Как рассчитать сопротивление при параллельном и последовательном соединении резисторов. Какие формулы использовать для вычисления общего сопротивления цепи. Чем отличаются эти два типа соединений. Как меняются ток и напряжение при разных способах подключения.
Что такое резистор и для чего он нужен
Резистор — это пассивный элемент электрической цепи, основное назначение которого — создавать заданное сопротивление протеканию электрического тока. Резисторы применяются для ограничения тока, деления напряжения, защиты компонентов от перегрузки и других целей.
Основные характеристики резистора:
- Номинальное сопротивление (измеряется в Омах)
- Допустимая мощность рассеивания
- Температурный коэффициент сопротивления
- Допустимое рабочее напряжение
В электрических схемах резисторы часто соединяются последовательно или параллельно для получения требуемого общего сопротивления участка цепи.
Последовательное соединение резисторов
При последовательном соединении резисторы включаются друг за другом, образуя единую цепь. Основные особенности такого соединения:
- Через все резисторы протекает одинаковый ток
- Напряжение на участке равно сумме напряжений на отдельных резисторах
- Общее сопротивление увеличивается при добавлении резисторов
Формула для расчета общего сопротивления при последовательном соединении:
R = R1 + R2 + R3 + … + Rn
где R — общее сопротивление, R1, R2, R3 и т.д. — сопротивления отдельных резисторов.
Параллельное соединение резисторов
При параллельном соединении все резисторы подключаются к одним и тем же точкам цепи. Особенности параллельного соединения:
- На всех резисторах одинаковое напряжение
- Общий ток равен сумме токов через отдельные резисторы
- Общее сопротивление уменьшается при добавлении резисторов
Формула для расчета общего сопротивления при параллельном соединении:
1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + … + 1/Rn
где R — общее сопротивление, R1, R2, R3 и т.д. — сопротивления отдельных резисторов.
Сравнение последовательного и параллельного соединения
Основные отличия двух типов соединения резисторов:
| Параметр | Последовательное | Параллельное |
|---|---|---|
| Ток | Одинаковый во всей цепи | Разный в каждой ветви |
| Напряжение | Сумма напряжений на резисторах | Одинаковое на всех резисторах |
| Общее сопротивление | Увеличивается | Уменьшается |
Примеры расчетов
Последовательное соединение
Даны три резистора: R1 = 100 Ом, R2 = 200 Ом, R3 = 300 Ом.
Rобщ = R1 + R2 + R3 = 100 + 200 + 300 = 600 Ом
Параллельное соединение
1/Rобщ = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 = 1/100 + 1/200 + 1/300 = 0,01 + 0,005 + 0,00333 = 0,01833
Rобщ = 1 / 0,01833 = 54,5 Ом
Применение различных типов соединений
Выбор типа соединения резисторов зависит от решаемой задачи:
- Последовательное соединение применяется для увеличения общего сопротивления и снижения тока
- Параллельное соединение используется для уменьшения общего сопротивления и увеличения пропускаемого тока
- Смешанное соединение позволяет получить сложные делители напряжения и тока
Правильный выбор схемы соединения резисторов позволяет решать различные задачи по формированию требуемых параметров электрических цепей.
Расчет мощности при различных соединениях
При расчете электрических цепей важно учитывать не только сопротивление, но и мощность, выделяемую на резисторах. Формулы для расчета мощности:
- P = I^2 * R
- P = U^2 / R
- P = U * I
где P — мощность, I — ток, U — напряжение, R — сопротивление.
При последовательном соединении мощность, выделяемая на каждом резисторе, пропорциональна его сопротивлению. При параллельном соединении мощность обратно пропорциональна сопротивлению.
Общая мощность, выделяемая на участке цепи, равна сумме мощностей на отдельных резисторах независимо от типа соединения.
Особенности расчета сложных цепей
При расчете сложных цепей, содержащих как последовательные, так и параллельные участки, рекомендуется следующий алгоритм:
- Разбить схему на простые последовательные и параллельные участки
- Рассчитать эквивалентное сопротивление для каждого участка
- Заменить участки эквивалентными резисторами
- Повторять процесс, пока вся схема не сведется к одному эквивалентному резистору
- Рассчитать общий ток
- Определить напряжения и токи на всех участках, двигаясь от общей схемы к частным элементам
Такой подход позволяет анализировать даже очень сложные резистивные схемы.
Влияние температуры на сопротивление
При расчетах реальных схем важно учитывать зависимость сопротивления резисторов от температуры. Для большинства материалов сопротивление увеличивается с ростом температуры по закону:
R = R0 * (1 + α * ΔT)
где R — сопротивление при текущей температуре, R0 — сопротивление при начальной температуре, α — температурный коэффициент сопротивления, ΔT — изменение температуры.
Этот эффект особенно важен при работе с мощными резисторами или в условиях значительных колебаний температуры окружающей среды.
Сила тока в резисторе. Определить силу тока в резисторе.
Один из способов определения силы тока в резисторе – это ее прямое измерение мультиметром. Измерения следует проводить в разрыве цепи после резистора следующим образом:
– выставить на тестере максимально допустимый диапазон,
– присоединить щупы прибора к месту разрыва цепи.
Применив закон Ома, искомую величину можно также определить расчетным путем:
где I – сила тока, U – напряжение, R – сопротивление (единицы измерения ампер (А), вольт (В), ом (Ом) соответственно).
В приборостроении и электротехнике применяются различные типы соединения и подключения резисторов, что обеспечивает разнообразие электротехнических свойств электрических схем.
Соединение элементов в одну цепь осуществляется следующими способами:
-
последовательно;
-
параллельно;
-
смешанно.
Общие схемы типов соединений представлены на рисунке 1.
Рисунок 1. Типы соединений резисторов
Параллельным соединением принято считать соединение, при котором элементы цепи соединены так, что их начала могут соединиться в одной точке, а концы – в другой (см.рис.2)
Рисунок 2. Параллельное соединение резисторов
Потоку заряженных частиц при прохождении участка АВ предоставлено несколько вариантов пути, поэтому на каждом участке с резистором будет протекать ток, величиной, обратно пропорциональной сопротивлению резистора.
При увеличении нагрузки параллельного соединения, в случае подключения большого числа резисторов способом параллельного соединения в электрическую цепь, общее сопротивление цепи значительно уменьшится, за счет увеличения числа путей, предоставленных потоку заряженных частиц. Увеличение количества возможных вариантов движения влечет за собой уменьшение противодействия движению тока.
Как найти сопротивление параллельно соединенных резисторов?
Общее сопротивление резисторов в случае параллельного соединения определено по закону Ома в следующем соотношении:
и рассчитывается по формуле:
Для примера произведем расчет общего сопротивления для цепи из двух резисторов, обладающих сопротивлением R1= R2=7Ом (см. рис.3а)
R12= 7*7/ (7+7) = 3,5Ом
Сопротивление на участке АВ (1– 2) в 2 раза меньше Rкаждого из резисторов.
При параллельном подсоединении к рассматриваемой цепи еще одного резистора, также обладающего аналогичным сопротивлением R3=7Ом (см. рис.3б) общее сопротивление цепи рассчитывается с учетом предыдущих вычислений, где R
Rобщ= 3,5*7/ (3,5+7) = 2,33 Ом
R123< R3
Рисунок 3.
Увеличение цепи параллельного соединения резисторов
Из расчетов следует, что общее сопротивление (см. рис.3в) всегда будет меньше сопротивления любого параллельно включенного резистора. Такое условие обеспечивается равенством токов на входе и выходе узлов или групп параллельных резисторов и постоянством напряжения в сети.
Что такое последовательное соединение резисторов?
При последовательном соединении резисторы подсоединяются друг за другом, при этом конец предыдущего резистора соединен с началом последующего резистора (рисунок 4).
Рисунок 3. Последовательное соединение резисторов.
Потоку заряженных частиц при прохождении участка АВ предоставлен один путь, поэтому, чем больше резисторов подсоединено, тем большее сопротивление движущимся заряженным частицам они оказывают, то есть общее сопротивление участка цепи Rобщ возрастает.
Формула для расчета общего сопротивления при последовательном соединении имеет вид:
Как рассчитать напряжения на последовательно соединенных резисторах?
Последовательное соединение резисторов увеличивает общее сопротивление.
Ток во всех частях схемы будет одинаковым, при этом будет определяться падение напряжения на каждом резисторе.
Общее напряжение питания на резисторах, соединенных последовательно, равно сумме разностей потенциалов на каждом резисторе:
URобщ =UR1+ UR2 + UR3+ UR
Применив закон Ома, можно вычислить напряжение на каждом резисторе:
UR1=I*R1,UR2=I*R2, UR3=I*R3, UR4=I*R4
Напряжение на участке АВ рассчитывается по формуле:
UАВ=I* (R1 + R2+R3+R4)
А ток в цепи:
Резисторы, соединенные последовательно, применяются в электротехнике в качестве делителя напряжения.
Рисунок 5. Схема простейшего делителя напряжения
Регулируя сопротивление обоих резисторов можно выделить требуемую часть входящего напряжения. При необходимости деления напряжения на несколько частей к источнику напряжения подключается несколько последовательно соединенных резисторов.
Смешанное соединение резисторов
В электротехнике наиболее распространено использование различных комбинаций параллельного и последовательного подключения. Силу тока при смешанном соединении резисторов определяют путем разделения цепи на последовательно соединенные части. Однако для определения общего сопротивления в случае параллельного сопротивления различных частей следует применять соответствующую формулу.
Алгоритм расчета смешанного подключения аналогичен правилу расчета базовой схемы последовательного и параллельного подключения резисторов. В этом нет ничего нового: нужно правильно разложить предложенное решение на пригодные для расчета части.
Участки с элементами подключаются поочередно или параллельно. Гибридное резистивное соединение представляет собой комбинацию последовательного и параллельного. Эту комбинацию иногда называют последовательно-параллельным соединением.
На рисунке 6 представлена схема смешанного соединения резисторов.
Рисунок 6. Смешанное соединение резисторов.
На рисунке показано, что резисторы R2 и R3 соединены параллельно, а R1, R23 и R4 последовательно.
Чтобы рассчитать сопротивление этого соединения, вся схема делится на простейшие части, начиная с параллельного или последовательного сопротивления. Тогда следующий алгоритм выглядит следующим образом:
1. Определите эквивалентное сопротивление части резистора, подключенной параллельно.
2. Если эти части содержат резисторы, включенные последовательно, сначала рассчитайте их сопротивление.
3. Вычислив эквивалентное сопротивление резистора, перерисовываем схему. Обычно схема получается из последовательного эквивалентного сопротивления.
4. Рассчитайте сопротивление цепи.
Другие способы подключения хорошо видны на примере, показанном на рисунке. Без специальных расчетов очевидно, что параллельное соединение резисторов создает несколько путей для тока. Следовательно, в одиночном контуре его сила будет меньше по сравнению с контрольными точками на входе и выходе. При этом напряжение на отметке остается неизменным.
Пример участка цепи для расчета сопротивления смешанного соединения показан на рисунке 5.
Рисунок 7. Общее сопротивление участка цепи со смешанным соединением резисторов.
Параллельное включение резисторов. Параллельное соединение резисторов, а также последовательное
Автор Vic На чтение 18 мин Просмотров 4.
Содержание
- Что такое резистор и для чего он нужен
- Понятие параллельного подключения резисторов
- Типы проводников
- Последовательное подключение
- Теоретическая часть
- Примеры расчета
- Общее сопротивление Rобщ
- Смешанное подключение
- Что ещё нужно учитывать при подключении резисторов
- Общее сопротивление Rобщ
- Схема параллельного соединения
- Как высчитывать сопротивление составных резисторов
- Какая мощность тока при последовательном и параллельном соединении
- Мощность при параллельном соединении
- Мощность при последовательном соединении
- Параллельное соединение проводников
- Сопротивление при параллельном соединении проводников
- Напряжение при параллельном соединении проводников
- Сила тока при параллельном соединении проводников
- Зависимость сопротивления
- Электрические величины
- Тип и геометрические параметры
- Температурные показатели
- Свойства резисторов при параллельном подключении
- Формула для вычисления напряжения
- Отличия между двумя видами подключений
- Как рассчитать сложные схемы соединения резисторов
Что такое резистор и для чего он нужен
Резистор – пассивный элемент электрической цепи, который поглощает энергию тока и преобразовывает её в тепло за счет сопротивления потоку электронов в цепи.
Зависимость тока от сопротивления описывается законом Ома и рассчитывается по формуле I = U/R.
Свойство резисторов ограничивать ток и снижать напряжение используется во многих электронных устройствах и бытовых приборах.
Справка: Резисторы бывают двух видов – постоянные и переменные, во втором случае сопротивление проводника изменяется механическим путем (вручную).
Последовательное и параллельное соединение резисторов – основные способы соединения резистивных элементов.
Внимание! Резистор не имеет полярности, длина выводов с обоих концов одинакова, поэтому для лучшего понимания сути соединения предлагается называть выводы:
- С правого края – правый.
- С левого края – левый.
Понятие параллельного подключения резисторов
При параллельном подключении правые выводы всех резисторов соединяются в один узел, левые – во второй узел.
При параллельном включении резисторов ток в цепь разветвляется по отдельным ветвям, протекая через каждый элемент – по закону Ома величина тока обратно пропорциональна сопротивлению, напряжение на всех элементах одинаковое.
Справка: Ветвь – фрагмент электрической цепи, содержащий один или несколько последовательно соединенных компонентов от узла до узла.
Типы проводников
Проводимость веществом электрического тока связана с наличием в нем свободных носителей заряда. Их количество определяется по электронной конфигурации. Для этого необходима химическая формула вещества, при помощи которой можно вычислить их общее число. Значение для каждого элемента берется из периодической системы Дмитрия Ивановича Менделеева.
Электрический ток — упорядоченное движение свободных носителей заряда, на которые воздействует электромагнитное поле. При протекании тока по веществу происходит взаимодействие потока заряженных частиц с узлами кристаллической решетки, при этом часть кинетической энергии частицы превращается в тепловую энергию. Иными словами, частица «ударяется» об атом, а затем снова продолжает движение, набирая скорость под действием электромагнитного поля.
Процесс взаимодействия частиц с узлами кристаллической решетки называется электрической проводимостью или сопротивлением материала. Единицей измерения является Ом, а определить его можно при помощи омметра или расчитать. Согласно свойству проводимости, вещества можно разделить на 3 группы:
- Проводники (все металлы, ионизированный газ и электролитические растворы).
- Полупроводники (Si, Ge, GaAs, InP и InSb).
- Непроводники (диэлектрики или изоляторы).
Проводники всегда проводят электрический ток, поскольку содержат в своем атомарном строении свободные электроны, анионы, катионы и ионы. Полупроводники проводят электричество только при определенных условиях, которые влияют на наличие или отсутствие свободных электронов и дырок. К факторам, влияющим на проводимость, относятся следующие: температура, освещенность и т. д. Диэлектрики вообще не проводят электричество, поскольку в их структуре вообще отсутствуют свободные носители заряда.
При выполнении расчетов каждый радиолюбитель должен знать зависимость сопротивления от некоторых физических величин.
Последовательное подключение
При последовательном соединении резисторы нужно подключить в цепь друг за другом – правый вывод одного резистора к левому второго, правый второго – к левому третьего и так далее в зависимости от количества соединяемых элементов.
При последовательном соединении ток, не изменяя своей величины, течет через все резистивные элементы.
Теоретическая часть
Последовательное соединение характерно тем, что через все элементы протекает ток одинаковой силы. То есть, если цепочка состоит из двух резисторов R1 и R2 (как на рисунке ниже), то ток протекающий через каждое из них и любую другую часть цепи будет одинаковой (I = I1 = I2). Суммарное сопротивление всей цепи последовательно соединенных резисторов считается как сумма сопротивлений всех ее элементов. То есть, номиналы складывают. R = R1 + R2 — это и есть формула расчета сопротивления при последовательном соединении резисторов.
Если элементов больше двух, будет просто больше слагаемых. Еще одно свойство последовательного соединения — на каждом элементе напряжение отличается. Ток в цепи одинаковый, а напряжение на резисторе зависит от его номинала.
Последовательное подключение.
Примеры расчета
Давайте рассмотрим пример. Цепь представлена на рисунке выше. Есть источник тока и два сопротивления. Пусть R1=1,2 кОм, R2= 800 Ом, а ток в цепи 2 А. По закону Ома U = I * R. Подставляем наши значения:
- U1 = R1 * I = 1200 Ом * 2 А = 2400 В;
- U2 = R2 * I = 800 Ом * 2А = 1600 В.
Будет интересно➡ SMD резисторы: что это такое и для чего используются?
Общее напряжение цепи считается как сумма напряжений на резисторах: U = U1 + U2 = 2400 В + 1600 В = 4000 В. Полученную цифру можно проверить. Для этого найдем суммарное сопротивление цепи и умножим его на ток. R = R1 + R2 = 1200 Ом + 800 Ом = 2000 Ом.
Если подставить в формулу напряжения при последовательном соединении сопротивлений, получаем: U = R * I = 2000 Ом * 2 А = 4000 В.
Получаем, что общее напряжение данной цепи 4000 В.
А теперь посмотрите на схему. На первом вольтметре (возле резистора R1) показания будут 2400 В, на втором — 1600 В. При этом напряжение источника питания — 4000 В. Последовательное соединение – это соединение двух или более резисторов в форме цепи, в которой каждый отдельный резистор соединяется с другим отдельным резистором только в одной точке.
Общее сопротивление Rобщ
При таком соединении, через все резисторы проходит один и тот же электрический ток. Чем больше элементов на данном участке электрической цепи, тем «труднее» току протекать через него. Следовательно, при последовательном соединении резисторов их общее сопротивление увеличивается, и оно равно сумме всех сопротивлений.
Смешанное подключение
При смешанном подключении в одной схеме сочетаются несколько видов соединений – последовательное, параллельное соединение резисторов и их комбинации. Самую сложную электрическую схему, состоящую из источников питания, диодов, транзисторов, конденсаторов и других радиоэлектронных элементов можно заменить резисторами и источниками напряжения, параметры которых изменяются в каждый момент времени.
О параллельном соединении резистора и конденсатора читайте тут.
Смешанная схема делится на фрагменты, ток и напряжение рассчитывается для каждого отдельно в зависимости от того, как они соединены на выбранном сегменте электрической схемы.
Важно! Для расчета сопротивления резистора в схеме применяют отдельные формулы для каждого конкретного элемента в зависимости от вида соединения.
Что ещё нужно учитывать при подключении резисторов
Важный показатель в работе резистивного элемента мощность рассеивания – переход электрической энергии в тепловую, вызывающую нагрев элемента.
При превышении допустимой мощности рассеивания резисторы будут сильно греться и могут сгореть, поэтому при расчете схем соединения надо учитывать этот параметр – важно знать насколько изменится мощность резистивных элементов при включении в электрическую цепь.
Общее сопротивление Rобщ
При таком соединении, через каждый резистор потечет отдельный ток.
Сила данного тока будет обратно пропорциональна сопротивлению резистора. В результате общая проводимость такого участка электрической цепи увеличивается, а общее сопротивление в свою очередь уменьшается. Таким образом, при параллельном подсоединении резисторов с разным сопротивлением, общее сопротивление будет всегда меньше значения самого маленького отдельного резистора. Если посмотреть на изображение параллельного соединения, заметно, что ко всем элементам прилагается одинаковое напряжение.
То есть, при параллельном соединении резисторов, на каждом из них будет одинаковое напряжение U = U1 = U2 = U3. Получается, что ток разделяется на несколько «ручейков». То есть, при параллельном соединении резисторов сила тока, протекающего через каждый из элементов, отличается. I = I1+I2+I3. И зависит сила тока (согласно тому же закону Ома) от сопротивления каждого участка цепи. В случае с параллельным соединением резисторов — от их номинала.
Предлагаем также почитать интересный материал про малоизвестные факты о двигателях постоянного тока в другой нашей статье.
Схема параллельного соединения
Общее сопротивление участка цепи при таком соединении становится ниже. Его высчитывают по формуле: 1/R = 1/R1 + 1/R + 1/R3+. Такая форма хоть и понятна, но неудобна. Формула расчета сопротивления параллельно подключенных резисторов получается тем сложнее, чем больше элементов соединены параллельно. Но больше двух-трех редко кто объединяет, так что на практике достаточно знать только две формулы приведенные ниже.
Если подставить значения в эти формулы, то заметим, что результат будет меньше, чем сопротивление резистора с наименьшим номиналом. Это стоит запомнить: результирующее сопротивление включенных параллельно резисторов будет ниже самого маленького номинала. Давайте сначала рассчитаем параллельное соединение двух резисторов разного номинала и посмотрим что получится.
Соединили параллельно 150 Ом и 100 Ом.
Считаем результирующее: 150*100 / (150+100) = 15000/250 = 60 Ом. Если соединить 150 Ом и 50 Ом, получим: 150*50 / (150+50) = 7500 / 200 = 37,5 Ом. Как видим, в обоих случаях результат оказывается меньше чем самый низкий номинал соединенных деталей. Этим и пользуются, если в наличии нет сопротивления небольшого номинала. Проблема только в том, что подбирать сложновато: надо каждый раз считать используя калькулятор.
Как высчитывать сопротивление составных резисторов
Возможно, вам будет проще, если знать, что соединив два одинаковых резистора параллельно, получим результат в два раза меньше. Например, соединив параллельно два резистора по 100 Ом получим составное сопротивление 50 Ом. Проверим? Считаем: 100*100 / (100+100) = 10000 / 200 = 50 Ом. При соединении параллельно трех резисторов, считать приходится больше, так как формула сложнее.
Если подключить параллельно 150 Ом, 100 Ом и 50 Ом, результирующее будет 27,3 Ом. Попробуем с более низкими номиналами. Если параллельно включены 20 Ом, 15 Ом и 10 Ом.
Получим результирующее сопротивление 4,61 Ом. Вот вам подтверждение правила. Суммарное сопротивление параллельно соединенных резисторов меньше чем самый низкий номинал.
Какая мощность тока при последовательном и параллельном соединении
Определение мощности отдельного резистивного элемента производится по формуле
P = U²/R или P = I²R , которую можно вывести из формулы расчета мощности электрической цепи P = UI по закону Ома.
Мощность при параллельном соединении
Рассчитав сопротивление каждого элемента в отдельности, считаем мощность каждого по формуле P = I²R, где
- R – не номинальное сопротивление резистивного элемента, а рассчитанное для данной цепи;
- I – сила тока в цепи.
При параллельном соединении через меньший резистор протекает больший ток – мощность рассеивания на этом резистивном элементе будет больше, чем на остальных.
Важно! При расчете параллельной цепи следует учитывать мощность сопротивления с самым маленьким номиналом.
Мощность при последовательном соединении
Вычислив сопротивление каждого резистивного элемента по отдельности, рассчитываем мощность каждого по формуле P = U²/R, где
- R – рассчитанное нами сопротивление для определенной схемы;
- U – падение напряжения на данном резистивном элементе.
Справка: Полную мощность цепи при последовательном и параллельном соединении можно найти, сложив вычисленные мощности отдельных элементов, входящих в цепь Pобщ = P1+P2+P3+…+Pn.
Параллельное соединение проводников
Параллельное соединение проводников выглядит вот так.
параллельное соединение резисторов
Ну что, думаю, начнем с сопротивления.
Сопротивление при параллельном соединении проводников
Давайте пометим клеммы как А и В
В этом случае общее сопротивление RAB будет находиться по формуле
Если же мы имеем только два параллельно соединенных проводника
То в этом случае можно упростить длинную неудобную формулу и она примет вид такой вид.
Напряжение при параллельном соединении проводников
Здесь, думаю ничего гадать не надо. Так как все проводники соединяются параллельно, то и напряжение у всех будет одинаково.
Получается, что напряжение на R1 будет такое же как и на R2, как и на R3, так и на Rn
Сила тока при параллельном соединении проводников
Если с напряжением все понятно, то с силой тока могут быть небольшие затруднения. Как вы помните, при последовательном соединении сила тока через каждый проводник была одинакова. Здесь же совсем наоборот. Через каждый проводник будет течь своя сила тока. Как же ее вычислить? Придется опять прибегать к Закону Ома.
Чтобы опять же было нам проще, давайте рассмотрим все это дело на реальном примере. На рисунке ниже видим параллельное соединение трех резисторов, подключенных к источнику питания U.
Как мы уже знаем, на каждом резисторе одно и то же напряжение U. Но будет ли сила тока такая же, как и во всей цепи? Нет.
Поэтому для каждого резистора мы должны вычислить свою силу тока по закону Ома I=U/R. В результате получаем, что
I1 = U/R1
I2 = U/R2
I3 = U/R3
Если бы у нас еще были резисторы, соединенные параллельно, то для них
In = U/Rn
В этом случае, сила тока в цепи будет равна:
Задача
Вычислить силу тока через каждый резистор и силу тока в цепи, если известно напряжение источника питания и номиналы резисторов.
Решение
Воспользуемся формулами, которые приводили выше.
I1 = U/R1
I2 = U/R2
I3 = U/R3
Если бы у нас еще были резисторы, соединенные параллельно, то для них
In = U/Rn
Следовательно,
I1 = U/R1 = 10/2=5 Ампер
I2 = U/R2 = 10/5=2 Ампера
I3 = U/R3 = 10/10=1 Ампер
Далее, воспользуемся формулой
чтобы найти силу тока, которая течет в цепи
I=I1 + I2 + I3 = 5+2+1=8 Ампер
2-ой способ найти I
I=U/Rобщее
Чтобы найти Rобщее мы должны воспользоваться формулой
Чтобы не париться с вычислениями, есть онлайн калькуляторы.
Вот один из них. Я за вас уже все вычислил. Параллельное соединение 3-ех резисторов номиналом в 2, 5, и 10 Ом равняется 1,25 Ом, то есть Rобщее = 1,25 Ом.
I=U/Rобщее = 10/1,25=8 Ампер.
Параллельное соединение резисторов в электронике также называется делителем тока, так как резисторы делят ток между собой.
Ну а вот вам бонусом объяснение, что такое последовательное и параллельное соединение проводников от лучшего преподавателя России.
Зависимость сопротивления
Значение электропроводимости зависит от нескольких факторов, которые необходимо учитывать при расчетах, изготовлении элементов резистивной нагрузки (резисторов), ремонте и проектировании устройств. К этим факторам необходимо отнести следующие:
- Температура окружающей среды и материала.
- Электрические величины.
- Геометрические свойства вещества.
- Тип материала, из которого изготовлен проводник (полупроводник).
com/embed/lVYhHuFjdio» allowfullscreen=»allowfullscreen»> К электрическим величинам можно отнести разность потенциалов (напряжение), электродвижущую силу (ЭДС) и силу тока. Геометрией проводника является его длина и площадь поперечного сечения.
Электрические величины
Зависимость величины электропроводимости от параметров электричества определяется законом Ома. Существует две формулировки: одна — для участка, а другая — для полной цепи. В первом случае соотношение определяются, исходя из значений силы тока (I) и напряжения (U) простой формулой: I = U / R. Из соотношения видна прямо пропорциональная зависимость тока от величины напряжения, а также обратно пропорциональная от сопротивления. Можно выразить R: R = U / I.
Для расчета электропроводимости всего участка следует воспользоваться соотношением между ЭДС (e), силой тока (i), а также внутренним сопротивлением источника питания (Rвн): i = e / (R+Rвн). В этом случае величина R вычисляется по формуле: R = (e / i) — Rвн.
Однако при выполнении расчетов необходимо учитывать также геометрические параметры и тип проводника, поскольку они могут существенно повлиять на вычисления.
Тип и геометрические параметры
Свойство вещества к проводимости электричества определяется структурой кристаллической решетки, а также количеством свободных носителей. Исходя из этого, тип вещества является ключевым фактором, который определяет величину электропроводимости. В науке коэффициент, определяющий тип вещества, обозначается литерой «р» и называется удельным сопротивлением. Его значение для различных материалов (при температуре +20 градусов по Цельсию) можно найти в специальных таблицах.
Иногда для удобства расчетов используется обратная величина, которая называется удельной проводимостью (σ). Она связана с удельным сопротивлением следующим соотношением: p = 1 / σ. Площадь поперечного сечения (S) влияет на электрическое сопротивление. С физической точки зрения, зависимость можно понять следующим образом: при малом сечении происходят более частые взаимодействия частиц электрического тока с узлами кристаллической решетки.
Поперечное сечение можно вычислить по специальному алгоритму:
- Измерение геометрических параметров проводника (диаметр или длину сторон) при помощи штангенциркуля.
- Визуально определить форму материала.
- Вычислить площадь поперечного сечения по формуле, найденной в справочнике или интернете.
В случае когда проводник имеет сложную структуру, необходимо вычислить величину S одного элемента, а затем умножить результат на количество элементов, входящих в его состав. Например, если провод является многожильным, то следует вычислить S для одной жилы. После этого нужно умножить, полученную величину S, на количество жил. Зависимость R от вышеперечисленных величин можно записать в виде соотношения: R = p * L / S. Литера «L» является длиной проводника. Однако для получения точных расчетов необходимо учитывать температурные показатели внешней среды и проводника.
Температурные показатели
Существует доказательство зависимости удельного сопротивления материала от температуры, основанное на физическом эксперименте.
Для проведения опыта нужно собрать электрическую цепь, состоящую из следующих элементов: источника питания, нихромовой спирали, соединительных проводов амперметра и вольтметра. Приборы нужны для измерения значений силы тока и напряжения соответственно. При протекании электричества происходит нагревание нихромовой пружины. По мере ее нагревания, показания амперметра уменьшаются. При этом происходит существенное падение напряжения на участке цепи, о котором свидетельствуют показания вольтметра.
В радиотехнике уменьшение величины напряжение называется просадкой или падением. Формула зависимости р от температуры имеет следующий вид: p = p0 * [1 + a * (t — 20)]. Значение p0 — удельное сопротивление материала, взятого из таблицы, а литера «t» — температура проводника.
Температурный коэффициент «а» принимает следующие значения: для металлов — a>0, а для электролитических растворов — a<0. Для получения формулы, определяющей все зависимости, необходимо подставить все соотношения в общую формулу зависимости R от типа материала, температуры, длины и сечения: R = p0 * [1 + a * (t — 20)] * L / S.
Формулы используются только для расчетов и изготовления резисторов. Для быстрого измерения величины сопротивления применяется омметр.
Свойства резисторов при параллельном подключении
При данном виде соединении скачки напряжения будут одинаковы на всех участках цепи. При этом показатель, обратный суммарному сопротивлению цепи, равен общей величине резисторов.
Обратите внимание! F тока в неразветвленной точке цепи равняется суммарной силе тока на отдельных участках проводника.
Стандартная формула напряжения
Формула для вычисления напряжения
При данном виде соединения все линии будут находиться в двух точках. Потому напряжение для всех резисторов будет равным.
При подсоединении двух и более приборов друг с другом, напряжение на выводах такой схемы — это показатель на каждом резисторе.
Напряжения условно обозначаются как U. По закону Ома, зная, что I = U/R, можно рассчитать по формуле:
U = U1 = U2 = … = Uобщ.
Обратите внимание! Помимо вычисления напряжения, рекомендуется знать мощность проводников. Они не должны сильно отличаться друг от друга. Параллельное соединение также можно встретить в лампочках, кабелях сигнализации автомобиля, фарах и прочем.
Также иногда можно встретить смешанный вид подключения. Это когда в цепи применяется два типа подключения, и параллельное, и последовательное. Оно чаще всего используется в контурных обогревателях.
Желательно изучить каждый вид подключения и схемы к ним. Профессиональные электрики рекомендует не выполнять подключений самостоятельно, если у человека совсем нет опыта в этой сфере. Так как в цепи может случиться короткое замыкание или возгорание, в лучшем случае выход из строя прибора.
Определение мощности на примере ламп
В заключении необходимо отметить, каждому человеку желательно знать свойства последовательного и параллельного соединения проводников. Чтобы в будущем не путаться при выполнении простых работ в электрике своего дома.
Отличия между двумя видами подключений
Схема последовательного подключения говорит о том, что проводники установлены в особом расположении друг за другом. Поэтому сила тока у них одинаковая. Эти элементы создают в цепи Uобщее.
Пример подключения с предохранителем
Заряды не собираются в узлах электрической цепи, иначе было бы видно, как напряжение меняется. Минусом этой схемы будет то, что если любой элемент сломается, то вся цепь разорвется и перестанет работать. Например, если взять новогоднюю гирлянду. Если одна лампочка перестала работать, то другие тоже не загораются. Это и будет главным различием между последовательным и параллельным соединением. Ниже описана характеристика резисторов при параллельном объединении.
Как рассчитать сложные схемы соединения резисторов
Если соединять большее количество элементов, надо в рассмотренные формулы добавить необходимое количество слагаемых.
Исходные данные:
- источник постоянного тока 12V;
- сопротивление параллельных резисторов, Ом: 10, 40, 60, 80.
Расчет:
- основная формула: 1/Rэкв = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + 1/R4;
- подставив исходные данные, вычисляют проводимость: G = 1/Rэкв =1/10 + 1/40 + 1/60 +1/80 = 0,1 + 0,025 + 0,0166 +0,0125 = 0,1541;
- эквивалентное сопротивление: Rэкв = 1/0,1541 ≈ 6,5 Ом;
- ток в цепи: Iобщ = Uип/ Rэкв = 12/ 6,5 ≈ 1,85 А.
Сложные схемы
По аналогичной технологии делают расчеты более сложных цепей. На рисунке обозначены номиналы сопротивлений. В обоих случаях применяется одинаковый источник питания с Uип = 12V.
Расчет 1 (последовательное и параллельное соединение):
- для каждого параллельного участка можно использовать формулу: Rобщ = 1/ (1/R1 + 1/R2) = R1*R2/R1 + R2;
- эквивалентное сопротивление первой части: Rэкв1 = (2*4)/ (2+4) = 1,3 Ом;
- второй: Rэкв2 = (15*5)/ (15+5) = 3,75 Ом;
- общее: Rэкв = 1,3 + 10 + 3,75 = 15,05 Ом;
- Iобщ = Uип/ Rэкв = 12/ 15,05 ≈ 0,8 А.
Расчет 2 (сложное параллельное соединение):
- в этом варианте сначала вычисляют проводимость части (R3, R4, R5) по формуле: G345 = 1/5 + 1/10 + 1/ 20 =7/20 = 0,35 сим;
- Rэкв (345) = 1/0,35 ≈ 2,857 Ом;
- суммарное значение для цепи: R1 + R2 = 20 Ом;
- по аналогии с предыдущим способом определяют: G12345 = 0,4 сим и Rэкв(12345) = (20*2,857)/ 20 + 2,857) ≈ 2,5 Ом;
- после добавления последнего элемента (R6=7,5 Ом) получают итоговый результат: Rэкв = 2,5 + 7,5 = 10 Ом;
- делением определяют силу тока в нагрузке, подключенной к источнику тока 12 V: I = 12/10 = 1,2 А.
В последнем примере применен дополнительный компонент цепи (R6). Соответственно, для этой схемы не будет выполняться рассмотренная выше пропорция равенства напряжений (источника и на подключенной нагрузке).
В этом случае разница потенциалов на шестом резисторе составит:
U6 = I *R6 = 1,2 * 7,5 = 9 В.
Соответственно, изменится напряжение между контрольными точками:
Uав = I * Rэкв(12345) = 1,2*2,5 = 12-9 =3V.
Вторая часть формулы демонстрирует проверку вычитанием напряжений (Uип — U6).
Источники
- https://onlineelektrik.ru/eoborudovanie/kondensatori/parallelnoe-soedinenie-rezistorov-a-takzhe-posledovatelnoe.html
- https://rusenergetics.ru/praktika/raschet-soprotivleniya-rezistorov
- https://ElectroInfo.net/radiodetali/rezistory/kak-otlichaetsja-parallelnoe-i-posledovatelnoe-soedinenie-rezistorov.html
- https://www.RusElectronic.com/serial-and-parallel/
- https://rusenergetics.ru/polezno-znat/parallelnoe-soedinenie
- https://amperof.ru/teoriya/parallelnoe-soedinenie-rezistorov.html
Электрическая формула для расчета сопротивления – Курсы электротехники eeSasha
Теги: Цепи постоянного тока, Формулы, Сопротивление, Студенческие ошибки
- Сообщение опубликовано: 7 июля 2020 г.
- Категория сообщения: Формулы
- Автор сообщения: Саша Яковлевич
Формула сопротивления
В этой статье мы рассмотрим электрическую формулу расчета сопротивления.
Причина, по которой я подчеркиваю «электрическую» формулу, заключается в том, что существует также «физическая» формула для расчета сопротивления. Формула показана слева.
Обычно сопротивление противодействует протеканию тока. Это уравнение на самом деле получается из закона Ома, когда мы решаем его как R.
.В этом уравнении сопротивление обозначается буквой R и выражается в Ω (Ом). Буква V используется для обозначения напряжения. Единицей измерения напряжения является: вольт. Буква I используется для тока. Единицей для тока является: Ампер или Ампер для краткости.
Важно отметить, что напряжение V — это напряжение на резисторе, а ток I — это ток, протекающий через резистор.
В этой формуле сопротивление прямо пропорционально напряжению. Это означает, что: чем больше напряжение, тем больше сопротивление. Кроме того, сопротивление обратно пропорционально току. Таким образом: чем больше ток, тем меньше сопротивление.
Сопротивление может быть свойством отрезка провода или проводника, элемента цепи, например резистора, или всей цепи или сети элементов.
В теории электрических цепей мы иногда будем использовать выражение «входное сопротивление» или «выходное сопротивление» цепи.
Применение формулы
Вот один из примеров применения формулы для расчета сопротивления.
Постановка задачи
Рассчитайте сопротивление резистора R1, если известно следующее:
Решение
Чтобы найти сопротивление, нужно применить формулу: R1=V1/I. Однако значение V1 не задано, поэтому сначала нам нужно рассчитать напряжение на резисторе R1. Если мы применим KVL или закон напряжения Кирхгофа для контура в этой цепи, мы можем написать следующее уравнение напряжения: V1 = Vs-V2. Таким образом, V1 составляет 10–6 В, то есть 4 В.
Теперь у нас есть все необходимое для расчета сопротивления R1. Таким образом, R1 — это V1/I, что составляет 4 В/1 мА, что дает нам 4 кОм. Таким образом, сопротивление резистора R1 равно 4 кОм.
Ошибки учащихся – последовательное соединение
Несмотря на то, что формула расчета сопротивления очень проста, учащиеся иногда допускают ошибки.
Здесь у нас есть пример последовательной цепи. В последовательной цепи все элементы соединены последовательно.
Помните:
Элементы, соединенные последовательно, всегда имеют одинаковый ток!
Таким образом, чтобы рассчитать сопротивление R1, нам нужно разделить напряжение V1 на ток I. Ошибка состоит в том, чтобы разделить напряжение Vs на ток I. Точно так же сопротивление R2 равно V2, деленному на I, а не Vs, деленному на I.
Таким образом, помните, напряжение в формуле должно быть напряжением на резисторе, а не просто любым напряжением в цепи. Тот факт, что ток одинаков для всех элементов, соединенных последовательно, не означает, что их напряжения одинаковы.
Ошибки учащихся – параллельное соединение
Вот похожий, но противоположный пример, когда учащиеся тоже склонны делать ошибки. Эта конкретная схема представляет собой параллельное соединение двух резисторов.
Помните:
Параллельно соединенные элементы всегда имеют одинаковое напряжение!
При параллельном соединении элементы не обязательно имеют одинаковые токи, поэтому нам нужно использовать соответствующий ток при расчете сопротивления.
Таким образом, сопротивление R1 равно Vs, деленному на I1, но не Vs, деленному на I. Точно так же сопротивление R2 равно Vs, деленному на I2. Таким образом, мы не можем вычислить R2 как Vs над I.
Таким образом, ток, который мы используем в этой формуле, должен быть током, протекающим через резистор, а не просто произвольным током в цепи.
Видео и слайды «Формула сопротивления»
Надеюсь, вам понравилась эта статья о Формуле, и сегодня вы узнали что-то новое. Если вы предпочитаете смотреть видео, вот видео для вас.
Я постоянно разрабатываю новые курсы, которые гораздо глубже раскрывают все эти темы. Спасибо, что заглянули и до скорой встречи!
Ниже вы можете найти все слайды, которые я использовал для разработки этого сообщения в блоге и видео:
Предыдущий
Следующий
Наверх
Сопротивление и удельное сопротивление
Сопротивление и удельное сопротивление
Независимо от того, подчиняется ли материал закону Ома, его сопротивление можно описать с помощью объемного удельного сопротивления. Удельное сопротивление и, следовательно, сопротивление зависят от температуры. В значительных диапазонах температур эту температурную зависимость можно предсказать по температурному коэффициенту сопротивления.
| Индекс Цепи постоянного тока | |||||||
| Назад |
Хотя приведенное выше определение включает в себя постоянный ток и напряжение, то же самое определение справедливо и для применения резисторов на переменном токе. Ожидается, что электрическое сопротивление провода будет больше для более длинного провода, меньше для провода с большей площадью поперечного сечения и, как ожидается, будет зависеть от материала, из которого сделан провод. Фактором сопротивления, учитывающим природу материала, является удельное сопротивление. Хотя оно зависит от температуры, его можно использовать при заданной температуре для расчета сопротивления провода заданной геометрии. Следует отметить, что предполагается, что ток является однородным по всему поперечному сечению провода, что верно только для постоянного тока. Для переменного тока существует явление «скин-эффекта», при котором плотность тока максимальна при максимальном радиусе провода и падает для меньших радиусов внутри провода. На радиочастотах это становится основным фактором при проектировании, поскольку по внешней части провода или кабеля проходит большая часть тока. Обратная величина удельного сопротивления называется проводимостью. Есть контексты, в которых использование проводимости более удобно. Электропроводность = σ = 1/ρ
| Индекс | ||||
| Назад |
Экспериментально зависимость от этих свойств является прямой для широкого диапазона условий, и сопротивление провода может быть выражено как
Экспериментально зависимость от этих свойств является прямой для широкого диапазона условий, и сопротивление провода может быть выражено как 9омметры 
0808
