Преимущества и недостатки последовательного и параллельного подключения проводников

Правила для различных соединений проводников

Параллельное подключение лампочек

Для обоих вариантов соединения существуют правила подсчета различных параметров электрической цепи.

Законы последовательной цепи

Законы последовательного соединения имеют такой вид:

• ток на всех участках цепочки идентичен, тогда как напряжение на ее концах равно сумме значений для каждого ее участка;
• у соединенных конденсаторов электрозаряды на обкладках примут одинаковые значения;
• когда в такую цепь соединены резисторы, ток идет в начале через первый элемент, потом через второй и, последовательно проходя все устройства, доходит до последнего (общая величина спада напряжения равна суммированным потерям его для каждого из резисторов).

Законы параллельного соединения проводников

Здесь следующая картина:

• когда электроприбор перегорает, путь электротока не блокируется, а остальные приборы не выключаются;
• ток распределяется на все распараллеленные участки и принимает на них разные значения, напряжение везде остается прежним;
• при подключении конденсаторов заряд на каждом из них равен произведению напряжения (одинакового для всех) и емкости конкретного устройства, общая емкость равна суммированным показателям всех приборов.

Смешанное соедиение проводников

Смешанное соединение – сложная конфигурация из нескольких проводников, часть из которых коммуницируют параллельно, часть – последовательно. Чтобы рассчитать значения разных показателей (ток, сопротивление и т.д.) для такого соединения, его разбивают на структурные элементы и проводят вычисления для каждого из них. При подсчете данных для укрупненных единиц их можно заменять на эквивалентные.

Примеры смешанных схем

При соединении нескольких устройств в одну цепочку важно выбрать правильный способ соединения. Если он не будет соответствовать практическим задачам, устройства не будут функционировать корректно

Как определить общее сопротивление произвольного соединения проводников?

То есть такого, в котором последовательные участки сменяют параллельные, и наоборот. Для них по-прежнему справедливы все описанные законы. Только применять их нужно поэтапно.

Сперва полагается мысленно развернуть схему. Если представить ее сложно, то нужно нарисовать то, что получается. Объяснение станет понятнее, если рассмотреть его на конкретном примере (см. рисунок).

Ее удобно начать рисовать с точек Б и В. Их необходимо поставить на некотором удалении друг от друга и от краев листа. Слева к точке Б подходит один провод, а вправо направлены уже два. Точка В, напротив, слева имеет два ответвления, а после нее расположен один провод.

Теперь необходимо заполнить пространство между этими точками. По верхнему проводу нужно расположить три резистора с коэффициентами 2, 3 и 4, а снизу пойдет тот, у которого индекс равен 5. Первые три соединены последовательно. С пятым резистором они параллельны.

Оставшиеся два резистора (первый и шестой) включены последовательно с рассмотренным участком БВ. Поэтому рисунок можно просто дополнить двумя прямоугольниками по обе стороны от выбранных точек. Осталось применить формулы для расчета сопротивления:

• сначала ту, которая приведена для последовательного соединения;
• потом для параллельного;
• и снова для последовательного.

Подобным образом можно развернуть любую, даже очень сложную схему.

Какая лампочка будет светить ярче и почему

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.

1 of 2

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.

Формула сопротивления при параллельном и последовательном соединении

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.

Закон Ома для участка цепи. Закон Джоуля — Ленца. Работа и мощность электрического тока. Виды соединения проводников.

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.

Выполняется для металлов и электролитов.

Закон Джоуля — Ленца.

Дж. Джоуль (1841—1843) Э. X. Ленц (1842—1843) независимо друг от друга экспери­ментально установили

В электрической цепи происходит преобразование энергии упорядоченного движения заряженных частиц в тепловую. Согласно з-ну сохранения энергии работа тока равна количеству выделившегося тепла.

Количество теплоты, выделившееся при прохождении электрического тока по проводнику, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого шел ток:

Работа и мощность электрического тока.

Работа электрического тока:

Мощность электрического тока (работа в единицу времени):

В электричестве иногда применяется внесистемная единица работы — кВт . ч (киловатт-час).

1 кВт . ч = 3,6 . 10 6 Дж.

Виды соединения проводников.

Последовательное соединение.

1. Сила тока во всех последовательно соединенных участках цепи одинакова:

I₁=I₂=I₃=. =I_n=.

2. Напряжение в цепи, состоящей из нескольких последовательно соединенных участков, равно сумме напряжений на каждом участке:

U=U₁+U₂+. +U_n+.

3. Сопротивление цепи, состоящей из нескольких последовательно соединенных участков, равно сумме сопротивлений каждого участка:

R=R₁+R₂+. +R_n+.

Если все сопротивления в цепи одинаковы, то:

R=R₁ . N

При последовательном соединении общее сопротивление увеличивается (больше большего).

Параллельное соединение.

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:

U₁=U₂=U₃=. =U_n=.

3. При параллельном соединении проводников проводимости складываются (складываются величины, обратные сопротивлению):

Если все сопротивления в цепи одинаковы, то:

При параллельном соединении общее сопротивление уменьшается (меньше меньшего).

4. Работа электрического тока в цепи, состоящей из последовательно соединенных участков, равна сумме работ на отдельных участках:

5. Мощность электрического тока в цепи, состоящей из последовательно соединенных участков, равна сумме мощностей на отдельных участках:

P=P₁+P₂+. +P_n+.

6. Т.к. силы тока во всех участках одинаковы, то: U₁:U₂. U_n. = R₁:R₂. R_n.

Для двух резисторов: — чем больше сопротивление, тем больше напряжение.

4. Работа электрического тока в цепи, состоящей из параллельно соединенных участков, равна сумме работ на отдельных участках:

A=A₁+A₂+. +A_n+.

т.к. .

5. Мощность электрического тока в цепи, состоящей из параллельно соединенных участков, равна сумме мощностей на отдельных участках:

P=P₁+P₂+. +P_n+.

6. Т.к. напряжения на всех участках одинаковы, то:

Для двух резисторов: — чем больше сопротивление, тем меньше сила тока.

Последовательное соединение

Этот способ подразумевает, что все приборы, входящие в состав электроцепи, связываются между собой проводами так, что во фрагменте цепи, где происходит включение, отсутствуют какие-либо узелки. При последовательном соединении проводников значение токовой силы в разных участках будет иметь одно и то же значение. Это связано с тем, что в безузловой цепи электронный заряд идет по одному и тому же проводнику. Чтобы вычислить общий показатель цепного напряжения, нужно сложить данные по всем фрагментам цепи:

U = U1 + U2 +…+Un.

При объединении аккумуляторных или гальванических единиц в одну батарею последовательный способ поможет увеличить рабочее напряжение.

Резисторы

Общее сопротивление цепи с последовательно связанными резисторами высчитывается по тому же правилу, что и напряжение: оно равно сумме показателей для каждого элемента.

Катушка индуктивности

Когда дроссели соединены последовательно так, чтобы магнитное поле каждой катушки не накладывалось на соседние дроссели, общая индуктивность такого соединения будет равна сложенным параметрам всех катушек:

L = L1+L2 +…+Ln.

Электрический конденсатор

Когда несколько конденсаторов соединяется между собой в цепь, соотношение их емкостей может быть описано такой формулой:

1/С = 1/С1 +1/С2 +…+ 1/Cn.

Мемристивность цепи оценивается как сумма показателей всех подсоединенных компонентов:

M = M1 +M2 +… + Mn.

Выключатели

Если несколько таких устройств подсоединены в цепь последовательно, она будет замкнутой только при замыкании всех устройств. Если хоть один переключатель разомкнуть, цепь также размыкается. При выходе из строя какого-либо устройства остальные тоже перестанут функционировать. Это правило распространяется и на цепь из нескольких розеток.

Для домашней разводки проводов

Хотя данный способ потенциально мог бы принести потребителю определенные выгоды (экономия проводников, упрощение подключения заземления), на практике для подключения бытовых электроприборов он не используется. Это связано с тем, что неисправность одного из устройств приводит к прекращению функционирования остальных. Этот пример можно проиллюстрировать на елочной гирлянде: в ней используется именно рассматриваемый тип соединения, в случае перегорания какой-либо из ламп остальные затухают. Именно поэтому электроприборы в домашнюю сеть всегда подключаются параллельно.

Важно! При принятии решения соединить последовательно несколько устройств целесообразно составить таблицу их мощностей и оценить на предмет величины перепадов. Если подключить в одну электроцепь, например, нагреватель воды с большой мощностью, потребляющий много энергии, и маломощный прибор вроде старого приемника, более мощный прибор не сможет работать

Практическое использование последовательной схемы

Для замены кабелей

Если соединить несколько кабелей в одну линию, в случае перегорания какого-либо из элементов ток будет пропадать на всей протяженности конструкции. Поэтому подключение параллельных проводников является более практичным вариантом. Его применяют в качестве замены толстого провода, подходящего для высокомощных нагрузок. Когда такого провода нет в наличии, подключают серию более тонких, в сумме они переносят ток, эквивалентный одному толстому. Нужные сечения находят расчетным путем, опираясь на данные о потерях напряжения. Такие конструкции широко применяются при обустройстве электролиний большой протяженности.

Что такое параллельное соединение проводников

При данном способе в составе схемы в крайних точках соединяются начала и концы всех нагрузок, подключенных к источнику электротока. Сами же нагрузки размещаются параллельно по отношению друг к другу. Количество подключенных по такой схеме компонентов не ограничивается. Схема используется во многих сферах, позволяя решать разные задачи компоновки сетей. Например, часто задействуют параллельное соединение аккумуляторов.

При контрольном измерении значения вольтажа электроприборов вольтметр будет показывать одинаковые величины. Это означает, что электронапряжение на каждой нагрузке будет равняться общей величине вольтажа, действующего в электрической цепи.

Особенностью схемы параллельного соединения можно назвать разветвление цепи. В месте разветвления происходит деление заряда с направлением его частей по отдельной линии к соответствующему проводнику. Поэтому общая величина тока будет равна суммарному значению токов на каждой из включенных нагрузок.

Совокупное электрическое сопротивление всей электроцепи имеет меньшее абсолютное значение, по сравнению с каждым из приборов.

Смешанные электрические цепи

Определение 1

Смешанным соединением элементов называют всевозможные сочетания последовательной и параллельной разновидностей соединений. В такой цепи возможно различное количество узлов и ветвей.

Смешанным считают такое соединение, при котором в цепи существуют группы сопротивлений, включенных параллельно и последовательно.

Если все сопротивления в этой схеме принимаются за одинаковые, то есть это выглядит таким образом: $R_1 = R_2 = R_3 = R_4 = R_5 = R$, а сопротивления $R_4$ и $R_5$ будут включенными параллельно, то сопротивление участка цепи $cd$ определяется такой формулой:

$R_{cd} = \frac{R_4 R_5}{R_4+R_5} = \frac{R}{2}$

При последовательном соединении сопротивлений $R_3$ и $R_{cd}$ сопротивление участка цепи $ad$ определяется формулой:

$R_{ad} = R_3 + R_cd = R+\frac{R}{2}$

Смешанное соединение и сложные электрические цепи

Частым явлением в электрических цепях считается соединение смешанного типа (то есть комбинирование параллельного и последовательного соединений).

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Если, например, взять 3 прибора, то возможными будут два варианта смешанного соединения. В первом случае мы наблюдаем соединение двух приборов параллельным образом при последовательном подключении к ним третьего.

При условии большего количества приборов, схемы смешанного соединения будут более сложными. Иногда встречаются также усложненные цепи, содержащие несколько ЭДС-источников.

Для расчета сложных цепей применяются различные методики. Наиболее распространенной считается методика, основанная на применении второго закона Кирхгофа. В наиболее общем формате закон сформулирован таким образом: в каком-либо замкнутом контуре алгебраическая сумма ЭДС будет равнозначной такого же типа сумме падений напряжений.

Алгебраическая сумма берется по той причине, что ЭДС, действующие встречным образом в отношении друг друга, или созданные противоположно направленными токами напряжения будут иметь разные знаки.

При расчетах сложной цепи в большинстве примеров бывают известными сопротивления отдельных участков цепи и ЭДС, включенных источников. Для нахождения токов следует (на основе второго закона Кирхгофа) составить уравнения (для замкнутых контуров), в которых токи будут считаться неизвестными величинами.

К таким уравнениям также добавляются уравнения для точек разветвления, составленные по принципу первого закона Кирхгофа. При решении такой системы уравнений определяются токи. В случае с более сложными цепями, подобный метод будет достаточно громоздким, что обусловлено наличием большого числа неизвестных.

Смешанное соединение резисторов

Резистор считается устройством со стабильным значением сопротивления, что позволяет производить регулирование параметров на любых участках электроцепи. Существуют определенные разновидности соединений, к которым, в том числе, будет относиться и соединение смешанного типа для резисторов.

От применения определенного способа в конкретной схеме будет зависеть показатель неустойчивости напряжения (падение напряжения), а также распределение токов в цепи. Вариант смешанного соединения состоит из подключений последовательного и параллельного видов активных сопротивлений. Это объясняет необходимость первоочередного рассмотрения этих двух типов соединений для понимания работы других схем.

Схеме смешанного соединения будут присущи свойства схем последовательного и параллельного соединений резисторов. В таком случае элементы будут частично подключены последовательным способом, а частично – параллельным.

В качестве примера, можно привести схему с последовательным включением резисторов $R_1$ и $R_2$ и при этом параллельным подключением $R_3$. $R_4$.

В свою очередь резистор $R_4$ включается последовательно с предыдущей группой резисторов $R_1$, $R_2$ и $R_3$. Расчет сопротивления для такой цепи будет сопряженным с определенными трудностями. Актуальным здесь будет использование метода преобразования, основанного на последовательном преобразовании (поэтапно) сложной цепи в простейшую за несколько этапов:

Упражнения

Упражнение №1

Цепь состоит из двух последовательно соединённых проводников, сопротивление которых $4 \space Ом$ и $6 \space Ом$. Сила тока в цепи равна $0.2 \space А$. Найдите напряжение на каждом из проводников и общее напряжение.

Дано:$R_1 = 4 \space Ом$$R_2 = 6 \space Ом$

$I = 0.2 \space А$

$U_1 — ?$$U_2 — ?$$U — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Используя закон Ома для участка цепи,  мы рассчитаем значения напряжения на концах первого и второго проводников. Сила тока на всех участках цепи одинакова.

Напряжение на концах первого проводника:$I = \frac{U_1}{R_1}$,$U_1 = IR_1$,$U_1 = 0.2 \space А \cdot 4 \space Ом = 0.8 \space В$.

Напряжение на концах второго проводника:$I = \frac{U_2}{R_2}$,$U_2 = IR_2$,$U_2 = 0.2 \space А \cdot 6 \space Ом = 1.2 \space В$.

Общее напряжение будет равно сумме напряжений на концах каждого проводника:$U = U_1 + U_2$,$U = 0.8 \space В + 1.2 \space В = 2 \space В$.

Ответ: $U_1 = 0.8 \space В$, $U_2 = 1.2 \space В$, $U = 2 \space В$.

Упражнение №2

Для электропоездов применяют напряжение, равное $3000 \space В$. Как можно использовать для освещения вагонов лампы, рассчитанные на напряжение $50 \space В$ каждая?

Такие лампы можно соединить последовательно в одну цепь. Главное, чтобы их суммарное напряжение не превышало общее. Рассчитаем количество таких ламп, которое мы можем включить в цепь.

Дано:$U = 3000 \space В$$U_1 = 50 \space В$

$n — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Все лампы будут иметь одинаковое напряжение в $50 \space В$. Напряжение на всей цепи равно сумме напряжений на каждой лампе. Тогда:$n = \frac{U}{U_1}$,$n = \frac{3000 \space В}{50 \space} = 60$.

Получается, что в таком электропоезде мы можем разместить 60 ламп для освещения вагонов, соединив их последовательно.

Ответ: при последовательном соединении мы можем использовать $n = 60$ ламп.

Упражнение №3

Две одинаковые лампы, рассчитанные на $220 \space В$ каждая, соединены последовательно и включены в сеть с напряжением $220 \space В$. Под каким напряжением будет находиться каждая лампа?

Дано:

$U = 220 \space В$

$U_1 — ?$$U_2 — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Лампы соединены последовательно. Значит, $U = U_1 + U_2$.

Если лампы одинаковые, то они имеют одинаковые сопротивления $R$. Сила тока тоже одинакова в каждой лампе. Из этого мы можем сделать вывод, что напряжение на лампах будет одинаковым:$U_1 = IR$, $U_2 = IR$, $U_1 = U_2$.

Тогда мы можем записать следующее:$U = U_1 + U_2 = 2U_1$.

Рассчитаем напряжение на одной лампе:$U_1 = U_2 =  \frac{U}{2}$,

$U_1 = U_2  = \frac{220 \space В}{2} = 110 \space В$.

Ответ: $U_1 = U_2 = 110 \space В$.

Упражнение №4

Электрическая цепь состоит из источника тока — батареи аккумуляторов, создающей в цепи напряжение, равное $6 \space В$, лампочки от карманного фонаря с сопротивлением в $13.5 \space Ом$, двух спиралей c сопротивлением $3 \space Ом$ и $2 \space Ом$, ключа и соединительных проводов. Все детали цепи соединены последовательно. Начертите схему цепи. Определите силу тока в цепи, напряжение на концах каждого из потребителей тока.

Схема такой цепи изображена на рисунке 5.

Рисунок 5. Схема электрической цепи к упражнению №4

Дано:$U = 6 \space В$$R_1 = 13.5 \space Ом$$R_2 = 3 \space Ом$$R_3 = 2 \space Ом$

$I — ?$$U_1 — ?$$U_2 — ?$$U_3 — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Сначала рассчитаем общее сопротивление на всей цепи:$R = R_1 + R_2 + R_3$,$R = 13.5 \space Ом + 3 \space Ом + 2 \space Ом = 18.5 \space Ом$.

Теперь используем закон Ома для того, чтобы рассчитать силу тока в цепи:$I = \frac{U}{R}$,$I = \frac{6 \space В}{18.5 \space Ом} \approx 0.32 \space А$.

Сила тока на каждом участке цепи при последовательном соединении элементов будет одинакова. Теперь мы будем использовать закон Ома отдельно для каждого проводника.

Рассчитаем напряжение на лампочке от карманного фонаря:$U_1 = IR_1$,$U_1 = 0.32 \space А \cdot 13.5 \space Ом \approx 4.3 \space В$.

Рассчитаем напряжение на первой спирали:$U_2 = IR_2$,$U_2 = 0.32 \space А \cdot 3 \space Ом \approx 1 \space В$.

Рассчитаем напряжение на второй спирали:$U_3 = IR_3$,$U_3 = 0.32 \space А \cdot 2 \space Ом \approx 0.6 \space В$.

Ответ: $I \approx 0.32 \space А$, $U_1 \approx 4.3 \space В$, $U_2 \approx 1 \space В$, $U_3 \approx 0.6 \space В$.

Электрические цепи. Последовательное и параллельное соединения проводников

Подробности

Просмотров: 420

«Физика – 10 класс»

Как выглядит зависимость силы тока в проводнике от напряжения на нём? Как выглядит зависимость силы тока в проводнике от его сопротивления?

От источника тока энергия может быть передана по проводам к устройствам, потребляющим энергию: электрической лампе, радиоприёмнику и др. Для этого составляют электрические цепи различной сложности.

К наиболее простым и часто встречающимся соединениям проводников относятся последовательное и параллельное соединения.

Последовательное соединение проводников.

При последовательном соединении электрическая цепь не имеет разветвлений. Все проводники включают в цепь поочерёдно друг за другом. На рисунке (15.5, а) показано последовательное соединение двух проводников 1 и 2, имеющих сопротивления R₁ и R₂. Это могут быть две лампы, две обмотки электродвигателя и др.

Сила тока в обоих проводниках одинакова, т. е.

I₁ = I₂ = I.         (15.5)

В проводниках электрический заряд в случае постоянного тока не накапливается, и через любое поперечное сечение проводника за определённое время проходит один и тот же заряд.

Напряжение на концах рассматриваемого участка цепи складывается из напряжений на первом и втором проводниках:

U = U₁ + U₂.

Применяя закон Ома для всего участка в целом и для участков с сопротивлениями проводников R1 и R2, можно доказать, что полное сопротивление всего участка цепи при последовательном соединении равно:

R = R₁ + R₂.         (15.6)

Это правило можно применить для любого числа последовательно соединённых проводников.

Напряжения на проводниках и их сопротивления при последовательном соединении связаны соотношением

Параллельное соединение проводников.

На рисунке (15.5, б) показано параллельное соединение двух проводников 1 и 2 сопротивлениями R₁ и R₂. В этом случае электрический ток I разветвляется на две части. Силу тока в первом и втором проводниках обозначим через I₁ и I₂.

Так как в точке а — разветвлении проводников (такую точку называют узлом) — электрический заряд не накапливается, то заряд, поступающий в единицу времени в узел, равен заряду, уходящему из узла за это же время. Следовательно,

I = I₁ + I₂.         (15.8)

Напряжение U на концах проводников, соединённых параллельно, одинаково, так как они присоединены к одним и тем же точкам цепи.

В осветительной сети обычно поддерживается напряжение 220 В. На это напряжение рассчитаны приборы, потребляющие электрическую энергию. Поэтому параллельное соединение — самый распространённый способ соединения различных потребителей. В этом случае выход из строя одного прибора не отражается на работе остальных, тогда как при последовательном соединении выход из строя одного прибора размыкает цепь. Применяя закон Ома для всего участка в целом и для участков проводников сопротивлениями R₁ и R₂, можно доказать, что величина, обратная полному сопротивлению участка ab, равна сумме величин, обратных сопротивлениям отдельных проводников:

Отсюда следует, что для двух проводников

Напряжения на параллельно соединённых проводниках равны: I₁R₁ = I₂R₂. Следовательно,

Обратим внимание на то, что если в какой-то из участков цепи, по которой идёт постоянный ток, параллельно к одному из резисторов подключить конденсатор, то ток через конденсатор не будет идти, цепь на участке с конденсатором будет разомкнута. Однако между обкладками конденсатора будет напряжение, равное напряжению на резисторе, и на обкладках накопится заряд q = CU. Рассмотрим цепочку сопротивлений R — 2R, называемую матрицей (рис

15.6)

Рассмотрим цепочку сопротивлений R — 2R, называемую матрицей (рис. 15.6).

На последнем (правом) звене матрицы напряжение делится пополам из-за равенства сопротивлений, на предыдущем звене напряжение тоже делится пополам, поскольку оно распределяется между резистором сопротивлением R и двумя параллельными резисторами сопротивлениями 2R и т. д. Эта идея — деления напряжения — лежит в основе преобразования двоичного кода в постоянное напряжение, что необходимо для работы компьютеров.

Следующая страница «Примеры решения задач по теме «Закон Ома. Последовательное и параллельное соединения проводников»»

Назад в раздел «Физика – 10 класс, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский»

Законы постоянного тока – Физика, учебник для 10 класса – Класс!ная физика

Электрический ток. Сила тока — Закон Ома для участка цепи. Сопротивление — Электрические цепи. Последовательное и параллельное соединения проводников — Примеры решения задач по теме «Закон Ома. Последовательное и параллельное соединения проводников» — Работа и мощность постоянного тока — Электродвижущая сила — Закон Ома для полной цепи — Примеры решения задач по теме «Работа и мощность постоянного тока. Закон Ома для полной цепи»

Способы подключения

Можно соединять розетки последовательно, параллельно или кольцом. Чтобы достичь оптимального соотношения цены и качества, применяют разные методы соединения, учитывая мощность тип электроприборов.

Выбор конкретного способа зависит от финансовых возможностей. Лучше не экономить на элементах сети, услугах профессионалов. Пусть в квартире, доме или на даче не будет мебели, но проводка должна быть качественной.

Суть метода: к каждой точке доступа проведен отдельный провод. Как правило, его подводят от распределительного щитка комнаты, но для особо мощных приборов лучше присоединить точку доступа электричества напрямую к щитку.

Преимущества: параллельное подключение розеток предполагает, что при выходе из строя одного из элементов сети остальные будут работать дальше, так как не зависят от него. Данный способ позволяет питать самые мощные приборы, тогда как последовательное соединение розеток создает ограничение по нагрузке на каждую точку блока.

Затраты выше. В небольшой квартире это не сильно отражается на бюджете, а при создании сети крупного дома параллельное соединение розеток ощутимо повышает стоимость проекта. Стоит учитывать не только цену самих кабелей, но и стоимость работы электриков. Перегорание центрального контакта, который подводится к распределительной коробке, выведет из строя все подсоединенные розетки.

При использовании параллельного метода желательно не допускать соединение проводов, каждая линия должна быть цельным кабелем. Если технически это невозможно, стоит использовать специальные перемычки.

Суть метода: соединение двух розеток и более между собой. К первой точке прокладывается провод от щитка или распределительной коробки, а от её контактов устанавливается перемычка на контакты второй и так до последнего устройства. Способ применяется для установки блоков розеток, перемещения точки доступа к сети в другое место.

Преимущество метода – небольшой расход провода. Подключение розеток шлейфом занимает у специалистов меньше времени. Недостатки способа:

Правилами безопасности запрещено подключение к электрической розетке, подведенной подобным способ, мощных устройств. Их длительная работа приведет к перегреву проводов. Если установлена качественная автоматика, на объекте просто пропадет электричество. В противном случае возникнет пожар. Опытные электрики говорят, что соединение розеток шлейфом — одна из самых сложных задач, которая может встретиться при создании домашней проводки. Работа требует аккуратности и четкого понимания того, что вы делаете.

Соединять розетки шлейфом стоит в случаях, когда нужно создать розеточный блок для маломощных устройств: осветительных приборов, телевизора, зарядки для ноутбука и пр.

Суть метода: от главного щитка прокладывается основной кабель по всей квартире и возвращается обратно — создается кольцо. От этой магистрали создаются ответвления к распределительным коробкам. От них также делаются кольца, уже в отдельных комнатах, к которым подключаются розетки. Для России такая схема непривычна, используется редко

Преимущество метода в том, что если провод перегорает, сеть все рано работает, ток поступает с другой стороны. Но расход кабеля в такой схеме — самый высокий.

В чистом виде параллельное или последовательное соединение используют редко. Незачем в квартире или на территории дачного домика всюду создавать точки доступа, способные вынести высокие нагрузки. Такие траты рациональны только в случае, если владельцу вдруг захочется поменять ванную с гостиной местами.

Суть способа: основной кабель подключается к распределительной коробке комнаты. От неё к самой крайней точке доступа подводится кабель, а от этой точки доступа — провод к остальным приборам.

повышает надежность системы, в которой используются шлейфовые соединения; экономия проводника.

Недостаток метода в большом количестве перемычек, скруток проводов. Нужно тщательно рассчитывать проводку, чтобы знать, какие приборы можно подключать в комнате, а какие не стоит.