Головна > Утеплення > 2 паралельне з'єднання провідників. Струм провідників у паралельному та послідовному з'єднанні


2 паралельне з'єднання провідників. Струм провідників у паралельному та послідовному з'єднанні




1. Знаходять еквівалентний опір ділянок ланцюга з паралельним з'єднанням резисторів. Малюнок 2. Послідовне з'єднання резисторів. Для розрахунку опору таких сполук весь ланцюг розбивають на найпростіші ділянки, з паралельно або послідовно з'єднаних резисторів.

Цей результат випливає з того, що в точках розгалуження струмів (вузли A і B) в ланцюзі постійного струму не можуть накопичуватися заряди. Цей результат є справедливим для будь-якого числа паралельно включених провідників.

На рис. 1.9.3 наведено приклад такого складного ланцюга та вказано послідовність обчислень. Слід зазначити, що далеко не всі складні ланцюги, що складаються з провідників з різними опорами, можуть бути розраховані за допомогою формул для послідовного та паралельного з'єднання.

При послідовному з'єднанні провідників сила струму у всіх провідниках однакова. При паралельному з'єднанні падіння напруги між двома вузлами, що об'єднують елементи ланцюга, однаково всім елементів.

Тобто чим більший опір резистора, тим більша напруга нею падає. В результаті до однієї точки (електричного вузла) може бути приєднано кілька резисторів. При такому з'єднанні через кожен резистор потече окремий струм. Сила цього струму буде обернено пропорційна опору резистора.

Таким чином, при паралельному приєднанні резисторів з різним опором, загальний опір завжди буде менше значеннянайменшого окремого резистора. Напруга між точками A і B є як загальною напругою для всієї ділянки ланцюга, так і напругою, що падає на кожен резистор окремо. Змішаним з'єднанням називають ділянку ланцюга, де частина резисторів з'єднуються між собою послідовно, а частина паралельно.

Ланцюг розбивають на ділянки з лише парелельним або лише послідовним з'єднанням. Обчислюють загальний опір кожної окремої ділянки. Обчислюють загальний опір для всього ланцюга змішаної сполуки. Також існує більше швидкий спосіброзрахунку загального опору для змішаної сполуки. Якщо резистори з'єднуються послідовно складати.

Тобто, при послідовному з'єднанні резистори підключаться один за одним. На малюнку 4 показано найпростіший прикладзмішаного з'єднання резисторів. Після розрахунку еквівалентних опорів резисторів перемальовують схему. Зазвичай виходить ланцюг із послідовно з'єднаних еквівалентних опорів.4. Малюнок 5. Розрахунок опору ділянки ланцюга при змішаному з'єднанні резисторів.

В результаті ви навчитеся з нуля не тільки розробляти власні пристрої, а й поєднувати з ними різну переферію! Вузол - точка розгалуження ланцюга, у якій з'єднуються щонайменше трьох провідників. Послідовне з'єднання резисторів застосовується збільшення опору.

Напруга при паралельному з'єднанні

Як видно, вирахувати опір двох паралельних резисторівзначно зручніше. Паралельне з'єднання резисторів часто використовують у випадках, коли необхідний опір з більшою потужністю. Для цього, як правило, використовують резистори з однаковою потужністю та однаковим опором.

Загальний опір Rзаг

Таке з'єднання опорів називається послідовним. Ми отримали таким чином, що U = 60 В, тобто неіснуюча рівність ЕРС джерела струму та його напруги. Тепер включатимемо амперметр по черзі в кожну гілку ланцюга, запам'ятовуючи показання приладу. Отже, при паралельному з'єднанні опорів напруга на затискачах джерела струму дорівнює падінню напруги на кожному опорі.

Таке розгалуження струму в паралельних гілках схоже з течією рідини трубами. Розглянемо тепер, чому дорівнюватиме загальний опір зовнішнього ланцюга, що складається з двох паралельно з'єднаних опорів.

Повернемося до ланцюга, показаного на рис. 3, і подивимося, чому дорівнюватиме еквівалентний опір двох паралельно з'єднаних опорів. Так само для кожної гілки I1 = U1 / R1, I2 = U2 / R2, де I1 і I2 - струми у гілках; U1 та U2 - напруга на гілках; R1 і R2 – опори гілок.

Це означає, що загальний опір ланцюга завжди буде нижчим за будь-який паралельно включений резистор. 2. Якщо ці ділянки включають послідовно з'єднані резистори, спочатку обчислюють їх опір. Застосовуючи закон Ома для ділянки ланцюга, можна довести, що опір при послідовному з'єднанні дорівнює сумі опорів окремих провідників.

Потрібно обчислити опір послідовного, паралельного чи комбінованого ланцюгів? Потрібно, якщо ви не бажаєте спалити плату! Ця стаття розповість вам, як це зробити. Перед читанням, будь ласка, з'ясуйте, що резистори не мають "початку" і не мають "кінця". Ці слова вводяться полегшення розуміння викладеного матеріалу.

Кроки

Опір послідовного ланцюга

Опір паралельного ланцюга

Опір комбінованого ланцюга

Деякі факти

  1. Кожен електропровідний матеріал має деякий опір, що є опір матеріалу електричному струму.
  2. Опір вимірюється в Омах. Символ одиниці виміру Ом – Ω.
  3. Різні матеріалимають різні значенняопору.
    • Наприклад, опір міді 0.0000017 Ом/см 3
    • Опір кераміки близько 10 14 Ом/см 3
  4. Чим більше значення опору, тим вища опір електричному струму. Мідь, яка часто використовується в електричних проводахмає дуже малий опір. З іншого боку, опір кераміки дуже великий, що робить її чудовим ізолятором.
  5. Робота всього ланцюга залежить від того, який тип з'єднання ви оберете для підключення резисторів у цьому ланцюзі.
  6. U = IR. Це закон Ома, встановлений Георгом Омом на початку 1800-х. Якщо вам дані будь-які дві з цих змінних, ви легко знайдете третю.
    • U=IR: Напруга (U) є результатом множення сили струму (I) * на опір (R).
    • I=U/R: Сила струму є приватною від напруги (U) ÷ опір (R).
    • R=U/I: Опір є від напруги (U) ÷ сила струму (I).
  • Запам'ятайте: при паралельному з'єднанні існує кілька шляхів проходження струму по ланцюгу, тому в такому ланцюгу загальний опір буде меншим за опір кожного окремого резистора. При послідовному з'єднанні струм проходить через кожний резистор у ланцюзі, тому опір кожного окремого резистора додається до загального опору.
  • Загальний опір у паралельному ланцюгу завжди менше опору одного резистора з найнижчим опором цього ланцюга. Загальний опір у послідовного ланцюгазавжди більше опору одного резистора з найвищим опором у цьому ланцюзі.

Одним із китів, на якому тримаються багато понять в електроніці, є поняття послідовного та паралельного підключення провідників. Знати основні відмінності вказаних типів підключення просто необхідно. Без цього не можна зрозуміти та прочитати жодної схеми.

Основні принципи

Електричний струм рухається провідником від джерела до споживача (навантаження). Найчастіше як провідник вибирається мідний кабель. Пов'язано це з вимогою, яка пред'являється до провідника: він повинен легко вивільняти електрони.

Незалежно від способу підключення, електричний струмрухається від плюс до мінуса. Саме в цьому напрямі зменшується потенціал. При цьому варто пам'ятати, що провід, по якому йде струм, також має опір. Але його значення дуже мало. Саме тому їм нехтують. Опір провідника приймають рівним нулю. У тому випадку, якщо провідник має опір, його прийнято називати резистором.

Паралельне підключення

У даному випадкуелементи, що входять у ланцюг, об'єднані між собою двома вузлами. З іншими вузлами зв'язків немає. Ділянки ланцюга з таким підключенням прийнято називати гілками. Схема паралельного підключення представлена ​​малюнку нижче.

Якщо говорити більше зрозумілою мовою, то в даному випадку всі провідники одним кінцем з'єднані в одному вузлі, а другим - у другому. Це призводить до того, що електричний струм поділяється на всі елементи. Завдяки цьому збільшується провідність всього ланцюга.

При підключенні провідників у ланцюг даним способом напруга кожного з них буде однаковою. А ось сила струму всього ланцюга визначатиметься як сума струмів, що протікають по всіх елементах. З урахуванням закону Ома шляхом нехитрих математичних розрахунків виходить цікава закономірність: величина, обернена до загального опору всього ланцюга, визначається як сума величин, обернених опорам кожного окремого елемента. У цьому враховуються лише елементи, підключені паралельно.

Послідовне підключення

У разі всі елементи ланцюга з'єднані в такий спосіб, що де вони утворюють жодного вузла. При цьому способі підключення є один істотний недолік. Він полягає в тому, що при виході з ладу одного з провідників, всі наступні елементи працювати не зможуть. Яскравим прикладом такої ситуації є звичайна гірлянда. Якщо в ній перегорає одна лампочка, то вся гірлянда перестає працювати.

Послідовне підключення елементів відрізняється тим, що сила струму у всіх провідниках дорівнює. Що стосується напруги ланцюга, воно дорівнює сумі напруги окремих елементів.

У цій схемі провідники входять у ланцюг по черзі. А це означає, що опір всього ланцюга складатиметься з окремих опорів, характерних для кожного елемента. Тобто загальний опір ланцюга дорівнює сумі опорів усіх провідників. Цю залежність можна вивести і математичним способом, використовуючи закон Ома.

Змішані схеми

Бувають ситуації, коли на одній схемі можна побачити одночасно послідовне та паралельне підключенняелементів. У такому разі говорять про змішане з'єднання. Розрахунок подібних схем проводиться окремо кожної з групи провідників.

Так, щоб визначити загальний опір, необхідно скласти опір елементів, підключених паралельно, та опір елементів з послідовним підключенням. У цьому послідовне підключення є домінантним. Тобто його розраховують насамперед. І лише після цього визначають опір елементів із паралельним підключенням.

Підключення світлодіодів

Знаючи основи двох типів підключення елементів у ланцюзі, можна зрозуміти принцип створення схем різних електроприладів. Розглянемо приклад. багато в чому залежить від напруги джерела струму.

При невеликій напрузі мережі (до 5 В) світлодіоди підключають послідовно. Знизити рівень електромагнітних перешкод у цьому випадку допоможе конденсатор прохідного типу та лінійні резистори. Провідність світлодіодів збільшують за рахунок використання системних модуляторів.

При напрузі мережі 12 може використовуватися і послідовне, і паралельне підключення мережі. У разі послідовного підключення використовують імпульсні блокихарчування. Якщо збирається ланцюг із трьох світлодіодів, то можна обійтися без підсилювача. Але якщо ланцюг включатиме більша кількістьелементів, підсилювач необхідний.

У другому випадку, тобто при паралельному підключенні, необхідно використання двох відкритих резисторів та підсилювача (з пропускною здатністювище 3 А). Причому перший резистор встановлюється перед підсилювачем, а другий після.

При високій напрузі мережі (220 В) вдаються до послідовному підключенню. При цьому додатково використовують операційні підсилювачі та знижувальні блоки живлення.

Зміст:

Перебіг струму в електричного ланцюгаздійснюється за провідниками у напрямку від джерела до споживачів. У більшості подібних схем використовуються мідні дротита електричні приймачі у заданій кількості, що володіють різним опором. Залежно виконуваних завдань, в електричних ланцюгах використовується послідовне та паралельне з'єднання провідників. У деяких випадках можуть бути застосовані обидва типи сполук, тоді цей варіант буде називатися змішаним. Кожна схема має свої особливості та відмінності, тому їх потрібно обов'язково враховувати при проектуванні ланцюгів, ремонті та обслуговуванні електрообладнання.

Послідовне з'єднання провідників

В електротехніці велике значеннямає послідовне та паралельне з'єднання провідників в електричному ланцюзі. Серед них часто використовується схема послідовного з'єднання провідників, яка передбачає таку ж сполуку споживачів. У цьому випадку включення до ланцюга виконується один за одним у порядку черговості. Тобто початок одного споживача з'єднується з кінцем іншого за допомогою проводів, без будь-яких відгалужень.

Властивості такого електричного кола можна розглянути на прикладі ділянок ланцюга з двома навантаженнями. Силу струму, напруга і опір кожному з них слід позначити відповідно, як I1, U1, R1 і I2, U2, R2. В результаті, вийшло співвідношення, що виражають залежність між величинами наступним чином: I = I1 = I2, U = U1 + U2, R = R1 + R2. Отримані дані підтверджуються практичним шляхом проведення вимірювань амперметром і вольтметром відповідних ділянок.

Таким чином, послідовне з'єднання провідників відрізняється такими індивідуальними особливостями:

  • Сила струму на всіх ділянках ланцюга буде однаковою.
  • Загальна напруга ланцюга становить суму напруг кожному ділянці.
  • Загальний опір включає опір кожного окремого провідника.

Ці співвідношення підходять для будь-якої кількості провідників, з'єднаних послідовно. Значення загального опору завжди вище, ніж опір будь-якого окремого провідника. Це пов'язано зі збільшенням їхньої загальної довжини при послідовному з'єднанні, що призводить і до зростання опору.

Якщо з'єднати послідовно однакові елементи у кількості n, то вийде R = n х R1, де R – загальний опір, R1 – опір одного елемента, а n – кількість елементів. Напруга U, навпаки, ділиться на рівні частини, кожна з яких у n разів менша загального значення. Наприклад, якщо мережа з напругою 220 вольт послідовно включаються 10 ламп однакової потужності, то напруга в будь-якій з них складе: U1 = U/10 = 22 вольта.

Провідники, з'єднані послідовно, мають характерну відмінну особливість. Якщо під час роботи відмовив хоча б один з них, то перебіг струму припиняється у всьому ланцюзі. Найбільш яскравим прикладомє , коли одна лампочка, що перегоріла в послідовному ланцюгу, призводить до виходу з ладу всієї системи. Для встановлення лампочки, що перегоріла, знадобиться перевірка всієї гірлянди.

Паралельне з'єднання провідників

В електричних мережах провідники можуть з'єднуватися у різний спосіб: послідовно, паралельно та комбіновано. Серед них паралельне з'єднання є таким варіантом, коли провідники в початкових і кінцевих точках з'єднуються між собою. Таким чином, початку та кінці навантажень з'єднуються разом, а самі навантаження розташовуються паралельно один до одного. В електричному ланцюзі можуть бути два, три і більше провідників, з'єднаних паралельно.

Якщо розглядати послідовну та паралельну сполуку, сила струму в останньому варіанті може бути досліджена за допомогою наступної схеми. Беруться дві лампи розжарювання, які мають однаковий опір і з'єднані паралельно. Для контролю кожної лампочки підключається власний . Крім того, використовується ще один амперметр, який контролює загальну силу струму в ланцюзі. Перевірочна схема доповнюється джерелом живлення та ключем.

Після замикання ключа слід контролювати показання вимірювальних приладів. Амперметр на лампі № 1 покаже силу струму I1, а лампі № 2 - силу струму I2. Загальний амперметр показує значення сили струму, що дорівнює сумі струмів окремо взятих, паралельно з'єднаних ланцюгів: I = I1 + I2. На відміну від послідовного з'єднання, при перегоранні однієї лампочки, інша буде нормально функціонувати. Тому в домашніх електричних мережах використовують паралельне підключення приладів.

За допомогою такої самої схеми можна встановити значення еквівалентного опору. З цією метою до електричного ланцюга додається вольтметр. Це дозволяє виміряти напругу при паралельному з'єднанні, сила струму при цьому залишається такою самою. Тут також є точки перетину провідників, що з'єднують обидві лампи.

В результаті вимірів загальна напругапри паралельному з'єднанні становитиме: U = U1 = U2. Після цього можна розрахувати еквівалентний опір, що умовно замінює всі елементи, що знаходяться в даному ланцюгу. При паралельному з'єднанні, відповідно до закону Ома I = U/R, виходить наступна формула: U/R = U1/R1 + U2/R2, в якій R є еквівалентним опором, R1 та R2 - опори обох лампочок, U = U1 = U2 - значення напруги, що показується вольтметром.

Слід враховувати і той фактор, що струми в кожному ланцюзі в сумі становлять загальну силу струму всього ланцюга. В остаточному вигляді формула, що відображає еквівалентний опір, виглядатиме наступним чином: 1/R = 1/R1 + 1/R2. При збільшенні кількості елементів у таких ланцюгах - збільшується і кількість доданків у формулі. Відмінність в основних параметрах відрізняють один від одного та джерел струму, дозволяючи використовувати їх у різних електричних схемах.

Паралельна сполука провідників характеризується досить малим значенням еквівалентного опору, тому сила струму буде порівняно високою. Даний фактор слід враховувати, коли до розетки включається велика кількістьелектроприладів. В цьому випадку сила струму значно зростає, призводячи до перегріву кабельних ліній та подальших спалахів.

Закони послідовного та паралельного з'єднання провідників

Ці закони, що стосуються обох видів з'єднань провідників, частково вже було розглянуто раніше.

Для більш чіткого їх розуміння та сприйняття в практичній площині, послідовне та паралельне з'єднання провідників, формули слід розглядати у певній послідовності:

  • Послідовне з'єднання передбачає однакову силу струму у кожному провіднику: I = I1 = I2.
  • паралельне та послідовне з'єднання провідників пояснює в кожному випадку по-своєму. Наприклад, при послідовному з'єднанні напруги на всіх провідниках будуть рівні між собою: U1 = IR1, U2 = IR2. Крім того, при послідовному з'єднанні напруга становить суму напруги кожного провідника: U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.
  • Повний опір ланцюга при послідовному з'єднанні складається із суми опорів усіх окремо взятих провідників, незалежно від їх кількості.
  • При паралельному з'єднанні напруга всього ланцюга дорівнює напрузі кожному з провідників: U1 = U2 = U.
  • Загальна сила струму, виміряна у всьому ланцюзі, дорівнює сумі струмів, що протікають по всіх провідниках, з'єднаних паралельно між собою: I = I1 + I2.

Щоб ефективніше проектувати електричні мережі, потрібно добре знати послідовне і паралельне з'єднання провідників та її закони, знаходячи їм найбільш раціональне практичне застосування.

Змішане з'єднання провідників

В електричних мережах зазвичай використовується послідовне паралельне та змішане з'єднання провідників, призначене для конкретних умов експлуатації. Однак найчастіше перевага надається третьому варіанту, що є сукупністю комбінацій, що складаються з різних типівз'єднань.

У таких змішаних схемахактивно застосовується послідовне та паралельне з'єднання провідників, плюси та мінуси яких обов'язково враховуються при проектуванні електричних мереж. Ці сполуки складаються не тільки з окремо взятих резисторів, але і досить складних ділянок, що включають безліч елементів.

Змішане з'єднання розраховується відповідно до відомих властивостей послідовного і паралельного з'єднання. Метод розрахунку полягає у розбивці схеми на простіші складові частини, які вважаються окремо, а потім підсумовуються один з одним.

Послідовнимназивається таке з'єднання резисторів, коли кінець одного провідника з'єднується з початком іншого тощо. (Рис. 1). При послідовному з'єднанні сила струму будь-якому ділянці електричної ланцюга однакова. Це тим, що заряди що неспроможні накопичуватися у вузлах ланцюга. Їхнє накопичення призвело б до зміни напруженості електричного поля, а отже, і зміни сили струму. Тому

Амперметр А вимірює силу струму в ланцюгу і має малий внутрішній опір (RA 0).

Включені вольтметри V 1 і V 2 вимірюють напругу U 1 і U 2 на опорах R 1 і R 2 . Вольтметр V вимірює підведену до клем М і N напругу U. Вольтметри показують, що при послідовному з'єднанні напруга U дорівнює сумі напруг на окремих ділянках ланцюга:

Застосовуючи закон Ома для кожної ділянки ланцюга, отримаємо:

де R - загальний опір послідовно з'єднаного ланцюга. Підставляючи U, U 1 , U 2 у формулу (1), маємо

Опір ланцюга, що складається з n послідовно з'єднаних резисторів, дорівнює сумі опорів цих резисторів:

Якщо опори окремих резисторів рівні між собою, тобто. R 1 = R 2 = ... = R n , то загальний опір цих резисторів при послідовному з'єднанні в n разів більший за опір одного резистора: R = nR 1 .

При послідовному з'єднанні резисторів справедливе співвідношення

тобто. напруги на резисторах прямо пропорційні опорам.

Паралельнимназивається таке з'єднання резисторів, коли одні кінці всіх резисторів з'єднані в один вузол, інші кінці в інший вузол (рис. 2). Вузлом називається точка розгалуженого ланцюга, в якому сходяться більше двох провідників. При паралельному з'єднанні резисторів до точок М та N підключений вольтметр. Він показує, що напруги на окремих ділянках ланцюга з опорами R1 і R2 дорівнюють. Це тим, робота сил стаціонарного електричного поля залежить від форми траєкторії:

Амперметр показує, що сила струму I в нерозгалуженій частині ланцюга дорівнює сумі сил струмів I 1 і I 2 паралельно з'єднаних провідниках R 1 і R 2:

Це випливає і із закону збереження електричного заряду. Застосуємо закон Ома для окремих ділянок ланцюга та всього ланцюга із загальним опором R:

Підставляючи I, I 1 і I 2 формулу (2), отримаємо.