Последовательное и параллельное соединение проводников, примеры задач

Разница между параллельным и последовательным соединением ламп

Если любые лампочки включены параллельно друг к другу и соответственно последовательно с выключателем, то напряжение на каждой из них будет равным и таким способом можно соединять источники света разной мощности. Главное условие — это то что рабочее напряжение, при котором они нормально работают, должно быть равно напряжению источника питания. Если в этом случае применяется понижающее устройство с системой выпрямления, то размыкающий контакт должен рассоединять цепь перед преобразователем, как показано на рисунке.

В данном случае несущественно, будет включаться два или три источника света. Чаще всего это галогенные и светодиодные лампы, рассчитанные на пониженное напряжение 12 или же 24 Вольта.

При последовательном соединении ситуация кардинально меняется. Напряжение питания будет разделено на количество лампочек, то есть если сеть 220 Вольт, то на двух подключенных в последовательную цепь, источниках искусственного света, напряжение будет равно примерно 110 Вольт. Это нужно учесть при их выборе и покупке. Ещё один нюанс при таком соединении связан с мощностью каждого из них. Она должна быть одинакова или же максимально близка друг к другу, т.к. при таком соединении ток одинаковый на всех участках цепи. Если одна лампа будет мощностью 500 Вт, а другая 50 Вт, то в лампочке с меньшей мощностью, связанной одним проводом друг с другом, всё равно будет протекать больший ток, соответствующий самой мощной нагрузке. Лампочка с меньшей мощностью мгновенно перегорит. Это правило действуют на все виды источников ламп, от накаливания до светодиодных.

Если нужно подключить с сети или с розеток светодиодный источник света, то зачастую он состоит из так называемого драйвера, устанавливаемого внутри корпуса лампочки. Он выполняет сразу несколько функций: выпрямительную и понижающую. Для последовательного подключения данные осветительные приборы не предназначены, только для параллельного.

Для люминесцентных источников дневного света, как с электронным пусковым устройством, так и со стартером, последовательное подключение встречается чаще всего в растровых светильниках, так как позволяет с помощью одного дросселя и двух стартеров обеспечить стабильную работу. При этом сам стартер выбирается на 127 В с расчётом рабочего напряжения стандартной сети 220 Вольт. Выключатель в этой схеме используется обычный одноклавишный и разрывает своим контактом тоже фазный провод.

Что же касается параллельного подключения нескольких люминесцентных светильников или же компактных ламп, работа которых основана на свечении люминофора, нанесённого на стеклянной трубке, то в этой ситуации можно подключать какое-либо количество к одному выключателю как одноклавишному, так и двухклавишному. Главное, при этом учесть мощность всех источников света, от которой напрямую зависит ток в их цепи. У любого выключателя он ограничен и указан в техническом паспорте, на упаковке или же корпусе. Если, допустим, указан ток 5 А, то превышать его значение не стоит, так как это очень быстро приведёт в негодность сам размыкающий контакт.

Чтобы полностью разобраться с последовательным и параллельным подключением лампочек, рекомендуем просмотреть видео:

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.

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

Существующие способы подключения

Розетки в количестве больше двух штук соединяются тремя способами: последовательно, параллельно и смешанно. Электрики используют другие термины – звездой (для первого варианта), шлейфом (для второго). Прежде чем выбрать один из методов, необходимо выяснить плюсы и минусы каждого, и выбрать подходящий для конкретной квартиры.

Если в помещении проведена электрика, важно учитывать способ разводки кабелей и общую доступную мощность. Новые могут превысить предел, провод придется тянуть от щитка

Параллельное подключение

Суть метода – подключение розеток в одном распределительном блоке, на который приходится вся нагрузка при включении электрооборудования. От общедомового щитка к распредкоробке протягивают кабель, от него тянут разводку на каждую точку питания (провода отдельные).

Плюсом способа является независимая работа каждой точки питания и выключателя. Если одно устройство перегорит, другие продолжат работу. Но если основной провод придет в негодность, напряжение пропадет полностью. В такой ситуации проще найти разрыв и устранить неисправность.

Последовательное соединение

Подключение шлейфом означает последовательный переход от первой розетки к следующей. Вместо скруток проводов используются контакты устройств. На первый механизм подключают фазовый и нулевой кабели, потом на следующий и последовательно до последнего.

Способ «чистом виде» используют редко. Например, если нужно поставить дополнительную розетку или выключатель или переставить одно из устройств на некоторое расстояние. Во второй ситуации старую точку доступа оставляют, от нее проводят к новому месту – так меньше придется штробить стены.

Смешанное соединение и заземление при последовательном подключении

Если принято решение использовать последовательное соединение розеток, можно усилить общую конструкцию, использовав смешанный способ. Суть метода заключается в следующем:

К распределительной коробке от общедомового щитка подводят центральный кабель.
На предварительном плане электропроводки выбирают наиболее отдаленную точку доступа к питанию.
Выбранная розетка подключается от кабеля распредкоробки.
От этого устройства запитываются остальные.

Такой способ повышает надежность сети. Если розетка выходит из строя, остальные продолжают работать. Отключение всей системы возможно только в случае неисправности основного кабеля, скрутки в распредкоробке.

Такая техника имеет минусы – большая длина используемых проводов, необходимость установить несколько распредкоробок (на каждое ответвление). Чтобы точно знать, можно ли в сеть включать высокомощные приборы, необходимо рассчитывать напряжение до этапа проводки кабелей. Точный расчет поможет выбрать, как подключить розетки в итоге – последовательно, параллельно или смешанно.

Кольцевое соединение

Подобный способ подключения является редкостью в постсоветских странах. Метод имеет ряд неоспоримых преимуществ, поэтому в последнее время набирает популярность.

Как правильно соединить розетки между собой при кольцевом соединении:

От основного (общедомового) щитка в квартиру (дом, дачу) проводят общий кабель вкруговую.
В каждой комнате (помещении) на главном проводе делается врезка, устанавливается распределительная коробка и проводится отдельный круг на отдельное помещение.
В последнюю очередь проводят ответвления на каждую точку доступа.

Параллельное соединение розеток в модульном блоке

Имеется розеточный модуль, в котором выполнено параллельное соединение розеток. Конечно, все они продаются уже в собранном виде, но я хотел бы разобрать и объяснить сам принцип подключения. Чтобы подсоединить провода к розетке-блоку, необходимо, прежде всего, снять крышку, отвинтив крепящие ее винты.

Если теперь посмотреть внимательно на конструкцию розетки, можно увидеть, что клеммы приемных отверстий соединены между собой параллельно. Чтобы подвести напряжение ко всем клеммам, достаточно подсоединить провода к любой их паре.

Давайте разберем, как выполняется подключение проводов в таком блоке. Снимаем все установленные провода и для наглядности берем разноцветные: коричневый провод – фаза, синий провод – ноль.

Как видно на фото блок состоит из четырех розеток. В каждой розетке, как и в любой другой есть по два контакта. Наша задача подключить все розетки так чтобы они работали не зависимо друг от друга, а это можно сделать, применив .

На самом деле все довольно просто. Допустим, что правый контакт розетки — ноль, левый фаза. На правый контакт каждой розетки подключаем синий провод: от первой на вторую, со второй на третью и т.д. На левый контакт каждой розетки аналогично подключаем коричневый провод.

В данном розеточном модуле предусмотрены контакты заземления. Заземляющий провод к ним подключается с помощью болта и шайбы, поэтому его мы скрутим кольцом. Фазный и нулевой провод оставим прямыми, так как в самих контактах розетки провода фиксируются с помощью прижимной пластины

При подключении нужно обращать внимание и на цвет изоляции проводов

К клемме заземления подключается обычно желтый провод, к «фазе» и «нулю» – голубой и коричневый. Если заземляющий провод многожильный (состоит из многих тонких проводков), то после сворачивания колечком его желательно облудить. В противном случае отдельные проводки могут выпирать из-под шайбы с винтом, и контакт будет не полным. Это же относится и к проводам «фазы» и «нуля».

После снятия изоляции (длиной примерно 1 см) их необходимо скрутить плоскогубцами и облудить. При покупке розеток модульного типа, как на примере, желательно перед установкой проверить правильность подключения и надежность соединения контактов. При необходимости контакты нужно подтянуть.

Подсоединив жилы к клеммам, провод в точке разветвления желательно прикрепить к корпусу розетки – чтобы его нельзя было выдернуть. Способ крепления может быть различным в зависимости от конструкции розетки. Можно использовать лейкопластырь или пластинку из металла с отверстиями по краям. Некоторые розетки имеют в своей комплектации специальный хомутик для этого.

В заключение нужно проверить правильность подсоединения, подключив к каждой паре приемных гнезд какой-нибудь электроприбор с евророзеткой. Заодно проверяется и легкость включения/выключения.

Если вилка вставляется и извлекается с чрезмерным усилием, нужно подогнуть контакты заземления, выступающие по бокам. Перед установкой крышки в ней нужно прорезать боковое отверстие для провода. Обычно для него уже имеется наметка в крышке. Требуется всего лишь вырезать обозначенное место и, установив крышку на место, привернуть ее винтами.

Соединение розеток шлейфом

Иногда возникает необходимость установить дополнительную розетку, подключив ее параллельно к уже установленной. Такая схема подключения экономичнее, чем прокладывание отдельного провода.

В этом случае провода от новой розетки нужно подключить к клеммам установленной розетки таким образом, чтобы «фаза» была подключена к «фазе», а «ноль» – к «нулю». Обычно в розетках фазный провод располагается справа.

Подключая электрические устройства и соединяя между собой провода, нужно проследить, чтобы металл соединяемых проводов был одинаков. Т.е. медная жила должна соединяться к медной, а алюминиевая – с алюминиевой.

При контакте меди с алюминием происходит окисление металлов (в виде белого налета), приводящее в конечном итоге к нарушению контакта. Если условие одинаковости металла соединяемых жил обеспечить невозможно, нужно облудить контактирующие кончики проводов (это не спасет от окисления, но замедлит его процесс). О том как выполнить шлейфом поговорим в следующей статье.

Похожие материалы на сайте:

Какой способ лучше?

Метод «шлейфов» не слишком удобен только тем, что любой потребитель по цепи зависит от предыдущего. Например, если произойдёт обрыв провода на второй розетке, то третья и четвёртая также останутся без напряжения. Но при этом нельзя не выделить экономию проводника при начальном монтаже электропроводки.

Рисунок 3: Комбинированное соединение розеток

К тому же, «шлейфом» очень удобно проводить линии, когда необходимо минимизировать количество штроб в стенах. А делают это при монтаже проводки по полу или потолку, в специальной гофрированной трубе. Тогда остаётся провести только основные штробы к розеткам и между ними.

Вывод: прокладка электропроводки «шлейфом» удобна и экономична, не занимает много времени в процессе монтажа, имеет длительный эксплуатационный срок и совсем незначительные недостатки, которые можно оставить без внимания.

Схемы подключения других типов ламп

Чтобы правильно подключить другие виды осветительных приборов, нужно сначала узнать их принцип работы и ознакомиться со схемой подключения. Каждый из типов ламп требует определенных условий для работы. Процесс накаливания спирали совсем не предназначен для излучения света. В области больших мощностей и площади их заметно потеснили газоразрядные приборы.

Люминесцентные лампы

Кроме ламп накаливания, часто применяются и галогенные, и люминесцентные трубчатые лампы (ЛЛ). Последние распространены в административных зданиях, боксах для покраски автомобилей, гаражах, производственных и торговых помещениях. Немного реже их применяют дома, например, на кухне для подсветки рабочей зоны.

ЛЛ нельзя подключить напрямую к сети 220 В, для розжига нужно высокое напряжение, поэтому используется специальная схема:

дроссель, стартер, конденсатор (не обязательно);
электронный балласт.

Первая схема применяется все реже, отличается меньшим КПД, гудением дросселя и мерцанием светового потока, который часто не заметен глазу. Подключение электронного балласта часто изображено на корпусе.

Подключается либо одна лампу, либо две последовательно, в зависимости от ситуации и того, что есть в наличии, также и с электронным балластом.

Конденсатор между фазой и нулем нужен для компенсации реактивной мощности дросселя и снижения сдвига фазы, цепь запустится и без него.

Обратите внимание на то, как подсоединяются лампы, в освещении люминесцентным светом нельзя пользоваться теми же правилами, что и при работе с лампами накаливания. Похожим образом обстоит дело и с ДРЛ и ДНАТ-лампами, но они редко встречаются в быту, чаще в промышленных цехах и уличных фонарях

Галогенные источники света

Этот тип часто применяется в точечных светильниках на подвесных и натяжных потолках. Подходят для освещения мест с повышенной влажностью, поскольку выпускаются для работы в цепях с пониженным напряжением, например, 12 вольт.

Для питания используют сетевой трансформатор 50 Гц, но габариты велики и со временем он начинает гудеть. Лучше для этого подойдет электронный трансформатор, на него приходит 220 В с частотой 50 Гц, а уходит 12 В переменного тока с частотой в несколько десятков кГц. В остальном подключение аналогичное с лампами накаливания.

Схема с одноклавишным выключателем

Всё абсолютно аналогично, только в этом случае в распределительную коробку приходят четыре двухжильных провода – один из питающей сети, второй от одноклавишного выключателя, и два от лампочек.

В коробке производятся следующие соединения:

нулевая жила сетевого провода соединяется с нулевыми жилами ламп накаливания;
фазная жила сетевого провода соединяется с жилой, идущей на вход выключателя;
жила от выходящего контакта выключателя соединяется с двумя фазными жилами лампочек.

Такая схема применяется, когда лампы накаливания установлены в разных направлениях. Если в одном направлении, то для экономии провода, вторую лампочку можно подключить от патрона первой.

Как видите, ничего сложного нет. Если вы мало-мальски знакомы с электротехникой и физикой, то вполне сможете самостоятельно подключить две лампочки на один выключатель.

Часто при электромонтаже освещения зданий необходимо сделать так, чтобы лампы одного из помещений включались с двух выключателей. Обычно так устроена разводка на лестничных маршах. Выключатели такого вида называются проходными и наиболее сложны в монтаже. Но в обычной квартире нужды в подобных схемах нет.

Наиболее используемым в жилых помещениях является вариант, при котором несколько ламп включаются одновременно с одного выключателя. Это может быть и точечная подсветка с тремя и более светильниками, а возможно и несколько светодиодных лент. И вот тут при отсутствии знаний такого монтажа возникают трудности, хотя особых сложностей в этом нет.

Необходимо рассмотреть несколько возможных схем подключения потребителей, чтобы понять суть такой работы. К тому же и двойные выключатели имеют свои особенности подключения.

Правила параллельного соединения, схема

Все устройства, которые соединены параллельно или последовательно, функционируют по собственным правилам. Они базируются на основных законах электротехники и некоторых тонкостях.

Порой эти тонкости не являются очевидными для тех, кто мало разбирается в теме. Работая с той или иной схемой подключения, нужно учитывать:

для последовательного соединения характерны одинаковые показатели тока на всех участках;
в каждом конкретном виде соединений закон Ома приобретает собственное значение — в последовательном подключении напряжение соответствует напряжению на всех частях цепи;
при параллельном соединении напряжение отдельных участков цепи не складывается — оно одинаково везде;
сила тока при соединении параллельного типа соответствует общей силе тока всех ветвей цепи.

Удачи в подключении!

Применение

В быту параллельное соединение встречается очень часто. Например елочные гирлянды, где все лампочки имеют максимальную яркость свечения.

Подключением можно создавать интерьерную подсветку любой длины. Замена сгоревшего элемента делается легко. Два прибора по 60 Вт можно поменять на одну лампу мощностью 10 Вт без ущерба для параметров освещенности. Это свойство цепи используется опытными электриками для выявления фазы в трехфазных сетях.

Галогенные лампы и приборы накаливания не только дают яркое свечение, но нагревают окружающую среду. По этой причине их часто используют в гаражах, ангарах или мастерских для отапливания помещений. Для этого подключают приборы к сети, размещая в металлическом блоке. Конструкция прогревается до 60 градусов и поддерживает комфортную температуру в помещении. Однако высокие мощности приводят к частому перегоранию ламп.

Параллельное подключение применяется в ленточных подсветках, люстрах, уличном освещении. Каждой лампой при этом можно управлять отдельно, что повышает удобство использования общей сети. Надо лишь вмонтировать в систему нужное количество выключателей.

В домах и квартирах параллельно подключаются к сети не только приборы освещения, но и различная аппаратура.

При создании осветительных приборов со светодиодными элементами нередко используется смешанное подключение на основе последовательной цепи нагрузок с последующим параллельным соединением ее с такой же цепочкой.

Параллельное соединение источников питания

Но что будет, если источники питания соединить параллельно? Давайте же рассмотрим это с точки зрения той же самой гидравлики. Имеем те же самые башни, в которых воды до самых краев:

Нет, здесь мы не будет извращаться. Мы просто соединим наши башни у самого основания трубой:

Давление на дно у каждой башни изменится? Думаю, нет. Оно останется таким же, как в одной из башен. А что поменялось? Поменялся просто объем воды. Ее стало в 2 раза больше.

Но вы можете сказать, что в первом случае у нас тоже воды стало в 2 раза больше!

Да, все оно так, но здесь важное значение имеет именно то, что давление на дно башни изменилось и стало также в два раза больше. Если сделать врезку одинакового диаметра прямо у подножия водобашни, то в случае, когда водобашни стоят одна на другой сила потока воды будет в два раза быстрее, чем если бы мы делали точно такую же врезку на картинке, где мы соединяли водобашни трубой

Более подробно эту мысль я еще озвучивал в статье про Закон Ома.

Если всю эту мысль спроецировать на наши источники питания, то получается, что при последовательном соединении у нас суммировалась напряжение, а при параллельном должна суммироваться сила тока. Но это не значит, что нагрузка, которая кушала, к примеру, 1 Ампер, после того, как мы ее цепанем к двум параллельным источникам питания, будет кушать 2 Ампера. При параллельном соединении у нас напряжение остается таким же, а вот емкость батарей увеличивается. Но нагрузка все равно будет кушать тот же самый 1 Ампер, иначе бы все это противоречило закону Ома.

Настало время все это рассмотреть на реальном примере. Итак, замеры мы уже делали. Осталось соединить два источника питания параллельно, в нашем случае это аккумуляторы li-ion:

Как вы видите, напряжение не изменилось.

При параллельном соединении источников питания должно соблюдаться условие, что на них должно быть одинаковое напряжение.

Вот сами подумайте, что может произойти, если одна из башен будет пустая?

Думаю, нетрудно догадаться, что вода из одной башни будет перетекать в другую башню, пока их уровень не выровняется (закон сообщающихся сосудов), если у одной башни сломался насос и она пустая.

То же самое и с источниками питания. Нельзя соединять источники питания разных напряжений параллельно. Это чревато тем, что вы убьете здоровые аккумуляторы, а дохлые так и останутся дохлыми или чуток зарядятся. Если разница между напряжениями аккумулятора большая, то в такой цепи может течь бешеная сила тока, которая вызовет нагрев и даже возгорание аккумуляторов.

Нельзя соединять источники питания разных напряжений параллельно

Взаимная зависимость электрических величин

Теперь необходимо определиться, как все вышеперечисленные величины зависят одна от другой. Правила зависимости несложны и сводятся к двум основным формулам:

I=U/R.
P=I*U.

Здесь I – ток в цепи в амперах, U – напряжение, подводимое к цепи в вольтах, R – сопротивление цепи в омах, P – электрическая мощность цепи в ваттах. Предположим, перед нами простейшая электрическая цепь, состоящая из источника питания с напряжением U и проводника с сопротивлением R (нагрузки).

Поскольку цепь замкнута, через нее течет ток I. Какой величины он будет? Исходя из вышеприведенной формулы 1, для его вычисления нам нужно знать напряжение, развиваемое источником питания, и сопротивление нагрузки. Если мы возьмем, к примеру, паяльник с сопротивлением спирали 100 Ом и подключим его к осветительной розетке с напряжением 220 В, то ток через паяльник будет составлять:

220 / 100 = 2,2 А.

Какова мощность этого паяльника? Воспользуемся формулой 2:

2,2 * 220 = 484 Вт.

60 / 220 = 0,27 А или 270 мА.

Сопротивление спирали лампы в рабочем режиме:

220 / 0,27 = 815 Ом.

Понятия последовательного и параллельного подключения потребителей

Несколько строк теоретической части, так как для многих пользователей последовательное и параллельное подключение – это дремучий лес. Рассмотрим варианты подключения на примере электропроводки в стандартной квартире.

Параллельное подключение. От элекрощитовой 3 провода проложены до распределительной коробки, где посредством клемм соединены с 3-4 группами таких же проводов. Каждая группа идёт на отдельную розетку. При перегорании проводников одной розетки все остальные будут исправно работать.

Рисунок 1: Параллельное подключение розеток

Последовательное подключение. Фазный провод от электрощитовой проложен до первого потребителя, от которого выходит и подаётся ко второму, третьему и т.д. При перегорании проводника, который идёт на первый потребитель, напряжение пропадёт и на всех остальных.

Наиболее актуальное применение последовательного подключения – ёлочная гирлянда. В квартирах такой вариант используют крайне редко.

Электрические цепи. Последовательное и параллельное соединения проводников

Подробности: Просмотров: 346

«Физика — 10 класс»

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

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

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

Последовательное соединение проводников.

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

Сила тока в обоих проводниках одинакова, т. е.

I₁ = I₂ = I. (15.5)

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

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

U = U₁ + U₂.

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

R = R₁ + R₂. (15.6)

Это правило можно применить для любого числа последовательно соединённых проводников.

Напряжения на проводниках и их сопротивления при последовательном соединении связаны соотношением

Параллельное соединение проводников.

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

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

I = I₁ + I₂. (15.8)

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

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

Отсюда следует, что для двух проводников

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

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

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

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

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

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

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

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