На рисунке показано последовательное соединение, в которое включены три лампочки и источник тока.
Если такое соединение подключают к источнику тока, тогда через все потребители течёт ток одинаковой силы .
I = I 1 = I 2 = I 3 = .
При последовательном соединении электрическое напряжение между полюсами источника тока постепенно распределяется на все последовательно включённые потребители. Напряжение на каждом участке можно рассчитать по закону Ома: (U = IR). Напряжение, которое таким образом рассчитано для участка цепи, называют падением напряжения .
U = U 1 + U 2 + U 3 + .
Общее сопротивление при последовательном соединении является суммой всех отдельных сопротивлений.
R = R 1 + R 2 + R 3 + .
Недостаток последовательного соединения такой: если на одном из участков цепи какой-либо из потребителей не работает (например, перегорела одна лампочка), тогда ток не течёт во всей цепи. Примером последовательного соединения является гирлянда новогодних лампочек.
Чем больше проводников включены в цепь последовательного соединения, тем будет больше общее сопротивление цепи и, вместе с тем, — меньше сила протекающего в цепи тока.
Рис. (2). Проводники
Источники тока выгодно связывать последовательным соединением (соединяя противоположные полюса), так как при этом общее напряжение цепи становится больше.
Рис. (3). Несколько источников тока
Последовательно с потребителем в цепь включают электрический предохранитель . Предохранитель размыкает электрическую цепь, если сила тока превышает допустимое значение.
Последовательное соединение проводников
При последовательном соединении конец первого проводника соединяют с началом второго, конец второго — с началом третьего и т. д.
Последовательное подключение обычно используется в тех случаях, когда необходимо целенаправленно включать или выключать определенный электроприбор. Например, для работы школьного электрического звонка требуется соединить его последовательно с источником тока и ключом.
Вот некоторые примеры использования схемы последовательного соединения:
- освещение в вагонах поезда или трамвая;
- простейшие елочные гирлянды;
- карманный фонарик;
- амперметр для измерения силы тока в цепи.
Законы последовательного соединения проводников
- При последовательном соединении сила тока в любых частях цепи одна и та же: I = I1 = I2 = … = In. Если в цепи с последовательным способом соединения одна из ламп выйдет из строя и через нее не будет протекать электрический ток, то и через оставшиеся лампы ток проходить не будет. Вспомним Анфису и ее гирлянду: когда одна из зеленых лампочек перегорела, то ток, проходящий через нее, стал равен нулю. Следовательно, и другие зеленые лампочки, включенные последовательно, не загорелись. Чтобы починить гирлянду, нужно определить перегоревшую лампочку и заменить ее.
- При последовательном соединении общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников: Rэкв = R1 + R2 + … + Rn.
- При последовательном соединении общее напряжение цепи равно сумме напряжений на отдельных участках: Uэкв = U1 + U2 + … + Un.
Пример решения задачи
В цепь с напряжением 220 В включена лампа, через нее протекает ток силой 20 А. Когда к лампе последовательно подключили реостат, сила тока в цепи уменьшилась до 11 А. Чему равно сопротивление реостата?
Параллельное и смешанное соединение проводников | Физика 8 класс #18 | Инфоурок
Решение.
- По закону Ома определим сопротивление лампы: R1 = U / I1 = 220 / 20 = 11 Ом.
- Также по закону Ома определим общее сопротивление цепи при включенном реостате: R = U / I2 = 220 / 11 = 22 Ом.
- При последовательном соединении сопротивления лампы и реостата складываются: R = R1 + R2.
- Зная общее сопротивление цепи и сопротивление лампы, определим искомое сопротивление реостата: R2 = R − R1 = 22 − 11 = 11 Ом.
Ответ: сопротивление реостата равно 11 Ом.
К сожалению, последовательное соединение не всегда оказывается удобным. Например, в торговом центре «Ашан» работает с 9:00 до 23:00, кинотеатр — с 10:00 до 02:30, а магазины — с 10:00 до 22:00. При последовательном соединении цепи свет должен будет гореть во всем ТЦ с 9:00 до 02:30. Согласитесь, что такой режим работы экономически невыгоден даже при минимальном тарифе на электроэнергию. В этом случае удачным решением будет использование параллельного соединения.
Параллельное соединение проводников
При параллельном соединении начала всех проводников соединяются в одной общей точке электрической цепи, а их концы — в другой.
Параллельное соединение используют в тех случаях, когда необходимо подключать электроприборы независимо друг от друга. Например, если отключить чайник, то холодильник будет продолжать работать. А когда в люстре перегорает одна лампочка, остальные все так же освещают комнату.
Приведем еще несколько примеров применения параллельного способа соединения:
- освещение в больших торговых залах;
- бытовые электроприборы в квартире;
- компьютеры в кабинете информатики;
- вольтметр для измерения напряжения на участке цепи.
Параллельное соединение проводников: формулы
- Напряжение при параллельном соединении в любых частях цепи одинаково: U = U1 = U2 = … = Un. Как вы помните, все бытовые электроприборы рассчитаны на одинаковое номинальное напряжение 220 В. Да и согласитесь, куда проще делать все розетки одинаковыми, а не рассчитывать напряжение для каждого прибора при их последовательном соединении.
- Сила тока при параллельном соединении (в неразветвленной части цепи) равна сумме сил тока в отдельных параллельно соединенных проводниках: Iэкв = I1 + I2 + … + In. Электрический ток растекается по ветвям обратно пропорционально их сопротивлениям. Если сопротивления в ветвях равны, то и ток при параллельном соединении делится между ними поровну.
- Общее сопротивление цепи определяется по формуле: 1 / Rэкв = 1 / R1 + 1 / R2 + … + 1 / Rn. Для двух параллельно соединенных проводников формулу можно записать иначе: Rэкв = (R1 · R2) / (R1 + R2).
Если n одинаковых проводников, каждый из которых имеет сопротивление R1, соединены параллельно, то общее сопротивление участка цепи можно найти, разделив сопротивление одного из проводников на их количество:
Вернемся к Анфисе и ее гирлянде. Мы уже разобрались, почему перестали гореть все зеленые лампочки. Пришло время узнать, почему продолжили гореть все остальные. В современных гирляндах используют параллельное и последовательное соединение одновременно. Например, лампочки одного цвета соединяют последовательно, а с другими цветами — параллельно. Таким образом, отключение ветви с зелеными лампочками не повлияло на работу остальной части цепи.
Пример решения задачи
Два резистора с сопротивлениями 10 Ом и 11 Ом соответственно соединены параллельно и подключены к напряжению 220 В. Чему равна сила тока в неразветвленной части цепи?
Решение.
- Определим общее сопротивление при параллельном соединении проводников: R = (R1 · R2) / (R1 + R2) = (10 · 11) / (10 + 11) = 110 / 21 Ом ≈ 5,24 Ом.
- По закону Ома определим силу тока в цепи: I = U / R = 220 / (110 / 21) = 42 А.
Ответ: сила тока в неразветвленной части цепи равна 42 А.
Выберите идеального репетитора по физике
15 000+ проверенных преподавателей со средним рейтингом 4,8. Учтём ваш график и цель обучения
