоянного тока с тремя резисторами. Течение тока показано здесь движущейся точкой.Обратите внимание, что это всего лишь концептуальное представление.

Примеры параллельных цепей постоянного тока

Предположим, что три резистора R ₁, R _2, и R ₃ подключены параллельно к источнику напряжения V (вольт), как показано на рисунке. Пусть I (Ампер) будет общим током цепи, который разделен на ток I ₁, I _2, и I ₃, протекающий через R ₁, R _2, и R ₃ соответственно.Теперь по закону Ома:
Падение напряжения на резисторе R ₁, V = I ₁ .R ₁
Падение напряжения на резисторе R ₂, V = I ₂ .R ₂
Падение напряжения на резисторе R ₃, V = I ₃ .R ₃
Падение напряжения во всей параллельной цепи постоянного тока,
В = падение напряжения на резисторе R ₁ = падение напряжения на резисторе R ₂ = падение напряжения на резисторе R ₃
⇒ V = I ₁.R ₁ = I ₂ .R ₂ = I ₃ .R ₃

Таким образом, когда несколько резисторов подключены параллельно, эквивалентное сопротивление определяется выражением арифметическая сумма обратных величин их индивидуальных сопротивлений.
Из приведенного выше обсуждения параллельной цепи постоянного тока мы можем прийти к следующему выводу:

Падения напряжения одинаковы на всех компонентах, соединенных параллельно.
Ток через отдельные компоненты, подключенные параллельно, обратно пропорционален их сопротивлению.
Полный ток цепи — это арифметическая сумма токов, проходящих через отдельные компоненты, соединенные параллельно.
Обратное эквивалентное сопротивление равно сумме обратных сопротивлений отдельных компонентов, соединенных параллельно.

Комбинированные последовательные и параллельные цепи

До сих пор мы обсуждали последовательные цепи постоянного тока и параллельные цепи постоянного тока отдельно, но на практике электрическая цепь, как правило, представляет собой комбинацию как последовательных цепей, так и параллельных цепей.