Что такое последовательное и параллельное соединение проводников. Как рассчитать общее сопротивление, напряжение и силу тока при разных типах соединений. Какие законы электротехники применяются для расчетов электрических цепей. Где используются различные виды соединений проводников на практике.
Что такое последовательное и параллельное соединение проводников
В электротехнике существует два основных способа соединения проводников в электрической цепи:
- Последовательное соединение — когда проводники соединяются друг за другом, образуя одну линию. При этом конец одного проводника соединяется с началом следующего.
- Параллельное соединение — когда все проводники подключаются своими началами к одной точке цепи, а концами — к другой точке.
Также возможно смешанное соединение, сочетающее оба этих типа. Выбор способа соединения зависит от назначения электрической цепи и требуемых параметров.
Законы последовательного соединения проводников
При последовательном соединении проводников действуют следующие законы:
- Сила тока одинакова во всех участках цепи: I = I1 = I2 = … = In
- Общее напряжение равно сумме напряжений на отдельных участках: U = U1 + U2 + … + Un
- Общее сопротивление равно сумме сопротивлений отдельных проводников: R = R1 + R2 + … + Rn
Для n одинаковых проводников общее сопротивление: R = R1 * n
Законы параллельного соединения проводников
При параллельном соединении справедливы следующие законы:
- Напряжение одинаково на всех параллельных участках: U = U1 = U2 = … = Un
- Общий ток равен сумме токов в отдельных ветвях: I = I1 + I2 + … + In
- Величина, обратная общему сопротивлению, равна сумме величин, обратных сопротивлениям отдельных проводников: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn
Для n одинаковых проводников общее сопротивление: R = R1 / n
Как рассчитать параметры электрической цепи при разных соединениях
Для расчета параметров электрической цепи при последовательном и параллельном соединении проводников применяются следующие формулы:
Последовательное соединение:
- Общее сопротивление: R = R1 + R2 + … + Rn
- Общее напряжение: U = U1 + U2 + … + Un
- Сила тока: I = U / R (одинакова на всех участках)
Параллельное соединение:
- Общее сопротивление: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + … + 1/Rn
- Общий ток: I = I1 + I2 + … + In
- Напряжение: U = I * R (одинаково на всех участках)
Для расчетов также применяется закон Ома: I = U / R.
Применение последовательного и параллельного соединения на практике
Различные типы соединений проводников широко используются в электротехнике:
Последовательное соединение:
- Елочные гирлянды
- Предохранители в электрических цепях
- Резисторы для снижения напряжения
Параллельное соединение:
- Бытовая электропроводка
- Подключение электроприборов к сети
- Соединение аккумуляторов для увеличения емкости
Выбор типа соединения зависит от требуемых электрических параметров и назначения цепи.
Преимущества и недостатки разных типов соединений
Каждый тип соединения имеет свои особенности:
Последовательное соединение:
Преимущества:
- Простота подключения
- Возможность использовать как делитель напряжения
Недостатки:
- При выходе из строя одного элемента перестает работать вся цепь
- Общее сопротивление увеличивается
Параллельное соединение:
Преимущества:
- Независимость работы устройств
- Общее сопротивление уменьшается
Недостатки:
- Сложность подключения большого количества элементов
- Возможна перегрузка источника питания
Как проверить законы соединения проводников на практике
Для экспериментальной проверки законов соединения проводников можно выполнить следующие действия:
- Собрать электрическую цепь с последовательным или параллельным соединением резисторов.
- Измерить силу тока и напряжение на разных участках цепи с помощью амперметра и вольтметра.
- Рассчитать сопротивления участков по закону Ома.
- Сравнить полученные результаты с теоретическими расчетами по формулам для соответствующего типа соединения.
Такой эксперимент позволяет на практике убедиться в справедливости законов электрических цепей.
Смешанное соединение проводников: особенности расчета
В реальных электрических схемах часто встречается смешанное соединение, сочетающее последовательные и параллельные участки. Для расчета таких цепей:
- Цепь разбивают на участки с однотипным соединением.
- Рассчитывают параметры для каждого участка по соответствующим формулам.
- Заменяют участки эквивалентными сопротивлениями.
- Повторяют расчет, пока вся схема не будет сведена к одному эквивалентному сопротивлению.
Такой подход позволяет рассчитать сложные электрические цепи с разнотипными соединениями проводников.
Параллельное и последовательное соединение. Последовательное и параллельное соединения проводников
В физике изучается тема про параллельное и последовательное соединение, причем это могут быть не только проводники, но и конденсаторы. Здесь важно не запутаться в том, как выглядит каждое из них на схеме. А уже потом применять конкретные формулы. Их, кстати, нужно помнить наизусть.
Как различить эти два соединения?
Внимательно посмотрите на схему. Если провода представить как дорогу, то машины на ней будут играть роль резисторов. На прямой дороге без каких-либо разветвлений машины едут одна за другой, в цепочку. Так же выглядит и последовательное соединение проводников. Дорога в этом случае может иметь неограниченное количество поворотов, но ни одного перекрестка. Как бы ни виляла дорога (провода), машины (резисторы) всегда будут расположены друг за другом, по одной цепочке.
Совсем другое дело, если рассматривается параллельное соединение. Тогда резисторы можно сравнить со спортсменами на старте.
Они стоят каждый на своей дорожке, но направление движения у них одинаковое, и финиш в одном месте. Так же и резисторы — у каждого из них свой провод, но все они соединены в некоторой точке.
Формулы для силы тока
О ней всегда идет речь в теме «Электричество». Параллельное и последовательное соединение по-разному влияют на величину силы тока в резисторах. Для них выведены формулы, которые можно запомнить. Но достаточно просто запомнить смысл, который в них вкладывается.
Так, ток при последовательном соединении проводников всегда одинаков. То есть в каждом из них значение силы тока не отличается. Провести аналогию можно, если сравнить провод с трубой. В ней вода течет всегда одинаково. И все препятствия на ее пути будут сметаться с одной и той же силой. Так же с силой тока. Поэтому формула общей силы тока в цепи с последовательным соединением резисторов выглядит так:
I общ = I 1 = I 2
Здесь буквой I обозначена сила тока.
Это общепринятое обозначение, поэтому его нужно запомнить.
Ток при параллельном соединении уже не будет постоянной величиной. При той же аналогии с трубой получается, что вода разделится на два потока, если у основной трубы будет ответвление. То же явление наблюдается с током, когда на его пути появляется разветвление проводов. Формула общей силы тока при параллельном соединении проводников:
I общ = I 1 + I 2
Если разветвление составлено из проводов, которых больше двух, то в приведенной формуле на такое же количество станет больше слагаемых.
Формулы для напряжения
Когда рассматривается схема, в которой выполнено соединение проводников последовательно, то напряжение на всем участке определяется суммой этих величин на каждом конкретном резисторе. Сравнить эту ситуацию можно с тарелками. Удержать одну из них легко получится одному человеку, вторую рядом он тоже сможет взять, но уже с трудом. Держать в руках три тарелки рядом друг с другом одному человеку уже не удастся, потребуется помощь второго.
И так далее. Усилия людей складываются.
Формула для общего напряжения участка цепи с последовательным соединением проводников выглядит так:
U общ = U 1 + U 2, где U — обозначение, принятое для электрического напряжения.
Другая ситуация складывается, если рассматривается параллельное соединение резисторов. Когда тарелки ставятся друг на друга, их по-прежнему может удержать один человек. Поэтому складывать ничего не приходится. Такая же аналогия наблюдается при параллельном соединении проводников. Напряжение на каждом из них одинаковое и равно тому, которое на всех них сразу. Формула общего напряжения такая:
U общ = U 1 = U 2
Формулы для электрического сопротивления
Их уже можно не запоминать, а знать формулу закона Ома и из нее выводить нужную. Из указанного закона следует, что напряжение равно произведению силы тока и сопротивления. То есть U = I * R, где R — сопротивление.
Тогда формула, с которой нужно будет работать, зависит от того, как выполнено соединение проводников:
- последовательно, значит, нужно равенство для напряжения — Iобщ * Rобщ = I1 * R1 + I2 * R2;
- параллельно необходимо пользоваться формулой для силы тока — Uобщ / Rобщ = U1 / R1 + U2 / R2 .
Далее следуют простые преобразования, которые основываются на том, что в первом равенстве все силы тока имеют одинаковое значение, а во втором — напряжения равны. Значит, их можно сократить. То есть получаются такие выражения:
- R общ = R 1 + R 2 (для последовательного соединения проводников).
- 1 / R общ = 1 / R 1 + 1 / R 2 (при параллельном соединении).
При увеличении числа резисторов, которые включены в сеть, изменяется количество слагаемых в этих выражениях.
Стоит отметить, что параллельное и последовательное соединение проводников по-разному влияют на общее сопротивление. Первое из них уменьшает сопротивление участка цепи. Причем оно оказывается меньше самого маленького из использованных резисторов. При последовательном соединении все логично: значения складываются, поэтому общее число всегда будет самым большим.
Работа тока
Предыдущие три величины составляют законы параллельного соединения и последовательного расположения проводников в цепи. Поэтому их знать нужно обязательно. Про работу и мощность необходимо просто запомнить базовую формулу. Она записывается так: А = I * U * t, где А — работа тока, t — время его прохождения по проводнику.
Для того чтобы определить общую работу при последовательном соединении нужно заменить в исходном выражении напряжение. Получится равенство: А = I * (U 1 + U 2) * t, раскрыв скобки в котором получится, что работа на всем участке равна их сумме на каждом конкретном потребителе тока.
Аналогично идет рассуждение, если рассматривается схема параллельного соединения. Только заменять полагается силу тока. Но результат будет тот же: А = А 1 + А 2.
Мощность тока
При выведении формулы для мощности (обозначение «Р») участка цепи опять нужно пользоваться одной формулой: Р = U * I. После подобных рассуждений получается, что параллельное и последовательное соединение описываются такой формулой для мощности: Р = Р 1 + Р 2.
То есть, как бы ни были составлены схемы, общая мощность будет складываться из тех, которые задействованы в работе. Именно этим объясняется тот факт, что нельзя включать в сеть квартиры одновременно много мощных приборов. Она просто не выдержит такой нагрузки.
Как влияет соединение проводников на ремонт новогодней гирлянды?
Сразу же после того, как перегорит одна из лампочек, станет ясно, как они были соединены. При последовательном соединении не будет светиться ни одна из них.
Это объясняется тем, что пришедшая в негодность лампа создает разрыв в цепи. Поэтому нужно проверить все, чтобы определить, какая перегорела, заменить ее — и гирлянда станет работать.
Если в ней используется параллельное соединение, то она не перестает работать при неисправности одной из лампочек. Ведь цепь не будет полностью разорвана, а только одна параллельная часть. Чтобы отремонтировать такую гирлянду, не нужно проверять все элементы цепи, а только те, которые не светятся.
Что происходит с цепью, если в нее включены не резисторы, а конденсаторы
При их последовательном соединении наблюдается такая ситуация: заряды от плюсов источника питания поступают только на внешние обкладки крайних конденсаторов. Те, что находятся между ними, просто передают этот заряд по цепочке. Этим объясняется то, что на всех обкладках появляются одинаковые заряды, но имеющие разные знаки. Поэтому электрический заряд каждого конденсатора, соединенного последовательно, можно записать такой формулой:
q общ = q 1 = q 2.
Для того чтобы определить напряжение на каждом конденсаторе, потребуется знание формулы: U = q / С. В ней С — емкость конденсатора.
Общее напряжение подчиняется тому же закону, который справедлив для резисторов. Поэтому, заменив в формуле емкости напряжение на сумму, мы получим, что общую емкость приборов нужно вычислять по формуле:
С = q / (U 1 + U 2).
Упростить эту формулу можно, перевернув дроби и заменив отношение напряжения к заряду емкостью. Получается такое равенство: 1 / С = 1 / С 1 + 1 / С 2.
Несколько по-другому выглядит ситуация, когда соединение конденсаторов — параллельное. Тогда общий заряд определяется суммой всех зарядов, которые накапливаются на обкладках всех приборов. А значение напряжения по-прежнему определяется по общим законам. Поэтому формула для общей емкости параллельно соединенных конденсаторов выглядит так:
С = (q 1 + q 2 ) / U.
То есть эта величина считается, как сумма каждого из использованных в соединении приборов:
С = С 1 + С 2.
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.
Задача на последовательное соединение проводников
Условие. В цепи друг за другом подсоединены две лампы и резистор. Общее напряжение равно 110 В, а сила тока 12 А. Чему равно сопротивление резистора, если каждая лампа рассчитана на напряжение в 40 В?
Решение. Поскольку рассматривается последовательное соединение, формулы его законов известны. Нужно только правильно их применить. Начать с того, чтобы выяснить значение напряжения, которое приходится на резистор. Для этого из общего нужно вычесть два раза напряжение одной лампы.
Получается 30 В.
Теперь, когда известны две величины, U и I (вторая из них дана в условии, так как общий ток равен току в каждом последовательном потребителе), можно сосчитать сопротивление резистора по закону Ома. Оно оказывается равным 2,5 Ом.
Ответ. Сопротивление резистора равно 2,5 Ом.
Условие. Имеются три конденсатора с емкостями 20, 25 и 30 мкФ. Определите их общую емкость при последовательном и параллельном соединении.
Решение. Проще начать с параллельного подключения. В этой ситуации все три значения нужно просто сложить. Таким образом, общая емкость оказывается равной 75 мкФ.
Несколько сложнее расчеты будут при последовательном соединении этих конденсаторов. Ведь сначала нужно найти отношения единицы к каждой из этих емкостей, а потом сложить их друг с другом. Получается, что единица, деленная на общую емкость, равна 37/300. Тогда искомая величина получается приблизительно 8 мкФ.
Ответ. Общая емкость при последовательном соединении 8 мкФ, при параллельном — 75 мкФ.
примеры параллельного и последовательного соединения
Содержание
- 1 Параллельное соединение
- 1.1 Для домашней разводки проводов
- 1.2 Для замены кабелей
- 2 Основы электротехники
- 2.1 Закон Ома
- 2.2 Законы Кирхгофа
- 2.3 Правила для различных соединений проводников
- 2.3.1 Законы последовательной цепи
- 2.3.2 Законы параллельного соединения проводников
- 3 Видео
В электрических цепях для разных условий могут применяться различные типы соединений:
- если с одного края два провода подключены к одной точке, а со второго – к другой, это будет параллельное соединение проводников;
- если провода соединяются вместе, и затем два свободных конца подсоединяются к источнику энергии и нагрузке, то это будет последовательное соединение проводников;
- последовательное и параллельное соединение проводников являются основными видами подключений, а смешанное соединение проводников – это их совокупность.
Параллельное соединение проводов
Большинство бытовых приборов подключается параллельно. Почему? Ответ на этот вопрос на самом деле очень простой, если смотреть на это через призму существующих законов электротехники.
Параллельное соединение
Все электрические устройства обладают своими номинальными параметрами. Номинальное напряжение обычно является напряжением сети/питания, присутствующее на каждой ветви параллельной цепи. Поэтому имеет смысл подключать нагрузки параллельно. Дополнительным преимуществом является то, что если одно устройство не работает, все остальные устройства будут продолжать работать.
Для домашней разводки проводов
Вся бытовая мощность распределяется посредством параллельного подключения. Электроприборы могут быть соединенными и разъединенными, но при этом все они получат рабочее напряжение, которое необходимо для равномерной работы.
Параллельное соединение проводников обладает рядом других преимуществ:
- Удобство индивидуального контроля над приборами. При этом можно использовать отдельные выключатель и предохранитель для каждого устройства;
- Независимость от других приборов, в то время как любая неисправность в цепи приведет к остановке всех устройств последовательного соединения.
При этом можно использовать отдельные выключатель и предохранитель для каждого устройства;Последовательный тип подключения проводников
Часто бытовые приборы потребляют разную мощность, в результате чего на каждом из них получается свое падение напряжения. Для многих устройств оно становится выше нормируемого, и это делает невозможным их работу. Примером для рассмотрения может служить последовательная цепь с такими разными резистивными нагрузками, как водонагреватель 1,8 кВТ и настольная лампа 25 Вт. Для обогревателя мощности будет так мало, что он никогда не сможет работать в таких условиях.
Для информации. Известно, что на новогодней гирлянде лампы соединены последовательно. И если одна лампочка перегорит, то вся елка становится темной. При разрыве соединения в любом месте ток перестает течь по всей линии.
Чтобы подобное не происходило в домашней электрической разводке, бытовые розетки и вся техника подключаются параллельно, а не последовательно.
Смешанный тип подключения проводников
Все бытовые приборы однофазного напряжения подключаются таким способом, чтобы сбалансировать нагрузку на электрическую сеть и предотвратить перегрузку. Это касается такой маломощной техники, как лампы, тостеры, холодильники, магнитофоны, стиральные машины, кондиционеры, компьютеры, мониторы, чайники, телевизоры, фены, розетки.
Более мощная бытовая техника, как электропечи, тэны, некоторые посудомоечные машины и кондиционеры, подключается преимущественно отдельной линией в параллели.
Все цепи оснащаются либо предохранителями (на 16 А или 20 А), либо автоматическими выключателями с соответствующей токовой нагрузкой. Розетки в ванных комнатах (согласно правилам электроустановок) требуют использования УЗО или дифференциальных автоматических выключателей, так как вода может вызвать нежелательные токи утечки, которые могут быть смертельными.
Квартирная разводка
Для замены кабелей
Если нет необходимого сечения кабеля для передачи высокой мощности, можно провести кабельную линию из нескольких кабелей, рассчитанных на меньшие токи. В нескольких проводах будет течь такой же ток, как в одном кабеле более большого сечения. Такая замена широко применяется для прокладки кабельных линий для больших нагрузок и расстояний. Выбор сечения кабелей осуществляется расчетным путем при проведении проверки по потере напряжения, допустимому длительному току и короткому замыканию. От правильности выбора напрямую зависит безопасность объекта.
Разные способы проводки применяются для достижения желаемой цели, с использованием имеющихся ограниченных ресурсов. Законы последовательного и параллельного соединения проводников дают возможность избежать ошибок при расчетах электрических схем.
Важно! Надлежащее исполнение последовательной или параллельной проводки – обязательное требование при производстве любых электромонтажных работ.
Основы электротехники
Закон Ома
Параллельное соединение резисторов
Зная два физических параметра цепи (например, ток и напряжение), можно найти третью неизвестную величину через уравнение: «Ток через резистор прямо пропорционален приложенному напряжению и обратно пропорционален сопротивлению». Многими инженерами используется Закон Ома или его вариации каждый рабочий день. Все вариации закона для омической нагрузки математически идентичны.
Важно! Одна из самых распространенных ошибок, допускаемых в применении закона Ома, заключается в смешении контекстов напряжения, тока и сопротивления.
Закон Ома
Закон Ома может быть использован для решения простых схем. Полная схема – это замкнутая петля. Она содержит, по крайней мере, один источник напряжения и, по меньшей мере, один участок цепи, где потенциальная энергия уменьшается. Сумма напряжений вокруг полной схемы равна нулю со ссылкой на законы Кирхгофа. Законы Кирхгофа, в свою очередь, являются частным применением законов сохранения электрического заряда и сохранения энергии.
Законы Кирхгофа
- Суммарное количество тока в точке соединения схемы равно суммарному току, который вытекает из того же самого узла;
- Сумма всей разности электрических потенциалов в любом контуре полной цепи равна алгебраической сумме падений напряжения на всех резистивных элементах в этом контуре.
Правила Кирхгофа
Правила для различных соединений проводников
Законы последовательной цепи
В последовательном контуре весь ток должен сначала проходить через резистор 1, затем 2 и т. д. При этом сумма потерь напряжения на каждом резисторе дает общее падение напряжения в цепи. Ток будет одинаковым во всех участках цепи.
Законы параллельного соединения проводников
В параллельном контуре общий ток должен делиться и распределяться между всеми участками цепи. При этом напряжение будет одинаковым, а ток будет варьироваться.
Нет никаких неотъемлемых недостатков у параллельного соединения, поскольку оно обеспечивает общее напряжение для всех ветвей, гарантируя, что устройства, подключенные в этих ветвях, работают с номинальной мощностью, а отказ одного устройства не влияет ни на один из других.
Преимущество параллельного соединения заключается в том, что если какой-нибудь из электроприборов сгорит, то путь тока не блокируется. В случае если какая-нибудь нагрузка сгорит, подача тока просто будет отсечена.
Видео
Мультипекарь Redmond RMB-611
2172 ₽ Подробнее
Мультипекарь Redmond RMB-611
2172 ₽ Подробнее
Узкие стиральные машины LG
Оцените статью:
Изучение последовательного и параллельного соединения проводников презентация, доклад
ИЗУЧЕНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО И ПАРАЛЛЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ.
Учитель физики Евдокимова Л.А.
ГБОУ СОШ №1924
г. Москва
ЦЕЛИ УРОКА:
экспериментально определить соотношение между величинами силы тока (напряжения) на отдельных участках цепи при параллельном и последовательном соединениях проводников;
экспериментально определить общее сопротивление цепи при последовательном и параллельном соединении проводников;
продолжить формирование умений и навыков собирать простейшие электрические цепи, а также пользоваться измерительными приборами (амперметром и вольтметром).
Тренировочные вопросы
1. Что такое электрический ток?
2. Назовите физические величины, характеризующие протекание электрического тока в цепи.
3. Что характеризуют сила тока, напряжение, сопротивление(обозначение, единица измерения, прибор для определения, физический смысл)?
4. Каким законом связаны сила тока, напряжение и сопротивление?
Тренировочные вопросы
Какие способы соединения проводников в электрическую цепь вы знаете?
Последовательное соединение
Параллельное соединение
ТЕМА УРОКА
ИЗУЧЕНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО И ПАРАЛЛЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ.
Цель урока: теоретически и экспериментально изучить параллельное и последовательное соединения проводников в электрической цепи.
Последовательное соединение проводников
В неразветвленной электрической цепи сила тока в различных ее участках одинакова (узлы отсутствуют и заряд при данном соединении нигде не накапливается).
I = I1 = I2
Узлом называется точка разветвленной цепи, в которой сходятся более двух проводников.
Последовательное соединение проводников
R = R1 + R2
R = R1· n
Если имеем n – проводников с одинаковым сопротивлением, т.е. R1 = R2 = R3, то
Общее сопротивление цепи при последовательном соединении равно сумме сопротивлений отдельных проводников (или отдельных участков цепи):
Последовательное соединение проводников
Пользуясь законом Ома, определим сопротивление каждого резистора и сопротивления участка цепи, состоящего из двух резисторов:
Подставим полученные выражения в формулу общего сопротивления цепи: получим
R = R1 + R2,
так как I1 = I2 = I → U = U1 + U2.
Значит, полное напряжение в цепи при последовательном соединении равно сумме напряжений на отдельных участках цепи.
Последовательное соединение проводников
I = I1 = I2
R = R1 + R2
R = R1· n
U = U1 + U2
Если имеем n – проводников с одинаковым сопротивлением, т.е. R1 = R2 = R3, то
Последовательная цепь сопротивлений называется делителем напряжений.
Параллельное соединение проводников
U = U1 = U2
I1Δt + I2Δt.
Напряжение на концах параллельно соединённых проводников одно и то же.
Параллельное соединение проводников
I = I1 + I2
I1Δt + I2Δt.
I Δt = I1Δt + I2Δt
Цепь параллельно соединённых сопротивлений называется делителем электрического тока
Сила тока в неразветвлённой части цепи равна сумме сил токов в отдельно параллельно соединённых проводниках.
Параллельное соединение проводников
I1Δt + I2Δt.
На основании закона Ома:
Учитывая,что:
Получим:
При параллельном соединении проводников величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.
Параллельное соединение проводников
Если имеем n – проводников с одинаковым сопротивлением, т.е. R1 = R2 = R3, то
«ИЗУЧЕНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО И ПАРАЛЛЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ»
Лабораторная работа № 6
Цель работы: экспериментально изучить параллельное и последовательное соединения проводников в электрической цепи.
Задачи:
Экспериментально определить соотношение между величинами силы тока (напряжения) на отдельных участках цепи при параллельном и последовательном соединениях проводников;
На основании полученных в ходе исследования результатов сделать соответствующие выводы.
Оборудование:
Источник тока;
Два резистора;
Соединительные провода;
Амперметр;
Вольтметр;
Ключ.
Порядок выполнения работы:
— Выбираем способ соединения проводников в электрической цепи, к изучению которого собираемся приступить.
— Решаем, каким образом можно определить, например, силу тока на различных участках цепи. Рисуем соответствующую схему электрической цепи и показываем схему учителю.
— Определяем, какие приборы нам нужны и в каком количестве. Берём необходимые приборы на демонстрационном столе.
— Собираем электрическую цепь и показываем её учителю.
— Замыкаем электрическую цепь. Показания приборов записываем в таблицу.
Вычисляем сопротивления.
Делаем соответствующие выводы.
Ход работы:
Соберите электрическую цепь по схеме (рис.
1)
2. Измерьте силу тока в различных участках цепи, убедитесь, что сила тока не изменяется: I =
Рис. 2
Рис. 1
3. Измерьте вольтметром напряжение на резисторе R1 — U1 (Рис. 2)
4. Измерьте вольтметром напряжение на резисторе R2 — U2 (Рис. 2)
5. Измерьте вольтметром напряжение на резисторе R1 и R2 — U (Рис. 2)
6. Рассчитайте по закону Ома для участка
цепи величины сопротивлений R1 ,R2 , R.
Проверка законов последовательного соединения проводников:
Таблица измерений:
7. Проверьте справедливость формул:
А) I = I1 = I2
Б) U=U1 +U2
В) R =R1+ R2
Проверка законов последовательного соединения проводников:
Порядок выполнения работы:
— Выбираем способ соединения проводников в электрической цепи, к изучению которого собираемся приступить.
— Решаем, каким образом можно определить, например, силу тока на различных участках цепи. Рисуем соответствующую схему электрической цепи и показываем схему учителю.
— Определяем, какие приборы нам нужны и в каком количестве. Берём необходимые приборы на демонстрационном столе.
— Собираем электрическую цепь и показываем её учителю.
— Замыкаем электрическую цепь. Показания приборов записываем в таблицу.
Вычисляем сопротивление.
Делаем соответствующие выводы.
8. Cоберите электрическую цепь по схеме (рис. 3).
9. Измерьте вольтметром напряжение участка цепи. U =
10. Измерьте амперметром силу тока в первой ветви I1 =
11.Измерьте амперметром силу тока во второй ветви: I2 =
12. Измерьте амперметром силу тока в неразветвленной части цепи: I =
Проверка законов параллельного соединения проводников
Рис. 3
13. Рассчитайте по закону Ома для участка цепи величины сопротивлений:
R1 =
R2 =
R =
Таблица измерений:
II
4.
Проверьте справедливость формул:
Проверка законов параллельного соединения проводников
А) U1 = U2 = U
Б) I = I1 + I2
В) 1/ R = 1/R1 + 1/R2
Вывод:
Контрольные вопросы:
Как соединены потребители электроэнергии в квартирах? Почему?
Как соединены лампочки в елочной гирлянде? Почему?
Домашнее задание: § 107
Итоги выполнения задач урока:
Научились ли вы соединять резисторы последовательно и параллельно, проверять законы этих соединений? Измерять и вычислять сопротивление резисторов при последовательном и параллельном соединении.
Вывод:
При последовательном соединении проводников напряжение на концах рассматриваемого участка цепи складывается из напряжений на первом и втором проводниках; сила тока одинакова; полное сопротивление всего участка цепи равно сумме на отдельных его участках.
При параллельном соединении проводников напряжение на концах одно и то же; сила тока складывается; а величина, обратная полному сопротивлению участка, равна сумме величин, обратных сопротивлениям отдельных проводников.
Аналогии между электрическим током и током воды в водопроводе и реке:
Аналогия 1 — сколько воды втекает в водопроводную трубу, столько и вытекает из неё, вода нигде не накапливается. Аналогично, при последовательном соединении проводников сила тока во всех участках цепи одинакова.
Аналогия 2 — поток воды в реке, встречая на своём пути препятствие, распределяется по двум направлениям, которые затем сходятся вместе. Аналогично сила тока в неразветвлённой части цепи равна сумме сил токов в отдельных параллельно соединённых проводниках.
Общее сопротивление проводников, включенных в цепь последовательно:
R = R1 + R2
Теория цепей
— Что не так с параллельными проводниками?
Спросил
Изменено 6 лет, 2 месяца назад
Просмотрено 7к раз
\$\начало группы\$
В системах переменного тока (например, в домах и т.
д.) круговая дорожка называется параллельным проводником. Это незаконно (согласно разделу 310 NEC), за исключением определенных обстоятельств. Но я заметил, что в цепях постоянного тока круглые проводники также… табу (из-за отсутствия лучшего слова). См. рисунок ниже — просто для примера (наверняка есть примеры получше, так что если другой пример лучше иллюстрирует проблему или ответ, пожалуйста, покажите и расскажите).
Мой вопрос (вопросы): Что не так с круглым/параллельным проводником?
Кроме того, просто для ясности, вот изображение незаконной цепи (согласно NEC):
Редактировать — в продолжение некоторых комментариев ниже я случайно увидел светодиодную схему, упомянутую выше. . В настоящее время у меня есть одна похожая печатная плата (вроде как плохой пример, изображенный ниже, потому что оправданием для того, чтобы не соединить кольца, может быть то, что на пути есть проводник), но я видел другую печатную плату без каких-либо оправданий для того, чтобы не завершить кольцо, поэтому я задавался вопросом, почему это не было связано.
- параллельный
- теория цепей
\$\конечная группа\$
16
\$\начало группы\$
Обе конфигурации будут проводить питание к нагрузкам.
Пытаясь выяснить, что является «незаконным» и почему, вы должны понимать, какие условия отказа власти пытаются предотвратить. Если повезет, в соответствующих стандартах может быть комментарий.
В Великобритании такое расположение круглого проводника называется «кольцевой магистралью», и с конца 19-го века его активно продвигали для замены внутренней проводки.40-х годов и позже из-за нехватки меди и высоких темпов жилищного строительства после Второй мировой войны. Наличие двух путей обратно к распределительной коробке позволяет более легким проводникам обслуживать ту же площадь, что и ответвления.
Правила таковы, что проводник диаметром 2,5 мм 2 обслуживает площадь до 1000 кв.
футов, и его оба конца возвращаются к распределительному щиту, защищенному предохранителем на 30 А. Каждая розетка на стене, которая является частью кольца, имеет входную и выходную петлю из 2,5 мм 2 , подключенных к клеммам розетки. Обратите внимание, что шпора 2,5 мм 2 будет использовать предохранитель на 22 А.
Проблема возникает, если кто-то заменяет розетку, не вставив оба проводника в клеммы, или проводник каким-то образом порвется. Теперь петля разорвана, и теперь у нас есть две ответвления 2 диаметром 2,5 мм, которым для защиты нужен предохранитель на 22 А, но есть предохранитель на 30 А, , и нет очевидных отказов кого-либо предупредить .
Любое параллельное соединение проводов допускает возникновение такого рода необнаруживаемой ошибки потенциальной перегрузки. Некоторые регулирующие органы запрещают эту практику, некоторые разрешают.
\$\конечная группа\$
8
\$\начало группы\$
Кстати, эта иллюстрация ужасна.
На нем показана схема постоянного тока с постоянными нагрузками постоянного тока, например. светодиоды. И это особый случай использования, когда кольцевые цепи полностью в порядке . Однако с сетью переменного тока…
В основном это связано с тем, что сложное расположение цепей делает цепи непригодными для обслуживания . Нейтральный должен быть прямо рядом со своим горячим партнером, главным образом, чтобы вы могли найти чертову штуку . И если вы уберете проводник, то, что ниже по течению, не сможет получить питание откуда-то еще, потому что это опасно.
Связано, GFCI не может работать, если у горячего или нейтрального есть способ обойти GFCI.
Еще одним важным фактором является вихревых токов . Везде, где горячие точки и их партнерские нейтрали расходятся, между ними создается магнитное поле, которое будет индуктивно нагревать все металлическое внутри него. Наше более низкое напряжение делает его более важным фактором, поскольку при половинном напряжении мы имеем удвоенный ток, и ток является причиной этого.
Например, мы должны «нарезать» сервисные панели там, где одна цепь входит в два разных канала, чтобы действовать как ламинирование (поскольку сердечники трансформатора ламинированы).
Теперь, как правило, избыточные пути будут балансироваться сами собой. Индуктивный нагрев не бесплатен, он добавляет сопротивление этому маршруту, поэтому электричество будет благоприятствовать маршруту, который его не создает.
У нас нет шлейфов в британском стиле, которые возвращаются к главной панели, потому что неизбежно какой-нибудь бараний втыкает каждый отрезок шлейфа в другой выключатель . И это , особенно , проблема из-за нашей двухфазной системы 120/240. Нейтраль находится посередине, и если эти два выключателя находятся на противоположных полюсах, вы надеетесь, что защита цепи сработает! Даже если они находятся на одном полюсе, выключатели пропускают 40 А в розетки, указанные только для 20 А. Провода могут выдержать это, но розетки не могут — у них нет индивидуальных предохранителей или переключателей включения / выключения, как в Великобритании.
\$\конечная группа\$
6
\$\начало группы\$
Позвольте мне показать вам один из возможных путей тока при включении верхнего диода: Здесь красные линии обозначают текущий путь, а уродливые розовые линии покрывают область, излучающую электромагнитные помехи.
Если сопротивления проводов, образующих петлю, неуравновешены (это часто бывает, особенно на высоких частотах), петлевая схема может образовать огромные рамочные антенны, которые будут излучать на порядки больше помех, чем проводники, гарантирующие ток пути близко друг к другу.
\$\конечная группа\$
12
\$\начало группы\$
Утверждая, что что-то является «незаконным», необходимо указать, о какой юрисдикции идет речь.
Весьма вероятно, что эта практика является «незаконной» в Северной Америке, где используются только «ответвленные схемы» (и ожидается, что они будут обнаружены).
Причина, по которой «параллельные проводники» или «кольцевые цепи» противоречат Национальному электротехническому кодексу, заключается в том, что они представляют опасность поражения электрическим током для любого, кто работает с цепью. безопасно. Но если где-то еще есть параллельная цепь, то невозможно увидеть, действительно ли цепь была отключена и сделана безопасной. Не существует ЕДИНСТВЕННОГО «нисходящего» пути для тока.0005
Тот же принцип применяется независимо от того, говорите ли вы о переменном или постоянном токе.
\$\конечная группа\$
1
\$\начало группы\$
Подозреваю, что это мера безопасности. В Великобритании, где кольцевая сеть является обычным явлением в жилой электропроводке, электрики и другие люди, которым, возможно, придется ковыряться за своими розетками, вероятно, понимают это.
В Северной Америке было бы странно найти дом, подключенный таким образом, и, следовательно, это было бы неожиданно. Люди, работающие с домашней проводкой, могут подумать, что они отключили электричество, отключив одну сторону цепи, забыв или не зная, что есть другой путь, а затем их ударит током. Здесь неожиданное второе соединение становится угрозой безопасности.
Для цепей постоянного тока, которые не имеют изменяющихся токов или напряжений, они более восприимчивы к электромагнитным помехам, поскольку могут образовывать прочную антенну или индуктивный контур, но маловероятно излучают сильно, если они имеют постоянный ток и напряжение, поэтому они только установить статическое магнитное поле. Величина индуктивной связи или электромагнитных помех зависит от площади, которую охватывает петля.
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Параллельные цепи обеспечивают меньшее сопротивление пути и избыточность.
Для цепей с защитой от сильного тока его следует использовать только для резервирования, а не для зависимости от разделения тока, поскольку неисправность на одном пути останется незамеченной и может превысить номинальный ток.
Для незащищенных цепей низкого напряжения вполне допустима петля, если только контроль импеданса не является фактором, тогда используется локальная развязка с заземляющим слоем для предотвращения сдвига земли и индуктивности трассы питания.
На рис. 1 разомкнутая петля может быть затемнена на конце, если на проводниках имеется значительное падение напряжения, в противном случае разницы нет.
На рис. 2 применяются местные правила техники безопасности
редактировать
Рисунок 1 сильно зависит от общего тока и сопротивления кабеля.
Например, если общий ток вокруг здания составляет 5 А, Vs~=12 В и все светодиодные матрицы подключены параллельно, выбор сечения кабеля сильно влияет на допуск напряжения на контуре. Таким образом, решение с кратчайшим путем может быть лучшим (замкнутый контур).
Контур также должен быть защищен от обратного напряжения.
\$\конечная группа\$
4
\$\начало группы\$
Что касается цепи на втором рисунке, если каждый провод на схеме достаточно большой, чтобы безопасно проводить полный ток, требуемый нагрузкой, то цепь не представляет опасности возгорания или перегрузки.
Рассмотрим эту цепь (1):
Где провода 1 достаточно для зажигания лампы без перегрева.
Рассмотрим отдельно эту цепь (2):
Где провода 2 также достаточно, чтобы без проблем зажечь лампу.
Теперь, начиная с цепи 2, добавьте провод из цепи 1:
Что произойдет с током в проводе 2?
Ток в проводе 2 не может увеличиться, поскольку между LINE и A, а также между B и LOAD не добавляется дополнительный путь. На самом деле ток уменьшится, хотя вряд ли он уменьшится вдвое, если только сопротивление двух проводов случайно не совпадет.
Теперь, начиная с цепи 1, добавьте провод из цепи 2. Что произойдет с током в проводе 1? Он уменьшится, хотя — опять же — вряд ли уменьшится вдвое.
Весь ток, требуемый нагрузкой, будет распределяться между проводами 1 и 2 в зависимости от их сравнительного сопротивления, но ни один из проводов не будет нести больше всего тока. Поскольку любой провод может безопасно проводить весь ток, опасность перегрузки отсутствует.
В качестве другого мысленного эксперимента начните с подключения обоих проводов и постепенно увеличивайте сопротивление провода 2. Что произойдет с током в проводе 1? Он постепенно приближается к току полной нагрузки, но никогда не превышает его. Увеличьте сопротивление провода 2 до бесконечности, обрезав или удалив его, и ток в проводе 1 достигнет точно тока полной нагрузки.
Пока выполняется условие, что либо провод 1, либо провод 2 могут безопасно питать нагрузку, не существует комбинации асимметричного сопротивления, которая приведет к перегрузке по току в любой части цепи.
Вот почему схема на рисунке 2 не представляет опасности перегрева.
\$\конечная группа\$
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Обязательно, но не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
кабелей — не рекомендуется ли параллельное подключение контактов разъема питания?
\$\начало группы\$
Скажем, я ищу разъемы питания для дизайна, требования к току довольно высоки, и хотя я мог бы получить разъем с контактами, рассчитанными на полный ток, они настолько громоздки, что не подходят для моего дизайна.
Доступны разъемы питания меньшего размера, которые могли бы удовлетворить текущие требования, если бы я соединил несколько цепей вместе для распределения нагрузки, и это привело бы к гораздо меньшему общему решению с точки зрения используемого пространства на плате.
Это плохая практика? Есть ли что-то, на что я должен обращать внимание при попытке сделать это?
- разъем
- кабели
- передовой опыт
\$\конечная группа\$
5
\$\начало группы\$
Использование параллельных контактов разъема или параллельных проводов в кабеле для увеличения допустимого тока является стандартной практикой. Делается это очень давно, наверное с момента начала электропроводки.
Часто это делается для того, чтобы в многоконтактном соединителе можно было использовать меньшую толщину контактов/проводов, подходящую для большинства проводов, и использовать несколько параллельных контактов/проводов для сильноточных соединений питания/земли.
Так бывает, например, в автомобилях.
Другим способом является обеспечение различных требований к току для различных силовых соединений за счет использования разного количества параллельных контактов/проводов для каждого из них. Это происходит, например, при подключении питания к материнской плате ПК.
Обычно важно и предпочтительно обеспечить, чтобы обратный путь с низким/нулевым напряжением был рассчитан на более высокий или более высокий ток, чем пути источника питания.
Это делается для того, чтобы высокий подаваемый ток не вызывал чрезмерных падений напряжения на обратном пути, вызывая чрезмерно разные напряжения заземления/0 В на подключенных элементах, требующих общего заземления/0 В. Они все равно будут немного отличаться, но обычно терпимо.
Некоторые системы выполняют горячее подключение: подключение/отключение, когда провода разъема активны. Некоторые этого не делают, только когда питание выключено. В первом случае необходимо позаботиться о том, как штыри постепенно соединяются, поскольку на мгновение может быть установлено только одно соединение из многих.
Но это часть схемы горячей замены, которая сама по себе является предметом обсуждения.
\$\конечная группа\$
5
\$\начало группы\$
Это делается постоянно, даже для высококлассных систем (космических кораблей).
Вот один из используемых способов. Чтобы определить необходимое количество контактов, вы берете сниженную номинальную токовую нагрузку одного контакта (обычно половину максимального номинального тока) и делите ее на максимальный ток, который вы должны нести. Затем умножьте на дополнительный коэффициент снижения номинальных характеристик, обычно 1,25, и округлите в большую сторону, чтобы получить общее количество необходимых контактов.
Вот пример:
- Допустимый ток = 10 ампер
- Максимальный ток одного контакта = 2 ампера
- Снижение номинального тока для каждого контакта = 1,0 А
- (10 А)/(1 А) = 10 контактов
- 10 контактов x 1,25 = 12,5 контактов
- Округлить => 13 контактов
Также обратите внимание на обсуждение здесь: Многослойные соединения печатных плат, разделенный ток?
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Хорошим примером того, как меньшие контакты могут использоваться с большими токами, является разъем SATA: его силовая часть имеет 15 меньших контактных площадок, которые используются для обеспечения 4 сильноточных соединений (GND, 3,3 В, 5 В и 12 В).
Наличие нескольких небольших пэдов позволяет легко реализовать некоторые полезные функции, такие как предварительная зарядка:
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Вещи, на которые я бы обратил внимание.
- Различия в контактном сопротивлении, вы можете смягчить это, используя отдельные провода для каждого контакта. Сопротивление проводов будет добавляться к сопротивлению контактов, делая их отношения ближе.
- Плохие контакты, вы можете смягчить это, используя как минимум на один контакт больше, чем требуется по вашим расчетам.
- Подключение и отключение. Если разъем подключается и отключается под нагрузкой, то в какой-то момент один проводник, вероятно, будет принимать весь ток, прежде чем окончательно сломается, многие разъемы не предназначены для отключения под нагрузкой даже при использовании только одного контакта. Одним из возможных способов смягчения последствий является использование разъемов с «контрольными контактами», которые предназначены для замыкания/размыкания первыми и могут использоваться для отключения питания до того, как разъем будет полностью вытащен. В качестве альтернативы вы можете решить, что достаточно просто сказать пользователям не подключаться и отключаться под нагрузкой.
- Неисправности, вы хотите убедиться, что в случае короткого замыкания провода на землю или другую шину питания вы быстро отключите питание, а не оставите его для приготовления.
В качестве альтернативы вы можете решить, что достаточно просто сказать пользователям не подключаться и отключаться под нагрузкой.\$\конечная группа\$
1
\$\начало группы\$
Является ли это плохой практикой, действительно зависит от специфики, в том числе от того, кто будет устанавливать и разрывать контакты.
С одной стороны: я часто видел параллельные наборы проводников на 400 А в трехфазных системах на 480 В с разъемами CamLok. До 6 комплектов для мощности 2400 А не являются чем-то необычным для подключения мобильных генераторов. Обычно с ними обращаются обученные электрики, следуя процедурам, чтобы убедиться, что это безопасно.
(Например, проверьте напряжение, убедитесь, что вы не пересекли фазы на одном параллельном наборе, чтобы создать короткое замыкание и т. д.) Даже в этом случае дверца доступа к разъемам может быть заблокирована автоматическим выключателем, чтобы убедиться, что соединения или сломался при обесточивании.
Другая крайность: с потребительским продуктом я, вероятно, предположил бы, что если существует разъем, который будет стыковаться с разъемами на продукте, будет предпринята попытка. Сделайте разумные предположения о том, что будет на другом конце, и примите меры, чтобы гарантировать изящный отказ.
\$\конечная группа\$
2
\$\начало группы\$
Уравновешивающим фактором здесь является то, что сопротивление обычных контактов и проводников растет с температурой. Пока основное соединение отдельных разъемов находится на одном и том же уровне, токи будут склоняться к самобалансировке.
Противоположностью является термический вторичный пробой в силовых полупроводниках, который происходит в рабочей точке, где сопротивление падает с температурой. В результате ток быстро концентрируется на быстро нагревающемся участке материала с низким сопротивлением, который в конечном итоге плавится/сгорает.
Для обычных контактных материалов термический коэффициент сопротивления положительный, а это означает, что ток скорее будет течь к более холодным частям материала.
\$\конечная группа\$
\$\начало группы\$
Если питаемые части имеют разные пределы, то схемы должны отражать это и иметь встроенное ограничение тока. часто поставляют кабели с несколькими USB-разъемами, несущими только источник питания, который при подключении решает проблему, подавая достаточный ток каждый для удовлетворения потребности.
(в качестве отступления) еще один старомодный подход к питающей мощности заключался в том, чтобы учитывать размер носителя в нитях.
то есть количество жил в кабеле. когда у вас есть кабель из 7 нитей, вы можете оторвать прядь, чтобы получить ток на 1 прядь, например, чтобы запустить лампочку на 3 ампера. 2 будет работать на 6 ампер и т. д., поэтому полная 7 будет работать на 21 ампер. так что вы можете видеть, как кольцевая сеть и цепь освещения могут быть запитаны от такого кабеля.
\$\конечная группа\$
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Обязательно, но не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
.
Последовательное и параллельное соединение: Схемы электрических соединений
Ток в электрической цепи течет по проводникам от источника напряжения к нагрузке, то есть к лампам, приборам. В качестве проводника в большинстве случаев используются медные провода. Цепь может содержать несколько элементов с разным сопротивлением. В схеме устройства проводники могут быть соединены параллельно или последовательно, а также могут быть смешанного типа.
Элемент цепи с сопротивлением называется резистором, напряжением этого элемента является разность потенциалов между концами резистора. Параллельное и последовательное электрическое соединение проводников характеризуется одинаковым принципом действия, согласно которому ток течет от плюса к минусу, соответственно потенциал уменьшается. На схемах проводки сопротивление проводки принимается равным 0, поскольку им можно пренебречь.
Параллельное соединение подразумевает, что элементы цепи подключаются к источнику параллельно и включаются одновременно.
Последовательное соединение означает, что резистивные проводники соединены друг с другом в тесной последовательности.
В расчете используется метод идеализации, что значительно упрощает понимание. На самом деле в электрических цепях потенциал постепенно уменьшается по мере его прохождения по проводке и элементам, входящим в состав параллельного или последовательного соединения.
Содержание
- 1 Соединение проводников последовательно
- 2 Параллельное соединение проводников
- 3 Законы последовательного и параллельного соединения проводников
- 4 Смешанное соединение проводников
Последовательное соединение проводников
Последовательное соединение означает, что проводники соединяются в определенном порядке один за другим. И ток во всех них одинаков. Эти элементы создают общее напряжение на участке. Заряды не накапливаются в узлах электрической цепи, так как в противном случае произошло бы изменение напряжения и силы тока.
При постоянном напряжении ток определяется значением сопротивления цепи, поэтому в последовательной цепи сопротивление изменяется при изменении одной нагрузки.
Недостаток этой схемы в том, что при выходе из строя одного элемента остальные также теряют способность функционировать, потому что цепь разорвана. Примером может служить гирлянда, которая не работает, если перегорает одна лампочка. Это ключевое отличие от параллельного соединения, при котором элементы могут функционировать по отдельности.
Последовательная схема предполагает, что поскольку проводники соединены на одном уровне, их сопротивление в любой точке сети одинаково. Общее сопротивление равно сумме убывающих напряжений отдельных элементов сети.
В этом типе соединения начало одного проводника соединяется с концом другого. Ключевой особенностью соединения является то, что все проводники находятся на одном проводе без разветвлений, и по каждому из них протекает один электрический ток. Однако общее напряжение равно сумме напряжений на каждом из них.
Также можно рассмотреть соединение с другой точки зрения — все проводники заменены одним эквивалентным резистором, а ток на нем равен суммарному току, проходящему через все резисторы. Эквивалентное общее напряжение представляет собой сумму значений напряжения на каждом резисторе. Так проявляется разность потенциалов на резисторе.
Использование последовательного соединения полезно, когда вы хотите специально включать и выключать определенное устройство. Например, электрический звонок может звонить только при наличии подключения к источнику напряжения и кнопке. Первое правило гласит, что если нет тока хотя бы на одном элементе цепи, то не будет тока и на остальных. Соответственно, если в одном проводнике есть ток, то и в других тоже. Другим примером может служить фонарик на батарейках, который светит только при наличии батарейки, работающей лампочки и нажатой кнопке.
В некоторых случаях последовательное подключение нецелесообразно. В квартире, где система освещения состоит из множества светильников, бра, люстр, организовывать схему такого типа не стоит, так как нет необходимости включать и выключать освещение во всех комнатах одновременно.
Для этого лучше использовать параллельное подключение, чтобы иметь возможность включать свет в отдельных комнатах.
Параллельное соединение проводников
В параллельной цепи проводники представляют собой набор резисторов, один конец которых собран в одном узле, а другой — во втором узле. Предполагается, что напряжение при параллельном типе соединения одинаково на всех участках цепи. Параллельные участки электрической цепи называются ответвлениями и проходят между двумя соединительными узлами, они несут одинаковое напряжение. Такое напряжение равно значению на каждом проводнике. Сумма величин, обратных сопротивлению ветвей, также обратна сопротивлению отдельного участка цепи параллельной цепи.
При параллельном и последовательном соединении система расчета сопротивлений отдельных проводников различна. В случае параллельной цепи ток течет по ветвям, что увеличивает проводимость цепи и уменьшает общее сопротивление. Если несколько резисторов с одинаковыми номиналами соединить параллельно, то общее сопротивление такой электрической цепи будет меньше одного резистора в число раз, равное количеству резисторов в цепи.
В каждой ветви имеется по одному резистору, и электрический ток делится и расходится на каждый резистор при достижении точки разветвления, его конечное значение равно сумме токов на всех резисторах. Все резисторы заменяются одним эквивалентным резистором. Применив закон Ома, значение сопротивления становится понятным — при параллельной схеме складываются значения, обратные сопротивлениям.
В этой цепи значение тока обратно пропорционально значению сопротивления. Токи в резисторах некоррелированы, поэтому если отключить один резистор, остальные никак не повлияют. По этой причине данная схема используется во многих устройствах.
Рассматривая применение параллельной схемы в быту, целесообразно отметить систему освещения квартиры. Все светильники и люстры должны быть подключены параллельно, в этом случае включение и выключение одного из них никак не влияет на работу остальных светильников. Таким образом, добавляя выключатель каждой лампочки в ответвленную цепь, вы можете включать и выключать соответствующую лампу по мере необходимости.
Все остальные лампы работают независимо.
Все электроприборы подключаются параллельно к электросети 220В, затем подключаются к распределительному щиту. То есть все приборы подключаются независимо от подключения других устройств.
Законы последовательного и параллельного соединения проводников
Для детального практического понимания обоих видов соединений приведем формулы, поясняющие закономерности этих видов соединений. Расчет мощности при параллельном и последовательном различии.
При последовательном соединении сила тока во всех проводниках одинакова:
I = I1 = I2.
По закону Ома эти типы соединений проводников объясняются по-разному в разных случаях. Таким образом, в случае последовательной цепи напряжения равны друг другу:
U1 = IR1, U2 = IR2.
Кроме того, общее напряжение равно сумме напряжений отдельных проводников:
U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.
Общее сопротивление электрической цепи рассчитывается как сумма активных сопротивлений всех проводников независимо от их количества.
В случае параллельной цепи общее напряжение цепи такое же, как и напряжения отдельных элементов:
U1 = U2 = U.
А суммарная сила электрического тока вычисляется как сумма токов, существующих по всем проводникам параллельно:
I = I1 + I2.
Для максимальной эффективности электрических сетей необходимо понимать сущность обоих видов соединений и применять их разумно, используя закономерности и рассчитывая рациональность практической реализации.
Смешанное соединение проводников
Последовательное и параллельное соединение сопротивления можно при необходимости комбинировать в одной электрической цепи. Например, допускается последовательное соединение параллельных резисторов с другим резистором или их группой, такой тип считается комбинированным или смешанным.
В этом случае общее сопротивление рассчитывается путем получения суммы значений для параллельного соединения в системе и для последовательного соединения. Сначала должны быть рассчитаны эквивалентные сопротивления резисторов в последовательной цепи, а затем элементы параллельной цепи.
