Электрические цепи. Последовательное и параллельное соединения проводников

Электрические цепи. Последовательное и параллельное соединения проводников

Подробности

Просмотров: 506

«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 R

1 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 R

1 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.

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, 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»

Последовательное и параллельное соединения проводников

От источника тока энергия может быть передана по проводам к устройствам, потребляющим энергию: электрической лампе, радиоприёмнику и так далее.

Совокупность устройств и элементов, предназначенных для протекания электрического тока, называют электрической цепью.

Любая электрическая цепь содержит, во-первых, источник тока, создающий необходимое напряжение, а во-вторых, нагрузку, то есть то устройство, в котором нужно создать ток и использовать одно из его действий. Нагрузкой может быть нагреватель или лампа накаливания (здесь используют тепловое действие тока), электродвигатель или звонок (используется магнитное действие тока), аккумулятор (это проявление химического действия тока). Звеньями же цепи являются соединительные провода и ключ, служащий для удобства и безопасности работы.

Рисунки, на которых изображены способы соединения электрических приборов в цепь, называются электрическими схемами.

Приборы на схемах принято обозначать условными знаками, часть из которых представлена на экране в виде таблицы.

Электрические цепи, с которыми приходится иметь дело на практике, обычно состоят не из одного проводника, а из системы различных проводников, которые могут быть соединены между собой по-разному.

Рассмотрим простую цепь, составленную из источника ток, ключа и двух проводников. Обратите внимание на то, что в представленной цепи конец одного проводника соединяется с началом другого, его конец — с началом третьего и так далее. Проще говоря, проводники имеют по одной общей точке. Такое соединение проводников принято называть последовательным соединением.

Как вы уже знаете, в проводниках, по которым течёт постоянный ток, электрический заряд не накапливается, и через любое поперечное сечение проводника за определённое время протекает один и тот же заряд. Следовательно, ток во всех частях последовательно соединённой цепи в каждый данный момент времени одинаков:

Напряжение же на концах каждого из проводников будет различно. Покажем это. Пусть I — это сила тока в цепи, R₁ и R₂ — сопротивления проводников, a U₁ и U₂ — напряжения на концах этих проводников.

На основании закона Ома мы с вами можем записать, что напряжения на концах проводников пропорциональны силе тока в цепи и их сопротивлениям:

Разделив первое равенство на второе, получим, что при последовательном соединении напряжения на проводниках пропорциональны их сопротивлениям:

Только при таком распределении напряжений и становится возможным один и тот же ток во всех участках цепи.

А полное напряжение на обоих проводниках (или напряжение на полюсах источника тока) равно сумме напряжений на отдельных проводниках:

Это легко проверить, если измерить напряжение на концах обоих проводников и на двух проводниках одновременно.

Также записанное нами равенство вытекает из того, что напряжение есть величина, измеряемая работой, совершаемой при перемещении единицы заряда на данном участке цепи:

Работа же по перемещению заряда во всех последовательно соединённых проводниках равна сумме работ на отдельных проводниках.

Применяя закон Ома для всего участка цепи с последовательным соединением и для каждого проводника в отдельности, нетрудно показать, что полное сопротивление участка цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников:

Совершенно аналогично можно показать, что в случае п последовательно соединённых проводников общее сопротивление участка цепи, состоящей из нескольких последовательно соединённых проводников, равно сумме сопротивлений отдельных проводников:

Рост сопротивления цепи при добавлении в неё новых проводников объясняется увеличением длины проводящей части. Поэтому сопротивление цепи становится больше сопротивления одного проводника.

На практике последовательное соединение нескольких проводников используется очень редко, например, в ёлочной гирлянде. Дело в том, что недостатком такого соединения является то, что в такую цепь можно подключать только тех потребителей, которые рассчитаны на одинаковую силу тока. Кроме того, если в такой цепи выключить ток в одном звене (например, перегорит одна из лампочек в гирлянде), то разрывается вся цепь.

Этих недостатков лишена цепь, в которой потребители соединены параллельно.

Параллельное соединение — это такое соединение проводников, при котором одни их концы соединены в один узел, другие концы — в другой узел.

Узлом принято называть точку разветвлённой цепи, в которой сходятся более двух проводников.

Следствием этого является то, что напряжение на каждом параллельно соединённом проводнике одинаково и равно напряжению на всём участке параллельно соединённых проводников:

При параллельном соединении ток распределяется по проводникам так же, как поток воды, разветвляющийся на два параллельных канала. Количество воды, протекающее ежесекундно через неразвтвлённую часть потока воды, равно сумме количеств воды, протекающих ежесекундно через каждый из каналов.

Аналогично обстоит дело и с прохождением электрических зарядов через параллельно соединённые проводники. Включив амперметры в цепь до разветвления и в каждую ветвь разветвления, можно убедиться, что ток в неразветвлённой части цепи равен сумме токов, текущих в отдельных параллельно соединённых проводниках:

Этот опыт служит лишь подтверждением того, что в случае установившегося тока электрические заряды не скопляются в точках разветвления, а сколько их подходит к точкам разветвления, столько же и уходит.

Обозначим сопротивление каждого из разветвлённых участков цепи через R₁ и R₂, a напряжение во всей цепи через U. Теперь применим к каждой ветви закона Ома для участка цепи:

И выразим из этих формул напряжение.

Так как напряжение на каждом параллельно соединённом проводнике одинаково, то давайте приравняем правые части последних двух равенств:

Отсюда находим, что токи в отдельных ветвях разветвлённой части цепи обратно пропорциональны их сопротивлениям:

Третья закономерность параллельного соединения определяет общее сопротивление разветвлённого участка. Учтём, что сила тока в цепи равна сумме сил токов в ветвях, а напряжение везде одинаково. Тогда, на основании закона Ома, получим, что величина, обратная сопротивлению участка параллельно соединённых проводников, равна сумме величин, обратных сопротивлению отдельных проводников:

При этом общее сопротивление разветвлённой части цепи меньше наименьшего из сопротивлений её ветвей.

Нетрудно показать, что если в разветвление будет включено не два, а несколько проводников, то данная закономерность также будет выполняться:

Из этого равенства следует, что общее сопротивление участка цепи, состоящего из п параллельно соединённых проводников с одинаковым сопротивлением, в п раз меньше сопротивления одного из них:

Параллельное соединение — это основной способ включения в электрическую цепь различных потребителей, так как в одну и ту же электрическую цепь могут быть включены самые различные потребители. Однако следует иметь в виду, что параллельно включаемые в данную цепь потребители должны быть рассчитаны на одно и то же напряжение, соответствующее напряжению в цепи.

Большинство задач на расчёт цепи сводится к определению токов, текущих в отдельных её участках, по заданному напряжению и по сопротивлениям отдельных проводников.

Для примера рассмотрим цепь, представленную на рисунке.

Пусть нам известно общее напряжение, питающее цепь, и сопротивления включённых в цепь резисторов (сопротивлением амперметра мы пренебрегаем, так как оно очень мало). Пусть нам надо найти силу тока, протекающего по каждому из резисторов.

Прежде всего мы должны установить, из скольких последовательных участков состоит наша цепь. Легко видеть, что таких участков три, причём второй и третий участки представляют собой разветвления. Обозначим сопротивления трёх последовательных участков нашей цепи через R_I, R_II, R_III.

Тогда всё сопротивление цепи выразится как сумма сопротивлений этих участков:

Общее сопротивление цепи необходимо знать, так как заданное общее напряжение можно отнести только к полному общему сопротивлению цепи. Применяя закон Ома, мы найдём полный ток, текущий в нашей цепи:

Нетрудно увидеть, что сила тока на первом резисторе равна силе тока во всей цепи:

Для того чтобы найти токи в отдельных ветвях, надо предварительно найти напряжение на отдельных участках последовательных цепей. А поможет нам это сделать закон Ома:

Незабываем о том, что R_II и R_III — это эквивалентные сопротивления разветвлённых участков. Эти сопротивления мы с вами можем легко найти по закону параллельного соединения

Ну а дальше, зная напряжения на отдельных разветвлениях, найдём и токи в отдельных ветвях используя всё тот же закон Ома (при этом не забываем, что напряжение на концах всех параллельно соединённых проводников одно и то же):

Таким образом, задача, поставленная перед нами, полностью решена.

Электрические цепи. Параллельное и последовательное соединение проводников

Электрические цепи. Параллельное
и последовательное соединение
проводников
Электрическая цепь совокупность устройств,
по которым течет
электрический ток .
Электрическая
цепь
Источник
тока
Соединительные
провода
1) гальванический элемент
2) батарея;
3) аккумулятор;
4) электрофорная машина;
5) термоэлемент;
6) фотоэлемент;
7) генераторы.
Ключ
1)выключатели
2)кнопки,
3)рубильники
Потребитель
1) лампы,
2) пылесосы,
3) звонки
4)компьютеры ,
5)утюги,
6)холодильники

4. Компоненты простейшей цепи

6. Чертежи, на которых показаны способы соединения приборов в цепь, называются схемами

Схема простейшей электрической цепи
Электрическая цепь
Чтобы в цепи был ток, цепь должна быть замкнутой

7. Последовательное соединение

Последовательным считают такое
соединение проводников, при
котором конец первого проводника
соединяют с началом второго,
конец второго-с началом третьего и
т.д.
Пример соединения
Последовательное соединение проводников.
Измерение силы тока
А
R1
А
R2
А

10. Достоинства и недостатки последовательного соединения

Достоинства:
Имея элементы,
рассчитанные на малое
напряжение(например,
лампочки), можно
соединить их
последовательно в
необходимом количестве
и подключить источнику с
большим напряжением
(так устроены ёлочные
гирлянды)
Недостаток:
Достаточно одному
прибору (или
элементу) выйти из
строя, как цепь
размыкается, и все
остальные приборы
не работают

11. Параллельное соединение

Параллельным называется такое
соединение проводников, при
котором начала всех проводников
присоединяются к одной точке
электрической цепи, а их концы- к
другой.
Пример соединения

13. Параллельное соединение

V
А
А
R1
А
R2

14. Достоинства и недостатки параллельного соединения

Достоинства:
• Если одна из ветвей
выходит из строя
остальные продолжают
работать.
При этом каждую ветвь
можно подключать и
отключать отдельно
Недостаток:
Можно включать
приборы,
рассчитанные
только на данное
напряжение

15. Применение последовательного и параллельного соединений

16. Применение последовательного соединения

Основным недостатком последовательного соединения
проводников является то, что при выходе из строя одного из
элементов соединения отключаются и остальные
Так, например, если перегорит одна из ламп ёлочной
гирлянды, то погаснут и все другие
Указанный недостаток может обернуться и достоинством
Представьте себе, что некоторую цепь нужно защитить
от перегрузки: при увеличении силы тока цепь должна
автоматически отключаться
Как это сделать?(Например, использовать предохранители)
Приведите примеры применения последовательного
соединения проводников

17. Применение параллельного соединения

В одну и ту же электрическую цепь параллельно могут
быть включены самые различные потребители
электрической энергии
Такая схема соединения потребителей тока
используется , например, в жилых помещениях
Вопрос учащимся:
Как соединены между собой электрические приборы
в вашей квартире?

18. Законы последовательного и параллельного соединения

Электрическая цепь. Последовательное и параллельное соединение проводников

Электрическая цепь — совокупность устройств,
предназначенных для прохождения электрического
тока.
Неразветвленная
электрическая
цепь.
Сложная разветвленная электрическая цепь
усилителя звуковой частоты.
Обозначения элементов цепи
Гальваничесикий элемент
Лампа
накаливания
Переключатель
Ключ
Звонок
Электродвигатель
Резистор
Последовательным называется соединение, в всех
элементах которого течет один и тот же ток.
A
A
IA ?
Последовательным называется соединение, в всех
элементах которого течет один и тот же ток.
B
A
IB ?
Последовательным называется соединение, в всех
элементах которого течет один и тот же ток.
I
I1
I2
R1
U1
R2
U2
U
Законы
I I1 I 2
R R1 R 2
U
U1 U 2
Применение последовательного соединения
Последовательным называется соединение, в всех
элементах которого течет один и тот же ток.
V
1
A
I1 ?
Последовательным называется соединение, в всех
элементах которого течет один и тот же ток.
V
3
A
A
2
I2 ?
I3 ?
Параллельным называется соединение, при котором
все элементы подключаются к двум общим узлам
цепи.
Законы
I
R1
R2
U1
U
U2
R
I1
I2
R1* R2
R всегда меньше
R1 R2 меньшего
I I1 I 2
1 1
1
R R1 R2
U U1 U2
Для n одинаковых элементов, включенных
последовательно
I
I1
I2
Следствия
In
1
R
R R1* n
U
U1 U2
R
Un
параллельно
I I1* n
1 1
R1 R1
R1
1
R1
n
U U1 U2
Un
Применение параллельного соединения
Бытовая осветительная сеть

15. Задание на дом:

• Учить п.107 (смотрите по названию)
• Решить задачи №2 (Определите площадь
поперечного сечения…) и №3 (К концам
медного проводника длиной…) упр. 19

Электрические цепи Параллельное и последовательное соединение проводников

Электрические цепи. Параллельное и последовательное соединение проводников

Электрическая цепь совокупность устройств, по которым течет электрический ток.

Электрическая цепь Источник тока Соединительные провода 1) гальванический элемент 2) батарея; 3) аккумулятор; 4) электрофорная машина; 5) термоэлемент; 6) фотоэлемент; 7) генераторы. Ключ Потребитель 1) лампы, 1)выключатели 2) пылесосы, 3) звонки 2)кнопки, 4)компьютеры , 3)рубильники 5)утюги, 6)холодильники

Компоненты простейшей цепи

Некоторые условное обозначение физических приборов:

Чертежи, на которых показаны способы соединения приборов в цепь, называются схемами Схема простейшей электрической цепи Электрическая цепь Чтобы в цепи был ток, цепь должна быть замкнутой

Последовательное соединение Последовательным считают такое соединение проводников, при котором конец первого проводника соединяют с началом второго, конец второго-с началом третьего и т. д.

Пример соединения

Последовательное соединение проводников. Измерение силы тока А R 1 А R 2 А

Достоинства и недостатки последовательного соединения Достоинства: Имея элементы, рассчитанные на малое напряжение(например, лампочки), можно соединить их последовательно в необходимом количестве и подключить источнику с большим напряжением (так устроены ёлочные гирлянды) Недостаток: Достаточно одному прибору (или элементу) выйти из строя, как цепь размыкается, и все остальные приборы не работают

Параллельное соединение Параллельным называется такое соединение проводников, при котором начала всех проводников присоединяются к одной точке электрической цепи, а их концы- к другой.

Пример соединения

Параллельное соединение V А А R 1 А R 2

Достоинства и недостатки параллельного соединения Достоинства: • Если одна из ветвей выходит из строя остальные продолжают работать. При этом каждую ветвь можно подключать и отключать отдельно Недостаток: Можно включать приборы, рассчитанные только на данное напряжение

Применение последовательного и параллельного соединений

Применение последовательного соединения Основным недостатком последовательного соединения проводников является то, что при выходе из строя одного из элементов соединения отключаются и остальные Так, например, если перегорит одна из ламп ёлочной гирлянды, то погаснут и все другие Указанный недостаток может обернуться и достоинством Представьте себе, что некоторую цепь нужно защитить от перегрузки: при увеличении силы тока цепь должна автоматически отключаться Как это сделать? (Например, использовать предохранители) Приведите примеры применения последовательного соединения проводников

Применение параллельного соединения В одну и ту же электрическую цепь параллельно могут быть включены самые различные потребители электрической энергии Такая схема соединения потребителей тока используется , например, в жилых помещениях Вопрос учащимся: Как соединены между собой электрические приборы в вашей квартире?

Законы последовательного и параллельного соединения

Последовательное и параллельное соединение проводников

Последовательное соединение проводников

Проводники в электрических цепях могут соединяться как последовательным, так и параллельным способами.

Определение 1

В условиях последовательного соединения проводников (рис. 1.9.1) сила тока во всех проводниках одинакова:

I1 =I2=I.

Рисунок 1.9.1. Последовательное соединение проводников.

Опираясь на закон Ома, можно заявить, что напряжения U1 и U2 на проводниках равняются следующим выражениям:

U1=IR1, U2=IR2.

Общее напряжение U на обоих проводниках эквивалентно сумме напряжений U1 и U2:

U=U1+U2=I(R1+R2)=IR,

где R является электрическим сопротивлением всей цепи.

Из этого следует, что общее сопротивление R равняется сумме сопротивлений на входящих в данную цепь отдельных проводников:

R=R1+R2.

Данный результат применим для любого количества последовательно соединенных проводников.

Параллельное соединение проводников

Определение 2

В условиях параллельного соединения (рис. 1.9.2) напряжения U1 и U2 на обоих проводниках эквивалентны друг другу, из чего следует:

U1=U2=U.

Совокупность существующих в обоих проводниках токов I1+I2 равняется значению тока в неразветвленной цепи, то есть:

I=I1 + I2.

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Данный результат исходит из того, что заряды не могут копиться в точках разветвления, то есть в узлах A и B, цепи постоянного тока.

Пример 1

Так, например, узлу A за время Δt сообщается заряд IΔt, а уходит из узла за то же время зарядI1Δt+I2Δt. Таким образом, подтверждается выражение I=I1 + I2.

Рисунок 1.9.2.Параллельное соединение проводников.

Опираясь на закон Ома, запишем для каждой ветви:

I1=UR1, I2=UR2, I=UR,

где R является электрическим сопротивлением всей цепи, получим

1R=1R1+1R2

Определение 3

В условиях параллельного соединения проводников обратная общему сопротивлению цепи величина, равняется сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

Полученный вывод может быть применим для любого количества включенных параллельно проводников.

Применение формул для расчета сопротивления сложной цепи

Формулы для последовательного и параллельного соединений проводников дают возможность во многих случаях рассчитывать сопротивление сложной цепи, которая состоит из многих резисторов. На рис. 1.9.3 проиллюстрирована подобная сложная цепь и указана последовательность необходимых для расчета вычислений.

Рисунок 1.9.3. Расчет сопротивления сложной цепи. Сопротивления всех проводников указаны в омах (Ом).

Стоит акцентировать внимание на том факте, что далеко не каждая сложная цепь, состоящая из проводников с разными сопротивлениями, может быть рассчитана с использованием формул для последовательного и параллельного соединений. На рис. 1.9.4 изображена электрическая цепь, которую рассчитать данным методом не получится.

Рисунок 1.9.4. Пример электрической цепи, не сводящейся к комбинации последовательно и параллельно соединенных проводников.

Аналогичные иллюстрированной на рисунке 1.9.4 цепи, так же, как и цепи с разветвлениями, содержащие более одного источника, можно рассчитать, используя правила Кирхгофа.

Физика Электрические цепи. Последовательное и параллельное соединение проводников

Изучая тему «Электрический ток», мы встречались с целым рядом физических величин: 
— Сила тока; единица измерения — 1А; прибор для определения силы тока – амперметр, он  характеризует электрический ток. 
— Напряжение; единица измерения — 1В; прибор для определения – вольтметр, он характеризует электрическое поле. 
— Сопротивление; единица измерения – 1Ом; прибор для определения  сопротивления — омметр, он  характеризует проводник.
Мы изучаем электрический ток, величины, которые характеризуют его действия. Но порой незнание, пренебрежение законами физики, к действиям электрического тока, ведет к трагедиям. Кто-то оставил без присмотра  включенные электроприборы, кого –то убило током, об этом часто сообщают СМИ.
От чего может резко увеличиться сила тока? Почему загорается электропроводка? 
Рассмотрим условное обозначение на схемах электрических приборов.
От источника тока энергия может быть передана по проводам и устройствам, потребляющим энергию: электрической лампе, радиоприемнику и др. Для этого составляют электрические цепи различной сложности. Электрическая цепь состоит из источника энергии, устройств, потребляющих электрическую энергию, соединительных проводов и выключателей для замыкания цепи. Часто в электрическую цепь включают приборы, контролирующие силу тока и напряжение на различных участках цепи, — амперметры и вольтметры. К наиболее простым  и часто встречающимся соединениям проводников относятся последовательное и параллельное соединения.
При последовательном соединении электрическая цепь не имеет разветвлений. Все проводники включаются в цепь поочередно друг за другом. 
Сила тока во всех проводниках одинакова, так как в проводниках электрический заряд в случае постоянного тока не накапливается и через любое поперечное сечение проводника за определенное время проходит один и тот же заряд. 
Напряжение на концах рассматриваемого участка цепи складывается из напряжений на каждом из проводников.
Применяя закон Ома для всего участка в целом и для составляющих участков цепи, можно доказать, что полное сопротивление всего участка цепи при последовательном соединении равно сумме сопротивлений каждого из участков.
При параллельном соединении проводников электрический ток разветвляется на части. Точку разветвления проводников называют узлом. В узле электрический заряд не накапливается, следовательно, сила тока всей цепи равна сумме токов проходящих по каждому из ветвей цепи.
Напряжение на концах проводников, соединенных параллельно одно и то же.
Величина, обратная полному сопротивлению участка, равна сумме величин, обратных сопротивлениям отдельных проводников.
Решим задачи.
Вольтметр №1 показывает 12 Вольт. Каковы показания амперметра и вольтметра №2?
Запишем данные: сопротивление резистора №1 равно 6 Ом, резистора №2 – 2 Ом. На первый резистор подают напряжение в 12 вольт. Нужно определить силу тока во всей цепи и напряжение, поданное на второй резистор.
Ток во всей цепи равен току, проходящему через первый резистор, который можно определить по закону Ома как отношение напряжения на сопротивление первого резистора. Он равен двум амперам.
Теперь найдем напряжение на втором резисторе, умножив силу тока на сопротивление этого резистора. Получим 4 вольт.
Амперметр А показывает силу тока равную 1,6 (одной целой шести десятым) ампер при напряжении 120 вольт. Сопротивление резистора №1 равно  100 Ом. Определите сопротивление резистора №2 и показания амперметров А1 и А2.
По законам параллельного соединения напряжение на обоих резисторах будет по 120 вольт.
Ток в первом потребителе найдем по закону Ома, он равен 1,2 ампер.
Значит, во втором потребителе проходит ток в 0,4 ампер.
Снова воспользуемся законом Ома и определим, что второй резистор имеет сопротивление 300 Ом.
На рисунке изображена схема смешанного соединения проводников, сопротивления которых следующие: R1=3 Ом, R2=4 Ом, R3=5 Ом, R4=10 Ом, R5=5 Ом. Определить общее сопротивление на участке цепи.
Резисторы 1 и 2 соединены последовательно, поэтому применяем закон последовательного соединения для определения общего сопротивления на участке1-2.
Резисторы 3, 4, 5 соединены параллельно, поэтому применяем закон параллельного соединения для определения общего сопротивления на участке 3-5.
Участки1 -2 и 3- 5 соединены последовательно, опять применяем закон последовательного соединения для определения общего сопротивления всей цепи.
Различные проводники в цепи соединяются друг с другом последовательно и параллельно. В первом случае сила тока одинакова во всех проводниках, во втором случае одинаковы напряжения на проводниках. Чаще всего к осветительной сети различные потребители тока подключаются параллельно.
Основным недостатком последовательного соединения проводников является то, что при выходе из строя одного из элементов соединения отключаются и остальные. Так, например, если перегорит одна из ламп елочной гирлянды, то погаснут и все другие. Указанный недостаток может обернуться и достоинством. Представьте себе, что некоторую цепь нужно защитить от перегрузки: при увеличении силы тока цепь должна автоматически отключаться. Как это сделать? Например, использовать предохранитель. 
Шунт — сопротивление, подключаемое параллельно к амперметру (гальванометру), для расширения его шкалы при измерении силы тока. 
Если амперметр рассчитан на силу тока I0  (и нулевое), а с помощью него необходимо измерить силу тока, превышающую в n раз допустимое значение, то сопротивление, подключаемого шунта должно удовлетворять следующему условию.    
добавочное сопротивление — сопротивление, подключаемое последовательно с вольтметром (гальванометром), для расширения его шкалы при измерении напряжения. 
Если вольтметр рассчитан на напряжение U0 , а с помощью него необходимо измерить напряжение, превышающее в n раз допустимое значение, то добавочное сопротивление должно удовлетворять следующему условию. 
Решим задачу. На фотографии – электрическая цепь. Показания включенного в цепь амперметра даны в амперах. Какое напряжение покажет идеальный вольтметр, если его подключить параллельно резистору 3 Ом? 
Так как соединение в цепи – параллельное, то по третьему резистору будет проходить сила тока равная 0,8 ампер.
По закону Ома напряжение вычислим, умножив значения сопротивления и силы тока. Напряжение на третьем резисторе равно 2,4 вольт.
Действие электрического тока на живые организмы было открыто итальянским ученым  Луиджи  ГальвАни.  Ноябрьским днем 1770 г. он был поражен странным явлением: находившиеся на столе обезглавленные лягушки, над которыми профессор производил опыты, вздрагивали. Их лапки судорожно сокращались всякий раз, когда из стоявшей в кабинете электростатической машины извлекали яркие искры. Особенно сильными были содрогания лапок, когда к ним были присоединены проволоки, свисавшие до земли. Гальвани провел несколько опытов: в одном из них прикрепил к нерву лапки свежепрепарированной лягушки медный крючок, после чего подвесил лапку к железной решетке, окружавшей висячий садик его дома. Однако никакого действия атмосферы не последовало. И лишь тогда, когда под порывами ветра лапка случайно коснулась решетки забора, ее мускулы резко согнулись. В другом опыте он один проводник, соединенный с крышей дома, подключал к нервам задних конечностей лягушки, другой присоединенный к мускулам соединял с колодцем, т.е. опускал в воду.
     «Дело пошло совершенно по нашему желанию, как и в случае искусственного электричества,- писал  Гальвани,- именно сколько раз вспыхивала молния,  столько раз все мышцы в тот же момент впадали в сильнейшие и многократные сокращения, и как это обыкновенно происходит при вспышке молнии и мышечные движения, и сокращения этих животных предшествовали ударам грома и как бы возвещали о них». Гальвани решил, что в мускулах лягушки заключается «животное» электричество, поэтому при соединении проводниками (медные крючки и железная решетка  балкона) нерва с мускулами происходит разряд. 
Тело человека является проводником. Проходя по нему, электрический  ток может вызвать повреждение жизненно важных  органов, а иногда и смерть человека.
Тяжесть поражения током зависит от силы тока, прошедшего через человека, характера тока  (является ли он постоянным или переменным, т.е. изменяющимся по величине и направлению), продолжительности его действия, а также от того, по какому пути внутри человека он шел.
Наибольшую опасность представляет прохождение тока через мозг и те нервные центры, которые контролируют дыхание и сердце человека. Сопротивление человеческого тела не имеет постоянного значения. Оно зависит от состояния человека, его кожи, наличия на ее поверхности пота, содержание алкоголя в крови и т. д. Сухая, огрубевшая кожа имеет высокое сопротивление, а тонкая, нежная и влажная — низкое. Наиболее чувствительными к току являются такие участки тела, как кожа лица, шеи и тыльной стороны ладоней. Их сопротивление существенно меньше, чем у остальных частей тела. Но самым уязвимыми у человека являются так называемые  акупунктурные  точки на шее и мочках ушей: при ударе током в эти точки смертельным может оказаться даже напряжение 10-15 В.  
Наше здоровье, наша жизнь, жизнь и здоровье близких в наших руках — электробезопасности первоочередное внимание.
 

Последовательные и параллельные схемы

— Последовательные и параллельные схемы — Национальная версия 4 Physics Revision

Мы можем сделать два типа схем, которые называются серией и параллельными .

Компоненты в цепи соединены проводами.

Если нет ответвлений , то это цепь серии .

Если есть ответвления, это параллельная цепь .

Схемы серии

В телесериале вы получаете несколько эпизодов, один за другим.Последовательная схема аналогична. Вы получаете несколько компонентов один за другим.

Если вы проследите принципиальную схему от одной стороны ячейки к другой, вы должны пройти через все различные компоненты, один за другим, без каких-либо ответвлений.

Цепь с батареей и двумя последовательно включенными лампами.

Если вы включите больше ламп в последовательную цепь, лампы будут тусклее, чем раньше.

В последовательной цепи, если лампа выходит из строя или какой-либо компонент отключен, цепь разрывается, и все компоненты перестают работать.Цепи серии

полезны, если вы хотите получить предупреждение о том, что один из компонентов в цепи вышел из строя. Они также используют меньше проводов, чем параллельные цепи.

Параллельные цепи

В параллельных цепях разные компоненты подключаются на разных ветвях провода. Если вы проследите принципиальную схему от одной стороны ячейки к другой, вы сможете пройти через все различные компоненты, только если вы будете следовать всем ветвям .

Схема с батареей и двумя параллельно включенными лампами.

В параллельной цепи, если лампа ломается или компонент отключается от одного параллельного провода, компоненты на разных ветвях продолжают работать . И, в отличие от последовательной схемы, лампы остаются яркими, если вы добавите еще несколько ламп параллельно.

Параллельные схемы полезны, если вы хотите, чтобы компоненты продолжали работать, даже если один из компонентов вышел из строя. Вот почему в наших домах используются параллельные цепи.

11.1 Последовательные цепи | Последовательные и параллельные цепи

Последовательная цепь — это цепь, в которой существует только один путь для прохождения электрического тока.Компоненты расположены один за другим по единому пути. Когда мы подключаем компоненты, мы говорим, что они соединены последовательно . Мы уже видели примеры последовательной схемы в предыдущей главе.

Амперметр

Амперметр — это измерительное устройство, используемое для измерения электрического тока в цепи. Он включен в цепь последовательно. Сила тока измеряется в амперах (А).

Ампер назван в честь Андре-Мари Ампера (1775-1836), французского математика и физика.Его считают отцом электродинамики, изучающей влияние электромагнитных сил между электрическими зарядами и токами.

Амперметр.

Какой символ у амперметра? Нарисуйте это здесь.

Как вы думаете, амперметр будет иметь высокое или низкое сопротивление току? Объяснить свой выбор.

---

---

Амперметры

имеют чрезвычайно низкое сопротивление, поскольку они не должны каким-либо образом изменять измеряемый ток.

Ампер часто сокращается до «ампер».

Последовательная цепь обеспечивает только один путь для движения электронов. Давайте исследуем, что происходит, когда мы увеличиваем сопротивление в последовательной цепи.

Цель этого исследования — показать учащимся, что добавление дополнительных резисторов последовательно увеличивает общее сопротивление цепи и снижает силу тока.

AIM: Исследовать влияние добавления резисторов в последовательную цепь.

Это хорошая возможность для групповой работы, если у вас достаточно оборудования, но убедитесь, что каждый учащийся может правильно подключить амперметр и точно читать шкалу амперметра. Если у вас недостаточно оборудования для всех учащихся, вы можете провести этот эксперимент в качестве демонстрации.Возможно, дайте возможность нескольким учащимся выйти вперед и помочь подключить амперметры. Если у вас нет амперметров, вы можете использовать яркость лампочек, чтобы указать силу тока. Чем больше сила тока, тем ярче будет светиться лампочка. Это означает, что если лампочка ярко светится, через нее должен проходить большой ток. Если лампочка более тусклая, значит, через нее протекает меньший ток.

Если у вас нет физического оборудования для этого расследования, но у вас есть доступ в Интернет, используйте моделирование PhET, найденное здесь: http: // phet.colorado.edu/en/simulation/circuit-construction-kit-dc

Моделирование также полезно, потому что амперметры (и вольтметры), обычно используемые в школьных лабораториях, часто неправильно калибруются или не обслуживаются регулярно, и поэтому часто дают немного неточные результаты.

ГИПОТЕЗА: Напишите гипотезу для этого исследования.

---

---

Это зависит от учащегося.Гипотеза должна связывать зависимые и независимые переменные и делать прогноз. Зависимая переменная будет изменяться при изменении независимой переменной. Вот пример возможного ответа:

По мере увеличения количества резисторов сила тока уменьшается.

МАТЕРИАЛЫ И АППАРАТ:

• Элементы 1,5 В
• 3 лампы накаливания
• Провода изолированные медные
• переключатель
• амперметр

Важно, чтобы лампы фонарей имели одинаковое сопротивление и не выбирались случайным образом.Переключатель не является важной частью этого расследования. Его можно исключить из схемы.

МЕТОД:

Постройте цепь, включив последовательно ячейку, амперметр, 1 лампочку и выключатель.

Фотография, показывающая установку.

Замкните выключатель или цепь, если вы не используете выключатель.

Обратите внимание, как ярко светит лампочка, и запишите показания амперметра. Нарисуйте принципиальную схему.

Контур 1

Добавить в цепь еще одну лампочку.

Обратите внимание на яркость свечения лампочек и запишите показания амперметра. Нарисуйте принципиальную схему.

Контур 2.

Добавить в цепь третью лампочку.

Обратите внимание на яркость свечения лампочек и запишите показания амперметра. Нарисуйте принципиальную схему последней построенной вами схемы.

Контур 3.

РЕЗУЛЬТАТЫ:

Заполните таблицу:

Количество ламп в серии	Яркость ламп	Показания амперметра (A)
1
2
3

Яркость лампочек — качественное сравнение.Учащиеся должны использовать слова «яркий, яркий, самый яркий» как способ описания светящихся лампочек. График должен отображать количественные данные показаний амперметра и количества лампочек. Если у вас нет амперметра для снятия показаний, либо не рисуйте график, либо измените график на гистограмму, у которой ярче, ярче и ярче значения на оси Y. Это не особенно полезный график, но он даст учащимся возможность попрактиковаться в рисовании гистограммы и даст им визуальное представление об уменьшении силы тока по мере увеличения количества лампочек.

Нарисуйте график, чтобы показать взаимосвязь между количеством лампочек и силой тока.

Эти результаты являются примером возможных результатов. Фактические результаты, полученные учащимися, будут отличаться, но тенденция должна быть схожей. По мере увеличения количества лампочек в серии, показания амперметра и яркость лампы должны уменьшаться.

Количество ламп в серии	Яркость ламп	Показания амперметра (A)
1	самый яркий	0,15
2	яркий	0,07
3	тусклый	0,05

Использование стандартных амперметров может не дать идеальных результатов, и если лампочки слишком сильно нагреваются между добавлением лампочек, их сопротивление будет выше.Важно, чтобы учащиеся видели тенденцию к снижению.

АНАЛИЗ:

Что произошло с яркостью лампочек при увеличении количества лампочек?

---

Лампы стали тусклее по мере того, как было добавлено больше лампочек.

Когда у вас было две лампочки, светились ли они с одинаковой яркостью или одна была ярче другой?

---

Лампочки светились с одинаковой яркостью.

Когда у вас было три лампочки, светились ли они одинаково, или одна была ярче других?

---

Лампочки светились с одинаковой яркостью.

Что ваши ответы на предыдущие вопросы говорят вам о токе в последовательной цепи?

---

---

Если все лампочки светятся одинаково, это означает, что все они имеют одинаковый ток.Это означает, что ток везде в последовательной цепи одинаков.

Что произошло с показаниями амперметра при последовательном добавлении лампочек?

---

Показание амперметра уменьшилось.

ВЫВОД:

На основании ваших ответов, что произошло с током, когда было добавлено больше лампочек?

---

---

По мере добавления ламп ток уменьшался.

Ваша гипотеза принята или отвергнута?

---

Этот ответ будет зависеть от гипотезы, написанной учащимся в начале исследования.

По мере последовательного добавления резисторов общее сопротивление цепи увеличивается.По мере увеличения общего сопротивления сила тока уменьшается. Что произойдет, если мы увеличим количество последовательно соединенных ячеек? Станет ли ток больше или меньше? Давайте разбираться.

Это исследование покажет, что добавление большего количества ячеек последовательно увеличивает силу тока. Будьте осторожны с этим занятием, потому что, если у вас недостаточно сопротивления в цепи, вы можете повредить лампы фонарей.Используйте по крайней мере две лампочки фонарика или лампочку фонарика и резистор, чтобы поддерживать достаточно высокое сопротивление. Если у вас есть амперметры, вы можете использовать количественные данные, чтобы показать, что последовательное добавление дополнительных ячеек увеличивает силу тока. Если у вас нет амперметров, то используйте в качестве качественных данных яркость лампочек. Используйте такие термины, как тусклый, яркий, самый яркий. Учащиеся не смогут рисовать эффективные графики с качественными данными, но вы можете дать им примеры данных в руководстве для учителя и попросить их нарисовать линейный график, если им понадобится практика.

ЦЕЛЬ: Исследовать влияние увеличения количества последовательно соединенных ячеек на силу электрического тока.

ГИПОТЕЗА: Напишите гипотезу для этого исследования. Не забудьте упомянуть, как увеличение количества ячеек повлияет на силу тока.

---

---

Этот ответ зависит от учащегося.Они должны указать, как независимая переменная повлияет на зависимую переменную. Помните, что гипотеза не обязательно должна быть верной. Докажут или опровергнут его, завершив расследование. Вот пример возможной гипотезы: по мере увеличения количества последовательно соединенных ячеек сила тока увеличивается.

МАТЕРИАЛЫ И АППАРАТ

• три ячейки 1,5 В
• Провода изолированные медные
• амперметр
• 2 лампы накаливания (или 1 лампа накаливания и один резистор)

МЕТОД:

Постройте цепь из 1 элемента, амперметра и двух лампочек фонарика.

Наблюдайте за яркостью лампочек и запишите показания амперметра в таблицу результатов. Нарисуйте принципиальную схему.

Контур 1.

Добавьте вторую ячейку последовательно и наблюдайте за яркостью лампочек.Нарисуйте принципиальную схему вашей схемы.

Запишите показание амперметра в таблицу результатов. Нарисуйте принципиальную схему.

Контур 2.

Добавьте третью ячейку последовательно и наблюдайте за яркостью лампочек.Нарисуйте принципиальную схему вашей схемы.

Запишите показание амперметра в таблицу результатов. Нарисуйте принципиальную схему.

Контур 3.

РЕЗУЛЬТАТЫ:

Заполните таблицу:

Количество ячеек в серии	Яркость ламп	Показания мметра (A)
1
2
3

Эти результаты являются примером результатов.Фактические результаты, полученные учащимися, будут отличаться, но тенденция должна быть схожей. По мере увеличения количества ячеек показания амперметра и яркость лампы должны увеличиваться.

Количество ячеек в серии	Яркость ламп	Показания амперметра (A)
1	тусклый	0.07
2	яркий	0,15
3	самый яркий	0.22

ВЫВОД:

Что можно сделать по форме графика?

По мере увеличения количества последовательно соединенных ячеек увеличивается и сила тока.

Ваша гипотеза верна или ложна?

Этот ответ зависит от исходной гипотезы учащегося.

Мы видели, что увеличение количества последовательно соединенных ячеек увеличивает ток, а увеличение количества резисторов уменьшает ток.

Теперь мы исследуем силу тока в различных точках последовательной цепи.

Первое исследование было посвящено уменьшению силы тока при последовательном соединении большего количества резисторов.Это исследование подтверждает, что сила тока одинакова во всех точках последовательной цепи. Это необязательное расследование. Это может быть демонстрация, если ваше оборудование ограничено. Это хорошая возможность для групповой работы, но убедитесь, что каждый учащийся умеет правильно подключить амперметр и понимает шкалу амперметра.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ВОПРОС: Одинакова ли сила тока во всех точках последовательной цепи?

ГИПОТЕЗА: Напишите гипотезу для этого исследования.Как вы думаете, что произойдет в этом расследовании?

---

---

Это зависит от учащегося. Учащимся необходимо упомянуть независимые и зависимые переменные. Зависимая переменная будет изменяться при изменении независимой переменной.

Вот два примера приемлемой гипотезы:

• Ток будет отличаться в разных точках цепи ИЛИ
• Ток будет одинаковым в разных точках цепи.

МАТЕРИАЛЫ И АППАРАТ:

• изолированные медные соединительные провода.
• две ячейки 1,5В
• две лампы накаливания
• амперметр

МЕТОД:

Установите последовательную цепь с двумя ячейками и двумя лампами накаливания, соединенными последовательно друг с другом.

Вставьте последовательно амперметр между плюсовой клеммой аккумулятора и первой лампой фонарика.

Измерьте силу тока с помощью амперметра. Нарисуйте принципиальную схему этой установки.

Контур 1.

Снимите амперметр и снова замкните цепь.

Вставьте амперметр последовательно между двумя лампами резака.

Измерьте силу тока с помощью амперметра.Нарисуйте принципиальную схему этой установки.

Контур 2.

Снимите амперметр и снова замкните цепь.

Вставьте амперметр последовательно между последней лампочкой фонарика и отрицательной клеммой батарей.

Измерьте силу тока с помощью амперметра. Нарисуйте принципиальную схему этой установки.

Контур 3.

РЕЗУЛЬТАТЫ:

Заполните следующую таблицу:

Положение амперметра в цепи	Показание амперметра (A)
Между плюсовой клеммой элемента и первой лампочкой
Между двумя лампочками
Между отрицательной клеммой элемента и последней лампой

Показания амперметра должны быть одинаковыми в любой точке последовательной цепи.

ВЫВОДЫ:

Напишите заключение по результатам.

---

Сила тока одинакова в любой точке последовательной цепи.

Ваша гипотеза верна или ложна?

---

Этот ответ будет зависеть от гипотезы, написанной учащимся в начале исследования.

В последовательной цепи электроны могут двигаться только по одному пути.Сила тока везде одинакова.

Что мы узнали о последовательных схемах?

• Существует только один путь , по которому должны двигаться электроны.

• Ток протекает с одинаковой силой повсюду в последовательной цепи, потому что существует только один путь. Мы говорим, что ток одинаковый во всех точках цепи.

• Если вы добавите несколько резисторов последовательно, ток во всей цепи уменьшится на .

Почему ток остается неизменным во всех точках? Давайте подумаем о том, как электрический ток проходит по цепи. Вы помните, что мы говорили о делокализованных электронах в металлах в предыдущей главе?

Электроны в проводнике обычно дрейфуют в разных направлениях внутри металла, как показано на схеме.

Делокализованные электроны свободно перемещаются в проводящем проводе. Когда провод соединен по замкнутой цепи, электроны движутся к положительному выводу батареи.

Когда мы строим замкнутую цепь с ячейкой в ​​качестве источника энергии, все электроны начнут двигаться к положительной стороне ячейки. Скорость движения электронов определяется сопротивлением проводника.

Электроны повсюду в проводящих проводах и электрических компонентах.Когда цепь замкнута, все электроны начинают двигаться в одном и том же общем направлении одновременно . Вот почему лампочка загорается сразу после включения выключателя.

[ссылка]

Имитация, указанная в окне посещения, помогает продемонстрировать, как лампочка включается сразу после включения выключателя.

В последовательной цепи все электроны проходят через каждый компонент и провод, когда они проходят через цепь.Все электроны испытывают одинаковое сопротивление и движутся с одинаковой скоростью.

Это означает, что на приведенной ниже диаграмме показания всех трех амперметров будут одинаковыми, поэтому: A 1 = A 2 = A 3

Энергия при последовательном и параллельном подключении

Электрическая цепь

Электричество и магнетизм

Энергия при последовательном и параллельном подключении

Повествование о физике для 14–16

Как энергия сдвигается в цепях с разными соединениями

Две лампы, подключенные параллельно, светятся так же ярко, как и одна, подключенная сама по себе.К настоящему времени вы могли ожидать этого, потому что лампы часто используются в качестве неофициальных амперметров в классных комнатах, а разность потенциалов одинакова для обеих ламп. Таким образом, в схеме с параллельным подключением передается в два раза больше энергии по сравнению с простой схемой с одной лампой. Следствием этого является то, что химический запас энергии, связанный с батареей, истощается вдвое больше после того, как цепи проработали идентичные промежутки времени.

Две последовательно соединенные лампы разряжают батарею намного меньше, потому что ток в цепи меньше, чем в цепи только с одной лампой и батареей, а разность потенциалов одинакова для обеих цепей.Две лампы передают меньше энергии по сравнению с одной лампой.

Мощность в пути и время определяют сдвиг энергии для накопления

Те же модели рассеяния энергии применимы к резисторам, только они не светятся (по крайней мере, визуально, но они могут излучать на частотах ниже тех, которые мы можем видеть, возможно, в инфракрасном диапазоне). Резисторы передают часть энергии в накопитель тепла, используя нагрев за счет пути излучения, и, как правило, гораздо больше энергии за счет нагрева за счет пути частиц.

Чтобы точно рассчитать, сколько энергии смещается в течение 1 секунды в каждой лампе во всех ситуациях, вам необходимо определить, сколько электричества происходит: мощность в электрическом тракте. Этому и посвящен эпизод 02.

Параллельная цепь серии

| Примеры последовательной параллельной цепи

Определение последовательной параллельной цепи

Не все схемы являются простыми последовательными или параллельными схемами.Многие из них представляют собой комбинации параллельных резисторов, соединенных последовательно с другими резисторами или объединенные с другими параллельными группами. Их можно описать как последовательно-параллельную цепь.

Самый простой подход к анализу последовательно-параллельной цепи состоит в том, чтобы разделить каждую чисто последовательную группу на ее единственное эквивалентное сопротивление и разделить каждую параллельную группу резисторов на ее эквивалентное сопротивление. Процесс повторяется столько раз, сколько необходимо.

Как и во всех типах цепей, условия разомкнутой цепи и короткого замыкания влияют на токи и падения напряжения во всей цепи.

Последовательно-параллельные резистивные схемы

Простые последовательно-параллельные схемы

Последовательно-параллельные резистивные цепи состоят из комбинаций последовательно соединенных и параллельно соединенных резисторов. На рисунке 1 показана принципиальная схема очень простой последовательно-параллельной схемы с тремя резисторами. Видно, что резисторы R ₂ и R ₃ подключены параллельно, а резистор R ₁ включен последовательно с параллельными комбинациями R ₂ и R ₃ .Токи в цепи меняются от ветви к ветви, а падение напряжения компонентов зависит от токов ветви и от сопротивлений компонентов. Ток питания зависит от напряжения питания и сопротивления цепи источника напряжения. Законы Кирхгофа для напряжения и тока применяются для анализа последовательно-параллельных цепей.

Рис.1: Принципиальная схема последовательно-параллельной схемы

Последовательно-параллельные эквивалентные схемы

В схеме, показанной на рисунке 2 (a), резисторы R ₂ и R ₂ включены параллельно , и вместе они идут последовательно с R ₁ .Уровень тока, снимаемого с источника питания, легко вычислить, если сначала заменить R ₂ и R ₃ их эквивалентным сопротивлением (R ₂ || R ₃ ), как показано на рисунке 2 (b). Теперь схема становится простой последовательной схемой с двумя резисторами.

Рис. 2: Последовательно-параллельная цепь и эквивалентная схема

Последовательно-параллельная схема Пример 1

Рассчитайте ток, потребляемый от источника питания в цепи, показанной на рисунке 2 (а).

Решение

Изобразите эквивалентную схему, как на рисунке 2 (b), с

$ {{R} _ {eq}} = {{R} _ {2}} || {{R} _ {3 }} $

Для вычисления эквивалентного сопротивления:

\ [{{R} _ {eq}} = \ frac {{{R} _ {2}} * {{R} _ {3}}} {{{ R} _ {2}} + {{R} _ {3}}} = \ frac {20 * 30} {20 + 30} = 12 \ Omega \]

\ [I = \ frac {E} {{ {R} _ {1}} + {{R} _ {eq}}} = \ frac {25} {38 + 12} = 0,5A \]

На рисунке 3 (a) другая последовательно-параллельная комбинация резисторов Показано. В этом случае схема сводится к простой параллельной схеме, когда R ₂ и R ₃ заменяются их эквивалентным сопротивлением.[См. Рис. 3 (b)]

Рис. 3: Последовательно-параллельная схема и ее эквивалент

Последовательно-параллельная схема, пример 2

Определите уровень тока питания для схемы, показанной на рис. (а).

Решение

Изобразите эквивалентную схему, как на рисунке 3 (b).

$ {{R} _ {eq}} = {{R} _ {2}} + {{R} _ {3}} = 35 + 40 = 75 \ Omega $

R ₁ и _{R уравнение} параллельно:

$ R = {{R} _ {1}} || {{R} _ {eq}} $

Для вычисления эквивалентного сопротивления:

\ [R = \ frac {{{ R} _ {1}} * {{R} _ {eq}}} {{{R} _ {1}} + {{R} _ {eq}}} = \ frac {50 * 75} {50+ 75} = 30 \ Omega \]

\ [I = \ frac {E} {R} = \ frac {75} {30} = 2.5A \]

Ток в последовательно-параллельной цепи

Схема, показанная на рисунке 2 (a), воспроизведена на рисунке 4 с определенными токами и напряжениями ответвления. Видно, что ток питания протекает через резистор R ₁ и разделяется на I ₂ и I ₃ , чтобы протекать через R ₂ и R ₃ . Возвращаясь к отрицательной клемме питания, ток снова равен I. Видно, что

$ I = {{I} _ {2}} + {{I} _ {3}} $

Рис.4: Ток и напряжение в последовательно-параллельной цепи

Точно так же ток питания распределяется между резисторами на рисунке 5, который воспроизводит схему, показанную на рисунке 3 (a). Здесь I ₁ протекает через R ₁ , а I ₂ протекает через R ₂ и R ₃ , а ток питания составляет

$ I = {{I} _ {1}} + { {I} _ {2}} $

Рис.5: Токи и напряжения в последовательно-параллельной цепи

В каждом из этих случаев ток через отдельные резисторы можно легко вычислить с помощью правила делителя тока.

Падения напряжения в последовательно-параллельной цепи

Как всегда, падение напряжения на любом резисторе является произведением значения сопротивления и тока через резистор. На рисунке 4

$ {{V} _ {1}} = I {{R} _ {1}}

$ и

$ {{V} _ {2}} = {{I} _ { 2}} {{R} _ {2}} = {{V} _ {3}} = {{I} _ {3}} {{R} _ {3}} $

Также

$ E = {{V} _ {1}} + {{V} _ {2}} $

Аналогично, на рисунке 5

$ {{V} _ {1}} = {{I} _ {1} } {{R} _ {1}}

$

$ {{V} _ {2}} = {{I} _ {2}} {{R} _ {2}}

$

$ {{V} _ {3}} = {{I} _ {2}} {{R} _ {3}} $

$ E = {{V} _ {1}} = {{V} _ {2}} + {{V} _ {3}} $

Пример 3 последовательной параллельной цепи

Используя теорему о делителе напряжения, проанализируйте схему на рисунке (a) ниже, чтобы определить падение напряжения на резисторе и токи ответвления.

Рис. Пример последовательной параллельной цепи

Решение

\ [{{R} _ {eq}} = {{R} _ {2}} || {{R} _ {3}} \]

\ [{{R} _ {eq}} = \ frac {{{R} _ {2}} * {{R} _ {3}}} {{{R} _ {2}} + {{R} _ {3}}} = \ frac {20 * 30} {20 + 30} = 12 \ Omega \]

Для делителя напряжения R ₁ и R _eq , как показано на рисунке (b ) выше:

\ [{{V} _ {2}} = E * \ frac {{{R} _ {eq}}} {{{R} _ {1}} + {{R} _ {eq }}} = 25 * \ frac {12} {38 + 12} = 6V \]

\ [{{V} _ {1}} = E * \ frac {{{R} _ {1}}} { {{R} _ {1}} + {{R} _ {eq}}} = 25 * \ frac {38} {38 + 12} = 19V \]

Для токов ответвления:

\ [I = \ frac {{{V} _ {1}}} {{{R} _ {1}}} = \ frac {19} {38} = 0.5A \]

\ [{{I} _ {2}} = \ frac {{{V} _ {2}}} {{{R} _ {2}}} = \ frac {6} {20} = 0,3A \]

\ [{{I} _ {3}} = \ frac {{{V} _ {3}}} {{{R} _ {3}}} = \ frac {6} { 30} = 0,2A \]

Разрыв цепи и короткое замыкание в последовательно-параллельной цепи

Влияние состояния разомкнутой цепи или короткого замыкания на последовательно-параллельную цепь зависит от того, где именно в в цепи возникает неисправность. Рассмотрим рисунок 6, где в конце R ₁ показан обрыв цепи. Это имеет тот же эффект, что и разрыв цепи в линии питания, так что все уровни тока равны нулю.Кроме того, поскольку токи равны нулю, на резисторах нет падений напряжения, и, следовательно, все напряжение питания E появляется на разомкнутой цепи.

Рис.6: Обрыв цепи на резисторе R ₁

Обрыв цепи в одной ветви последовательно-параллельной цепи обычно изменяет уровни тока в нескольких ветвях цепи.

В случае обрыва цепи на одном конце параллельных резисторов, как показано на рисунке 7, I ₂ переходит в ноль.Ток через R ₁ и R ₂ теперь равен току питания и рассчитывается как

\ [I = \ frac {E} {{{R} _ {1}} + {{R} _ {2}}} \]

Кроме того, поскольку нет тока через R ₃ , на нем нет падения напряжения, а напряжение в разомкнутой цепи равно V ₂ .

Рис. 7: Разрыв цепи на резисторе R ₃

Для состояния короткого замыкания, показанного на рисунке 8, сопротивление между выводами R ₁ фактически равно нулю.Следовательно, напряжение питания появляется параллельно R ₂ и R ₃ . Это дает ток питания

\ [I = \ frac {E} {{{R} _ {2}} || {{R} _ {3}}} \]

А токи ответвления равны

\ [{{I} _ {2}} = \ frac {E} {{{R} _ {2}}} \]

и

\ [{{I} _ {3}} = \ frac { E} {{{R} _ {3}}} \]

Видно, что уровни тока через R ₂ и R ₃ были увеличены по сравнению с нормальным (до короткого замыкания) состоянием. Это может привести к чрезмерному рассеянию мощности в компонентах, если они ранее работали на уровне, близком к максимальному.

Рис. 8: Короткое замыкание через резистор R ₁

Короткое замыкание в одной ветви последовательно-параллельной цепи обычно изменяет уровни тока в нескольких ветвях цепи.

Состояние короткого замыкания, показанное на рисунке 9, эффективно снижает I ₂ и I ₃ до нуля и увеличивает ток питания до

\ [I = \ frac {E} {{{R} _ {1 }}} \]

Очевидно, что ток через R ₁ теперь больше, чем обычно, и рассеяние мощности снова может представлять проблему.

Рис.9: Короткое замыкание через резистор R ₃

Анализ последовательно-параллельной цепи

Процедура анализа последовательно-параллельных резисторных цепей выглядит следующим образом:

1. Нарисуйте принципиальную схему, идентифицирующую все Компоненты по номерам и с указанием всех токов и падений напряжения на резисторе.
2. Преобразуйте все последовательные ветви двух или более резисторов в одно эквивалентное сопротивление.
3. Преобразуйте все параллельные комбинации двух или более резисторов в одно эквивалентное сопротивление.
4. Повторяйте процедуры 2 и 3 до тех пор, пока не будет достигнут желаемый уровень упрощения.

Конечная цепь должна быть прямой последовательной или параллельной цепью, которая может быть проанализирована обычным способом. После того, как станет известен ток через каждое эквивалентное сопротивление или напряжение на нем, исходная схема может быть использована для определения токов и напряжений отдельных резисторов.

5 различий между последовательными и параллельными цепями [Важный вопрос для интервью]

Последовательное и параллельное соединение

— это две основные конфигурации электрических цепей.Сегодня вы узнаете разницу между ними.

Вопрос: Объясните основное различие между последовательными и параллельными цепями?

Ответ: Последовательная цепь состоит из соединения «голова к голове» между двумя компонентами. В таких цепях всегда сохраняется ток, а напряжение делится между последовательными компонентами.

Конфигурация параллельной схемы включает два или более компонентов, в которых один конец всех компонентов имеет общий узел, а другой конец — другой общий узел.

Список всех важных вопросов для собеседований по электротехнике.

Подключения

Компоненты серии

используют один единственный узел, и другого соединения нет. Проще говоря, голова одного компонента соединяется с хвостом другого, и между ними нет никакой другой связи.

С другой стороны, головки всех параллельных компонентов имеют один общий узел, а хвостовые части — другие общие узлы.

Напряжение

Входное напряжение разделено на последовательные составляющие.

Напряжение на параллельных компонентах всегда равно приложенному входному напряжению.

Текущий

Ток в последовательно соединенных компонентах всегда остается неизменным.

Ток распределяется между параллельно подключенными устройствами.

Ограничения

Поврежденный компонент в последовательной цепи размыкает всю цепь, тем самым прекращая прохождение тока через цепь.

В параллельной цепи поврежденный компонент размыкает ответвление, другие части цепи остаются нетронутыми.

Сопротивление

Резисторы серии

просто добавляются для получения эквивалентного сопротивления.

Параллельные резисторы требуют специальной формулы для соответствующего решения.

В таблице ниже приведены приведенные выше объяснения в виде таблицы вместе с полезными формулами:

---

Прочие основные вопросы по электротехнике:

Серия

и параллельные цепи — Ausgrid

Компоненты электрической цепи могут быть присоединены в одной из двух форм,

	Как следует из названия, эти компоненты подключаются один за другим в непрерывную цепочку, которая начинается и заканчивается источником питания.Текущий заряд (электрический ток) в цепи должен проходить через каждый резистор один за другим. Есть только один путь для заряженных электронов в последовательной цепи.
	Этот тип соединения позволяет току течь по разным путям, т.е. ток может разделяться и течь по двум или более параллельным путям. Заряды, протекающие в этом типе цепи, достигают точки соединения или разделения проводов и затем могут течь по каждому пути.

На сопротивление резистора влияет ряд переменных. Вы должны изучить эти переменные с помощью интерактивного приложения «Сопротивление в проводе». Вы можете загрузить это приложение Java из интерактивного учебного руководства.

Представьте себе эту модель, которая может помочь вам понять электрические цепи и потоки электричества…
Представьте себе действительно широкую многополосную дорогу, которая сужается каждый раз, когда приближается к мосту.На каждом мосту есть сборщик пошлины, которому необходимо заплатить, прежде чем вы сможете перейти мост и продолжить движение. Мосты представляют собой резисторы в электрической цепи, в то время как многополосная дорога представляет собой проводящий провод . Когда поток автомобилей, эквивалентный электрическому току в цепи, достигает моста, они должны притормозить, заплатить пошлину и затем пересечь мост. Оплата дорожных сборов подобна зарядам, теряющим свою энергию при прохождении через резистор.В последовательной схеме из трех резисторов мы можем представить, что сцена немного похожа на диаграмму, показанную ниже:

	аааа	Мосты подобны резисторам в цепи. В последовательной цепи резисторы располагаются друг за другом. Сила тока (количество автомобилей) одинакова на каждом мосту, то есть одинакова во всех частях цепи. Плата за проезд эквивалентна потерям энергии при прохождении через резистор.Чтобы добраться до другого конца и замкнуть круг, каждая машина должна разделить свои деньги (энергию), чтобы можно было оплатить каждый проезд. Поток машин (ток) ограничен количеством резисторов (мостов).
		В этом примере мосты параллельны. Вы заметите, что по дороге движется больше машин (более сильное течение), но у каждой машины есть только один мост, поэтому они платят огромную пошлину, отдавая ВСЮ свою энергию, когда они пересекают мост.Это означает, что напряжение для каждого резистора (моста) одинаково, когда резисторы подключены параллельно, а сопротивление параллельных резисторов меньше, чем для тех же резисторов, подключенных последовательно.

Некоторые важные различия в соединениях Series и Parallel .

Серия	аааа	Параллельный
Ток одинаков во всех частях последовательной цепи, т.е.е. ток, протекающий от источника питания, общий ток, I T , такой же, как ток через каждый резистор, то есть I T = I 1 = I 2 = Я 3		Общий ток разделяется, чтобы течь по каждому параллельному пути, при этом наибольший заряд протекает через наименьший резистор. Полный ток, протекающий в цепи, равен сумме токов, протекающих по каждому параллельному пути, т.е.е. I T = I 1 + I 2 + I 3
Общее падение напряжения при последовательном подключении равно сумме SUM для Напряжение падает на каждом резисторе, включенном в последовательную цепь, , т.е. V T = V 1 + V 2 + V 3 Последовательные цепи разрываются, если один резистор в цепи разрывает цепь .Праздничные световые струны часто бывают частично последовательными, что означает, что если один шар взорвется, часть световой струны больше не загорится. Это неудобно для человека, который должен проверять каждую лампочку, пока не будет обнаружен и заменен неисправный компонентный свет. Последовательные схемы в домашних условиях встречаются редко.		Падение напряжения в параллельной цепи соответствует для КАЖДОГО резистора, подключенного в параллельной цепи, т.е.е. В T = V 1 = V 2 = V 3 В вашей домашней электрической цепи каждая розетка или розетка подает электричество напряжением 240 В, потому что электрическая цепь дома представляет собой параллельную цепь. Так же как и плату питания, которую вы можете добавить, чтобы увеличить количество устройств, которые вы можете подключить к одной розетке. В параллельной цепи к электричеству можно независимо получить доступ на каждом пути в цепи.
Общее сопротивление последовательной цепи равно сумме отдельных резисторов в цепи, т.е.е. R T = R 1 + R 2 + R 3		Общее сопротивление параллельной цепи на МЕНЬШЕ , чем наименьшее сопротивление в цепи

Электрическая цепь — ток, цепи, устройства и подключенные

Электрическая цепь — это система проводящих элементов, предназначенная для управления траекторией электрического тока для определенной цели.Схемы состоят из источников электрической энергии , таких как генераторы и батареи; элементы, которые преобразуют, рассеивают или накапливают эту энергию, такие как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности; и соединительные провода. Цепи часто включают предохранитель или автоматический выключатель для предотвращения перегрузки по мощности.

Устройства, подключенные к цепи, подключаются к ней одним из двух способов: последовательно или параллельно . Последовательная цепь образует единый путь для прохождения тока, в то время как параллельная цепь образует отдельные пути или ответвления для прохождения тока.Параллельные цепи имеют важное преимущество перед последовательными цепями. Если устройство, подключенное к последовательной цепи, выходит из строя или выключается, цепь разрывается, и другие устройства в цепи не могут потреблять энергию. Отдельные пути параллельной цепи позволяют устройствам работать независимо друг от друга, поддерживая цепь, даже если одно или несколько устройств выключены.

Первая электрическая цепь была изобретена Алессандро Вольта в 1800 году. Он обнаружил, что может производить постоянный поток электричества , используя емкости с раствором соли , соединенные металлическими полосками .Позже он использовал чередующиеся диски из меди , цинка и картона, которые были пропитаны солевым раствором, чтобы создать свою гальваническую батарею (ранняя батарея ). Прикрепив провод, идущий сверху вниз, он заставил электрический ток течь по своей цепи. Первое практическое использование схемы было в электролизе , что привело к открытию нескольких новых химических элементов. Георг Ом (1787-1854) обнаружил, что некоторые проводники имеют большее сопротивление, чем другие, что влияет на их эффективность в цепи.Его знаменитый закон гласит, что напряжение на проводнике, деленное на ток, равно сопротивлению, измеренному в Ом . Сопротивление вызывает нагрев в электрической цепи, что часто нежелательно.