Последовательное и параллельное соединение. Применение и схемы
В электрических цепях элементы могут соединяться по различным схемам, в том числе они имеют последовательное и параллельное соединение.
Последовательное соединение
При таком соединении проводники соединяются друг с другом последовательно, то есть, начало одного проводника будет соединяться с концом другого. Основная особенность данного соединения заключается в том, что все проводники принадлежат одному проводу, нет никаких разветвлений. Через каждый из проводников будет протекать один и тот же электрический ток. Но суммарное напряжение на проводниках будет равняться вместе взятым напряжениям на каждом из них.
Рассмотрим некоторое количество резисторов, соединенных последовательно. Так как нет разветвлений, то количество проходящего заряда через один проводник, будет равно количеству заряда, прошедшего через другой проводник. Силы тока на всех проводниках будут одинаковыми. Это основная особенность данного соединения.
Это соединение можно рассмотреть иначе. Все резисторы можно заменить одним эквивалентным резистором.
Ток на эквивалентном резисторе будет совпадать с общим током, протекающим через все резисторы. Эквивалентное общее напряжение будет складываться из напряжений на каждом резисторе. Это является разностью потенциалов на резисторе.
Если воспользоваться этими правилами и законом Ома, который подходит для каждого резистора, можно доказать, что сопротивление эквивалентного общего резистора будет равно сумме сопротивлений. Следствием первых двух правил будет являться третье правило.
Применение
Последовательное соединение используется, когда нужно целенаправленно включать или выключать какой-либо прибор, выключатель соединяют с ним по последовательной схеме. Например, электрический звонок будет звенеть только тогда, когда он будет последовательно соединен с источником и кнопкой.
Согласно первому правилу, если электрический ток отсутствует хотя бы на одном из проводников, то его не будет и на других проводниках. И наоборот, если ток имеется хотя бы на одном проводнике, то он будет и на всех других проводниках. Также работает карманный фонарик, в котором есть кнопка, батарейка и лампочка.
Все эти элементы необходимо соединить последовательно, так как нужно, чтобы фонарик светил, когда будет нажата кнопка.
Иногда последовательное соединение не приводит к нужным целям. Например, в квартире, где много люстр, лампочек и других устройств, не следует все лампы и устройства соединять последовательно, так как никогда не требуется одновременно включать свет в каждой из комнат квартиры. Для этого последовательное и параллельное соединение рассматривают отдельно, и для подключения осветительных приборов в квартире применяют параллельный вид схемы.
Параллельное соединение
В этом виде схемы все проводники соединяются параллельно друг с другом. Все начала проводников объединены в одну точку, и все концы также соединены вместе. Рассмотрим некоторое количество однородных проводников (резисторов), соединенных по параллельной схеме.
Этот вид соединения является разветвленным. В каждой ветви содержится по одному резистору. Электрический ток, дойдя до точки разветвления, разделяется на каждый резистор, и будет равняться сумме токов на всех сопротивлениях. Напряжение на всех элементах, соединенных параллельно, является одинаковым.
Все резисторы можно заменить одним эквивалентным резистором. Если воспользоваться законом Ома, можно получить выражение сопротивления. Если при последовательном соединении сопротивления складывались, то при параллельном будут складываться величины обратные им, как записано в формуле выше.
Работа тока
Последовательное и параллельное соединение, рассмотренное ранее, было справедливо для величин напряжения, сопротивления и силы тока, являющихся основными. Работа тока определяется по формуле:
А = I х U х t, где А – работа тока, t – время течения по проводнику.
Для определения работы при последовательной схеме соединения, необходимо заменить в первоначальном выражении напряжение. Получаем:
А=I х (U1 + U2) х t
Раскрываем скобки и получаем, что на всей схеме работа определяется суммой на каждой нагрузке.
Точно также рассматриваем параллельную схему соединения. Только меняем уже не напряжение, а силу тока. Получается результат:
А = А1+А2
Мощность тока
При рассмотрении формулы мощности участка цепи снова необходимо пользоваться формулой:
Р=U х I
После аналогичных рассуждений выходит результат, что последовательное и параллельное соединение можно определить следующей формулой мощности:
Р=Р1 + Р2
Другими словами, при любых схемах общая мощность равна сумме всех мощностей в схеме. Этим можно объяснить, что не рекомендуется включать в квартире сразу несколько мощных электрических устройств, так как проводка может не выдержать такой мощности.
Влияние схемы соединения на новогоднюю гирлянду
После перегорания одной лампы в гирлянде можно определить вид схемы соединения. Если схема последовательная, то не будет гореть ни одной лампочки, так как сгоревшая лампочка разрывает общую цепь. Чтобы выяснить, какая именно лампочка сгорела, нужно проверять все подряд. Далее, заменить неисправную лампу, гирлянда будет функционировать.
При применении параллельной схемы соединения гирлянда будет продолжать работать, даже если одна или несколько ламп сгорели, так как цепь не разорвана полностью, а только один небольшой параллельный участок. Для восстановления такой гирлянды достаточно увидеть, какие лампы не горят, и заменить их.
Последовательное и параллельное соединение для конденсаторов
При последовательной схеме возникает такая картина: заряды от положительного полюса источника питания идут только на наружные пластины крайних конденсаторов. Конденсаторы, находящиеся между ними, передают заряд по цепи. Этим объясняется появление на всех пластинах равных зарядов с разными знаками. Исходя из этого, заряд любого конденсатора, соединенного по последовательной схеме, можно выразить такой формулой:
qобщ= q1 = q2 = q3
Для определения напряжения на любом конденсаторе, необходима формула:
U= q/С
Где С — емкость. Суммарное напряжение выражается таким же законом, который подходит для сопротивлений. Поэтому получаем формулу емкости:
С= q/(U1 + U2 + U3)
Чтобы сделать эту формулу проще, можно перевернуть дроби и заменить отношение разности потенциалов к заряду емкости. В результате получаем:
1/С= 1/С1 + 1/С2 + 1/C3
Немного иначе рассчитывается параллельное соединение конденсаторов.
Общий заряд вычисляется как сумма всех зарядов, накопившихся на пластинах всех конденсаторов. А величина напряжения также вычисляется по общим законам. В связи с этим формула суммарной емкости при параллельной схеме соединения выглядит так:
С= (q1 + q2 + q3)/U
Это значение рассчитывается как сумма каждого прибора в схеме:
С=С1 + С2 + С3
Смешанное соединение проводников
В электрической схеме участки цепи могут иметь и последовательное и параллельное соединение, переплетающихся между собой. Но все законы, рассмотренные выше для отдельных видов соединений, справедливы по-прежнему, и используются по этапам.
Сначала нужно мысленно разложить схему на отдельные части. Для лучшего представления ее рисуют на бумаге. Рассмотрим наш пример по изображенной выше схеме.
Удобнее всего ее изобразить, начиная с точек Б и В. Они расставляются на некотором расстоянии между собой и от края листа бумаги. С левой стороны к точке Б подключается один провод, а справа отходят два провода. Точка В наоборот, слева имеет две ветки, а после точки отходит один провод.
Далее нужно изобразить пространство между точками. По верхнему проводнику расположены 3 сопротивления с условными значениями 2, 3, 4. Снизу будет идти ток с индексом 5. Первые 3 сопротивления включены в схему последовательно, а пятый резистор подключен параллельно.
Остальные два сопротивления (первый и шестой) подключены последовательно с рассматриваемым нами участком Б-В. Поэтому схему дополняем 2-мя прямоугольниками по сторонам от выбранных точек.
Теперь используем формулу расчета сопротивления:
- Первая формула для последовательного вида соединения.
- Далее, для параллельной схемы.
- И окончательно для последовательной схемы.
Аналогичным образом можно разложить на отдельные схемы любую сложную схему, включая соединения не только проводников в виде сопротивлений, но и конденсаторов. Чтобы научиться владеть приемами расчета по разным видам схем, необходимо потренироваться на практике, выполнив несколько заданий.
Похожие темы:
Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrotehnika/raschjoty/posledovatelnoe-i-parallelnoe-soedinenie/
Типы и виды соединений электропроводки
Виды соединения электропроводки
Любая схема соединения электрической проводки имеет большое количество соединений. Именно их принято считать «ахиллесовой пятой» любой электрической схемы.
Поэтому правильному монтажу соединений следует уделить самое пристальное внимание. А соблюдение норм ПУЭ (Правила устройства электроустановок) при монтаже соединений, позволит вам исключить пожары и другие неприятные ситуации, связанные с вашей электропроводкой.
Виды электрических соединений
Прежде всего, давайте разберемся с возможными видами электрических соединений. Их два: последовательное и параллельное. Каждое их них имеет свое предназначение и применяется при реализации различных задач.
Последовательное соединение
Последовательное соединение электроприемников
- Прежде всего, рассмотрим последовательное соединение. Оно применяется достаточно редко, но также имеет свои преимущества. Последовательным называется соединение, в котором нулевой провод первого электроприемника является фазным для второго электроприемника в цепи. Лучше это видно на фото, приведенном ниже.
- При таком типе соединения напряжение питающей сети делится поровну между каждым электроприемником. То есть, если в сети 220В, подключим две лампы последовательным соединением — на каждую из них будет приходить 110В. Если подключить три лампы, то соответственно 73В и так далее. Эта особенность последовательного соединения часто применяется в гирляндах.
- К недостаткам последовательного соединения стоит отнести то, что при обрыве провода на любом участке перестает работать вся цепь. То есть, при перегорании одной лампочки из трех подключенных последовательным соединением, не будет гореть ни одна.
Обратите внимание, что при последовательном соединении, например ламп 220В, ярче будет гореть лампа с меньшим сопротивлением.
Если вкрутить две лампы: одна на 60Вт, а другая на 200Вт, то светить будет ярче лампа с мощностью в 60Вт.
Параллельное соединение
Параллельное соединение электроприемников
Итак:
- В большинстве же случаев электрические схемы соединения проводки предусматривают параллельное соединение. При данном типе подключения на каждый электроприемник подводится один фазный и один нулевой провод от питающей сети. Опять-таки лучше это видно на приведенном ниже рисунке.
- Такой тип соединения применяется для подключения 99% электроприборов. При этом обрыв провода, подходящего к электроприбору, обесточивает только этот электроприбор. Напряжение питающей сети соответствует заданному и может измениться только вследствие подключения приборов большой мощности.
- К недостаткам параллельного соединения можно отнести только большее количество проводов, а также увеличение вероятности запутаться при большом количестве подключений. Но этот фактор легко исключить, если прочесть данную инструкцию до конца.
Методы соединения проводов
В соответствии с п.2.1.21. ПУЭ, соединение проводов можно осуществлять только методами сварки, пайки, опрессовки и сжимов. Как видим, излюбленный метод доморощенных электриков, скрутка, не входит в перечень разрешенных методов соединения.
А из всех представленных разрешенных методов наиболее оптимальным для использования в домашних условиях является сжим. Это может быть винтовое, болтовое или пружинное соединение.
Итак:
- Для монтажа болтовых и винтовых соединений промышленность сейчас выпускает большое количество самых разнообразных клеммных соединений. Их цена достаточно не велика, а удобство монтажа находится на высоком уровне.
- Отдельно хотелось бы сказать о пружинных клеммах. Я сам не являюсь сторонников пружинок, распорок и тому подобных соединений, но как-то раз довелось стать свидетелем испытаний одного из таких клеммников.
- Это были клеммы WAGO. На испытательной установке мы плавно поднимали ток, протекающий через клемму, пока наш медный провод в 4 мм2 не перегорел. При этом величина тока составляла 100А. После этого мы достали клеммник и не обнаружили на нем никаких дефектов. Это заставило изменить мое мнение о таких пружинных клеммниках, и поэтому вам я советую присмотреться к ним повнимательнее.
- Так же стоит отметить, что отдельным преимуществом таких клеммников является возможность соединения алюминиевых и медных проводов. В обычных же условиях это можно осуществлять только через латунную вставку.
Варианты подключения электропроводки
Теперь давайте разберемся, какая должна быть электропроводка и как соединять провода. Для расключения однофазной сети необходимо применять трехжильный провод.
При этом следует применять нормы из п.1.1.29 ПУЭ для облегчения прокладки и снижения вероятности перепутывания проводов.
Цветовое обозначение проводов
Трехжильный провод следует применять со следующими проводами:
- Фазный провод – цветовое обозначение для однофазной сети не нормируется. Для трехфазной сети желтый, зеленый, красный – соответственно фазы А,В и С.
Обратите внимание! Для трехфазной цепи нормы ПУЭ нормируют не только цветовую гамму обозначения каждой фазы, но и их расположение в распределительных щитках разных конструкций.
- Нулевой провод – для любых сетей должен применяться проводник голубого цвета. При обозначении шин или клеммников применяется символ «N».
- Заземляющий провод – в любых сетях должен применяться провод с продольными желто-зелеными полосами. При обозначении шин и клеммников применяется знак заземления.
Подключение в распределительном щитке
Теперь давайте рассмотрим виды соединения электропроводки в разных участках нашей электрической сети.
Начнем с распределительного щитка:
- Сначала разберемся с фазным проводом. Он должен подключаться через защитное устройство. Это могут быть предохранители, пробки, но чаще всего используются автоматические выключатели. Питающий провод к автоматическим выключателям обычно подводится сверху, вы же подключаетесь снизу.
- Нулевой провод ,согласно норм ПУЭ, не должен иметь коммутационных устройств. Поэтому обычно для него организуют отдельный клеммник в боковой части щитка. К нему мы подключаем голубую жилу нашего провода.
- Это же правило относится и к заземляющему проводу. Только для него следует создать отдельный клеммник. К нему мы и подключаем наш желто-зеленый провод.
Подключение УЗО для всех групп потребителей
Отдельно остановимся на подключении УЗО. Для этого нам необходимо использовать не только фазный, но и нулевой провод. И схема во многом зависит от места установки УЗО.
Если вы устанавливаете УЗО на все группы вашей электрической сети:
- В этом случае фазный и нулевой провод с счетчика подключается к вводам УЗО. Тут важно не перепутать и нулевой провод подключить к клемме, обозначенной «N». Иначе УЗО не будет работать.
- Фазный провод на выходе УЗО подключаем ко всем автоматам, питающим отдельные группы.
- Нулевой провод на выходе УЗО подключаем к шине или клеммнику, от которого подключаются нулевые провода всех групп.
Если вы устанавливаете УЗО на отдельную группу:
- В этом случае фазный провод на ввод УЗО берется от автоматического выключателя группы.
- Нулевой провод на ввод УЗО берется с нулевой шины вашего распределительного щитка.
- С выводов УЗО нулевой и фазный провод идут непосредственно к потребителям.
Подключение в распределительной коробке
Соединение электропроводки на колодки при соблюдении указанных выше норм также не позволит вам запутаться. Отличается здесь только подключение светильников и розеток, но они незначительны.
При подключении розеток нам достаточно при помощи клемм сделать ответвление фазного, нулевого и заземляющего провода:
- Для этого приходящий провод разрезается и каждая жила подключается к отдельному клеммнику. Для подключения одной розетки необходимо три клеммы, двух розеток — четыре, трех — пять и так далее.
- Теперь подключаем к одной клемме фазный провод приходящего провода. Ко второй клемме подключается провод группы, идущий к другим присоединениям. К третьей клемме крепим фазный провод, идущий к нашей розетке.
- Идентично выполняем операции с нулевым и заземляющим проводом.
Подключение светильников несколько усложняется ввиду наличия включателя.
- Если вы вызвались подключать светильники своими руками, то на первом этапе делаем те же операции, что и при подключении розеток. То есть, разделываем кабель и каждую жилу подключаем к разным клеммникам. Так же можно сразу подключить провод, идущий к другим электроприемникам данной группы.
- Согласно норм ПУЭ, выключатель сети освещения должен отключать фазный провод. Поэтому от клеммника фазных проводов делаем подключение к выключателю.
- Если у вас однокнопочный выключатель, то на выходе с выключателя будет один провод. Если двух и более кнопочный, то два или более, соответственно. Мы рассмотрим однокнопочный выключатель для упрощения предоставления информации. Для двух, трех и более кнопочных выключателей схема подключения идентична.
- Провод, подключенный к выводу выключателя, отправляется обратно в распределительную коробку. Здесь мы устанавливаем еще один фазный клеммник, к которому и подключается наш провод.
- Теперь берется трехжильный провод, который подключен непосредственно к светильнику. Фазная жила этого провода подключается к фазному клеммнику провода, пришедшего от выключателя. Нулевая жила подключается к клеммнику нулевых жил, а заземляющая — к клеммнику заземляющих жил. Все, подключение нашего светильника выполнено. Если же посмотреть соответствующие видео, то данный процесс станет для вас еще более понятным.
Выводы
Надеемся, наша инструкция позволит вам без проблем выполнить подключение электрической сети любой сложности. Ведь элементарное соблюдение норм ПУЭ позволяет значительно облегчить этот процесс и исключить вероятность ошибки.
Источник: https://elektrik-a.su/energii/v-zhilyh/vidy-soedinenij-elektroprovodki-24
Соединение резисторов
Это такое соединение, при котором все элементы идут один за одним без разветвлений.
Свойства последовательного соединения
1. Ток во всех резисторах одинаков- I1 = I2 = I3;
2. Общее напряжение цепи равно сумме напряжений на всех резисторах- U=U1 + U2 + U3;
3.Сопротивление по отношению к входным зажимам называется входным сопротивлением и равно сумме сопротивлений участков — Rвх= R1 + R2 + R3;
4. Чем больше сопротивление участка, тем больше на нём падает напряжение-.
ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ Соединение резисторов
Это такое соединение, при котором все начала элементов соединяются в одну точку, а все концы в другую и к этим точкам подводится напряжение.
Свойства параллельного соединения резистора:
1. Общее напряжение цепи равно напряжению на каждом участке-
U = U1 = U2 = U3
2. Общий ток цепи равен сумме токов на всех участках- I = I1 + I2 + I3
3. Чтобы найти входное сопротивление, рассчитывают вначале величину обратную входному сопротивлению
— проводимость (G)
Общая проводимость цепи равна сумме проводимостей на каждом участке.
G = G1 + G2 + G3
4.Чем больше сопротивление участка, тем меньше ток, протекающий на нем.
При параллельном соединении двух резисторов формулу входного сопротивления можно преобразовать
1.
2. Если известен общий ток, то можно найти ток ветви, умножив общий ток на сопротивление противоположной ветви и разделить на сумму сопротивлений ; .
Тестовые задания:
| Задание | Варианты ответов |
| 1.Являются ли при последовательном соединении резисторов напряжения участков пропорционально сопротивлениям этих участков. | Да;Нет. |
| 2.Являются ли при параллельном соединении резисторов токи ветвей пропорциональны сопротивлениям этих ветвей. | Да;Нет. |
| 3.Укажите по какому из приведенных математических выражений нельзя рассчитать входное сопротивление двух параллельно соединенных резисторов. | а) ; б);в) ; г) |
Смешанное соединение резисторов
Пример решения задач
Дано:
U = 60 В
R1 = 7 Ом
R2 = 12 Ом
R3 = 4 Ом
Найти: I1; I2; I3 = ?
Резисторы R2 и R3 параллельны между собой, и их общее сопротивление R2-3 последовательно с R1.
Rвх = R1 + R2 — 3
R
вх =R1+R2∙3= 7 + 3 = 10 Ом
I1 = I
вх = 6 А
U2 — 3 = I∙R2 — 3
— находим напряжение разветвленного участка:
U2 — 3 = I∙R2 — 3 = 6∙3 = 18 В
U2 — 3 = U2 = U3 =18 В
— т.к. параллельное соединение
А
Дано:
U=240 В
R1 = 20 Ом
R2 = 120 Ом
R3 = 40 Ом
R4 = 60 Ом
R5 = 30 Ом
R6 = 20 Ом
Найти: I
1-6 -?
; R4-6 = 10 Ом;
;
; R2-3 = 30 Ом
Rвх=R1+R2-3+R4-6 = 20 + 30 +10 = 60 Ом;
; ;
U2-3 =I∙R2-3=
4∙30 = 120 В;
U2 — 3 = U2 = U3;
;
;
U4-6=I∙R4-6=4∙10=40B;
U4-6=U4=U5=U6;
;
;
;
Дано:
E =
20 В
Ri=2Ом
R1 =
9Ом
R2 =
6 Ом
R3 =
12 Ом
R4 =
1 Ом
R5 =
2 Ом
R6 =
1 Ом
R4-6 = R4 + R5 + R6;
;
R3-6 = 3 Ом;
Rвх = R1 + R3-6 +R2 = 9 + 3 + 6 = 18 Ом;
I=;
I=I1=I2=1А;
U3-6=I∙R3-6=1∙3=3В;
U3-6=U3=U4-6;
I3=;
I4=I5=I6=;
Cоставим подробное уравнение баланса мощностей для данной схемы. Оно является проверкой правильности решения задачи.
Pu=Pн+Р0;
EI=I21∙ R1+ I22∙ R2+ I23R3+I42R4+I25R5+I26+I2Ri;
20∙1=12∙9+12∙6+(0,25)2∙12+(0,75)2∙1+(0,75)22+(0,75)21+12∙2;
20Вт=20Вт- задача решена верно
ТОЭЭ к библиотеке
Знаете ли Вы, что, как и всякая идолопоклонническая религия, релятивизм представляет собой инструмент идеологического подчинения одних людей другим с помощью абсолютно бессовестной манипуляции их психикой для достижения интересов определенных групп людей, стоящих у руля этой воровской машины? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
| НОВОСТИ ФОРУМАРыцари теории эфира |
Источник: http://bourabai.ru/toe/resistors.htm
Соединение резисторов — Основы электроники
Соединение резисторов в различные конфигурации очень часто применяются в электротехнике и электронике.
Здесь мы будем рассматривать только участок цепи, включающий в себя соединение резисторов.
Соединение резисторов может производиться последовательно, параллельно и смешанно (то есть и последовательно и параллельно), что показано на рисунке 1.
Рисунок 1. Соединение резисторов.
Последовательное соединение резисторов
Последовательное соединение резисторов это такое соединение, в котором конец одного резистора соединен с началом второго резистора, конец второго резистора с началом третьего и так далее (рисунок 2).
Рисунок 2. Последовательное соединение резисторов.
То есть при последовательном соединении резисторы подключатся друг за другом. При таком соединении через резисторы будет протекать один общий ток.
Следовательно, для последовательного соединения резисторов будет справедливо сказать, что между точками А и Б есть только один единственный путь протекания тока.
Таким образом, чем больше число последовательно соединенных резисторов, тем большее сопротивление они оказывают протеканию тока, то есть общее сопротивление Rобщ возрастает.
Рассчитывается общее сопротивление последовательно соединенных резисторов по следующей формуле:
Rобщ = R1 + R2 + R3++ Rn.
Параллельное соединение резисторов
Параллельное соединение резисторов это соединение, в котором начала всех резисторов соединены в одну общую точку (А), а концы в другую общую точку (Б) (см. рисунок 3).
Рисунок 3. Параллельное соединение резисторов.
При этом по каждому резистору течет свой ток. При параллельном соединении при протекании тока из точки А в точку Б, он имеет несколько путей.
Таким образом, увеличение числа параллельно соединенных резисторов ведет к увеличению путей протекания тока, то есть к уменьшению противодействия протеканию тока.
А это значит, чем большее количество резисторов соединить параллельно, тем меньше станет значение общего сопротивления такого участка цепи (сопротивления между точкой А и Б.)
Общее сопротивление параллельно соединенных резисторов определяется следующим отношением:
1/Rобщ= 1/R1+1/R2+1/R3++1/Rn
Следует отметить, что здесь действует правило «меньше — меньшего». Это означает, что общее сопротивление всегда будет меньше сопротивления любого параллельно включенного резистора.
Общее сопротивление для двух параллельно соединенных резисторов рассчитывается по следующей формуле:
Rобщ= R1*R2/R1+R2
Если имеет место два параллельно соединенных резистора с одинаковыми сопротивлениями, то их общее сопротивление будет равно половине сопротивления одного из них.
Закон ома параллельное и последовательное соединение проводников
В электрических цепях элементы могут соединяться по различным схемам, в том числе они имеют последовательное и параллельное соединение.
Закон Ома для участка цепи. Последовательное и параллельное соединение проводников. 10 класс. Физика. — Объяснение нового материала
Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорциональна сопротивлению участка.
Закон Ома оказался справедливым не только для металлов, но и для растворов электролитов. Сформулированный закон имеет место для так называемого однородного участка цепи – участка, не содержащего источников тока.
Математическая запись закона Ома проста, как и его формулировка, но экспериментально подтвердить эту зависимость очень трудно. Сила тока, протекающая по участку цепи, мала. Поэтому используют достаточно чувствительные приборы. Г. Ом изготовил чувствительный прибор для измерения силы тока, а в качестве источника тока использовал термопару. Действие амперметра и вольтметра основано на применение закона Ома для участка цепи. Угол поворота стрелки прибора пропорционален силе тока.
Из математической записи закона Ома:
можно выразить напряжение :
и сопротивление проводника:
.
Таким образом, закон Ома связывает три параметра, характеризующих постоянный электрический ток, проходящий по проводнику, и позволяет находить любой из них, если известны два других.
Закон Ома имеет границы применимости и выполняется только в том случае, когда при прохождении тока температура заметно не меняется. На вольт–амперной характеристике лампы накаливания видно, что график сильно искривляется при напряжении выше 10В, значит, закон Ома выше этого напряжения применять нельзя.
Также нельзя говорить, что сопротивление проводника зависит от напряжения и силы тока в цепи. Сопротивление участка цепи зависит от свойств проводника: длины, площади поперечного сечения и материала, из которого состоит проводник.
где l-длина проводника, s-его площадь поперечного сечения.
ρ –удельное сопротивление проводника – это физическая величина, характеризующая зависимость сопротивления проводника от материала, из которого он изготовлен.
Удельное сопротивление показывает, каким сопротивлением обладает сделанный из этого вещества проводник длиной 1м и площадью поперечного сечения 1м2 .
Из формулы видно, что единицей измерения в системе СИ является Ом·м. Но так как площадь поперечного сечения проводника достаточно мала, используют единицы измерения
при вычислении площадь поперечного сечения проводника следует выражать в мм2.
В заключении хочется заметить, что Ом начал свои опыты, когда был учителем физики в гимназии. В своих экспериментах Ом брал куски проволоки одинакового диаметра, но разного материала и изменял их длину таким образом, чтобы в цепи сила тока имела одинаковое значение. Находящаяся рядом магнитная стрелка отклонялась при прохождении тока в цепи. Установив связь между напряжением и силой тока, Г. Ом вывел один из основных законов постоянного тока.
Последовательное соединение проводников
Электрические цепи, с которыми приходится иметь дело на практике, обычно состоят не из одного приёмника электрического тока, а из нескольких различных, которые могут быть соединены между собой по-разному. Зная сопротивление каждого и способ их соединения, можно рассчитать общее сопротивление цепи.
На рисунке а изображена цепь последовательного соединения двух электрических ламп, а на рисунке б — схема такого соединения. Если выключать одну лампу, то цепь разомкнётся и другая лампа погаснет.
Рис. Последовательное включение лампочек и источников питания
Мы уже знаем, что при последовательном соединении сила тока в любых частях цепи одна и та же, т. е.
I = I1 = I2
А чему равно сопротивление последовательно соединённых проводников?
Соединяя проводники последовательно, мы как бы увеличиваем длину проводника. Поэтому сопротивление цепи становится больше сопротивления одного проводника.
Последовательное соединение проводников
Общее сопротивление цепи при последовательном соединении равно сумме сопротивлений отдельных проводников (или отдельных участков цепи):
R = R1 + R2
Напряжение на концах отдельных участков цепи рассчитывается на основе закона Ома:
U1 = IR1, U2 = IR2.
Из приведённых равенств видно, что напряжение будет большим на проводнике с наибольшим сопротивлением, так как сила тока везде одинакова.
Полное напряжение в цепи при последовательном соединении, или напряжение на полюсах источника тока, равно сумме напряжений на отдельных участках цепи:
U = U1 + U2.
Это равенство вытекает из закона сохранения энергии. Электрическое напряжение на участке цепи измеряется работой электрического тока, совершающейся при прохождении по участку цепи электрического заряда в 1 Кл. Эта работа совершается за счёт энергии электрического поля, и энергия, израсходованная на всём участке цепи, равна сумме энергий, которые расходуются на отдельных проводниках, составляющих участок этой цепи.
Все приведённые закономерности справедливы для любого числа последовательно соединённых проводников.
Пример 1. Два проводника сопротивлением R1 = 2 Ом, R2 = 3 Ом соединены последовательно. Сила тока в цепи I = 1 А. Определить сопротивление цепи, напряжение на каждом проводнике и полное напряжение всего участка цепи.
Запишем условие задачи и решим её.
ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
Расчет параметров электрической цепи
при параллельном соединении сопротивлений:
Источник: https://www.kursoteka.ru/course/3296/lesson/11139/unit/27691
Виды соединения проводников
> Теория > Виды соединения проводников
Прохождение тока в любых электрических цепочках реализуется посредством отдельных электротехнических проводников (кабелей), подключаемых по определённой схеме. В зависимости от поставленной задачи, в линейной электрической цепи применяются различные виды включения потребителей, которые могут подсоединяться как последовательно, так и параллельно.
Последовательное соединение
В отдельных случаях возможно использование обоих видов соединения проводников (так называемое «смешанное» подключение), которое, наряду с другими способами, должно учитываться при разработке и ремонте любой электроустановки.
Параллельное включение
Поперечное сечение проводников
Для того чтобы определиться с тем, какое соединение называется параллельным, следует представить себе схему, в которой все входные и выходные контакты каждого из N проводников собраны вместе (в один узел).
Такая схема может содержать любое разумное количество «ответвлений» из всевозможных потребителей. Общий ток в этом случае может быть представлен как сумма отдельных составляющих, протекающих по каждой из N цепочек. При таком подключении ток в одном потребителе определяется приложенным к нему общим напряжением и сопротивлением каждого отдельного ответвления.
Важно! Общий ток в линии распределяется между этими N проводниками-потребителями пропорционально сопротивлению каждого из них. При этом он всегда вычисляется как сумма составляющих, протекающих по любому из N ответвлений.
Известные правила подключения параллельных цепей также вытекают из закона Кирхгофа, согласно которому сумма втекающих в узел токов должна быть равна сумме вытекающих. В частном случае, когда сопротивления всех N проводников равны по величине, токи через каждый из них будут иметь одинаковые величины, равные N-ой части общего токового значения.
Суммарное сопротивление цепочки из нескольких соединённых «в параллель» проводников вычисляется по следующей формуле:
Исходя из этого значения, легко рассчитать суммарный ток через всю образованную таким образом сложную цепочку, воспользовавшись уже полученными ранее данными. Он будет равен приложенному к линии напряжению, делённому на определённое согласно формуле сопротивление.
Дополнительная информация. Иногда для удобства расчётов вместо сопротивлений пассивных элементов (резисторов) используется обратная им величина, называемая проводимостью.
После введения показателя проводимости все расчётные формулы, используемые ранее, заметно упрощаются. Проводимости в этом случае просто складываются подобно тому, как ранее это делалось для резистивных номиналов деталей, включённых в последовательную цепочку.
Схема
С примером смешанного соединения нескольких нагрузок (потребителей) можно ознакомиться на размещённой ниже картинке.
Такое включение отдельных звеньев потребления наиболее часто встречается в типовых электрических схемах или на их участках. Последовательно-параллельное расположение проводников предполагает сложный расчёт величин токов и сопротивлений, включающий в себя уже рассмотренные выше варианты.
Расчёт
Методика таких вычислений построена на следующих принципах:
- Сначала электрическая схема разбивается на более простые и поддающиеся элементарному расчёту части;
- После этого каждый из таких участков, представленных простым типом включения, рассчитывается независимо от остальных частей;
Важно! В результате этой операции звенья с параллельно соединенными нагрузками приводятся к последовательному виду.
- На завершающей стадии расчёта все полученные для отдельных участков параметры суммируются по методике, описанной ранее для последовательного соединения.
В результате такого подхода расчёт сложных последовательно-параллельных цепей удаётся свести к элементарным или типовым операциям, производимым на основании законов Кирхгофа и Ома.
В заключение несколько слов о практическом применении рассмотренных видов включения. Так, самый распространённый из них (смешанный) применяется при изготовлении обмоток таких широко распространенных электротехнических изделий, как известные всем электродвигатели (смотрите ПУЭ). С его же помощью обустраиваются промышленные осветительные сети, обслуживающие значительные по площади объекты, а также типовая квартирная электропроводка.
Цветовая маркировка заземляющих проводников
Источник: https://elquanta.ru/teoriya/vidy-soedineniya-provodnikov.html
Первый закон Кирхгофа
14 августа 2013.
Категория: Электротехника.
Отдельные проводники электрической цепи могут быть соединены между собой последовательно, параллельно и смешанно. При этом последовательное и параллельное соединение проводников являются основными видами соединений, а смешанное соединение это их совокупность.
Последовательное соединение проводников
Последовательным соединением проводников называется такое соединение, когда конец первого проводника соединен с началом второго, конец второго проводника соединен с началом третьего и так далее (рисунок 1).
Рисунок 1. Схема последовательного соединения проводников
Общее сопротивление цепи, состоящее из нескольких последовательно соединенных проводников, равно сумме сопротивлений отдельных проводников:
r = r1 + r2 + r3 + + rn.
Ток на отдельных участках последовательной цепи везде одинаков:
I1 = I2 = I3 = I.
1. Последовательное соединение проводников
Пример 1. На рисунке 2 представлена электрическая цепь, состоящая из трех последовательно включенных сопротивлений r1 = 2 Ом, r2 = 3 Ом, r3 = 5 Ом. Требуется определить показания вольтметров V1, V2, V3 и V4, если ток в цепи равен 4 А.
Сопротивление всей цепи
r = r1 + r2 + r3 = 2 + 3 + 5 =10 Ом.
По закону Ома напряжение на зажимах цепи равно току цепи, умноженному на ее сопротивление:
U = I × r = 4 × 10 = 40 В.
Следовательно, вольтметр V, присоединенный к зажимам источника напряжения, покажет напряжение 40 В.
Рисунок 2. Схема измерения напряжений на отдельных участках электрической цепи
В сопротивлении r1 при протекании тока будет падение напряжения:
U1 = I × r1 = 4 × 2 = 8 В.
Вольтметр V1, включенный между точками а и б, покажет 8 В.
В сопротивлении r2 также происходит падение напряжения:
U2 = I × r2 = 4 × 3 = 12 В.
Вольтметр V2, включенный между точками в и г, покажет 12 В.
Падение напряжения в сопротивлении r3:
U3 = I × r3 = 4 × 5 = 20 В.
Вольтметр V3, включенный между точками д и е, покажет 20 В.
Если вольтметр присоединить одним концом к точке а, другим концом к точке г, то он покажет разность потенциалов между этими точками, равную сумме падений напряжения в сопротивлениях r1 и r2 (8 + 12 = 20 В).
Таким образом, вольтметр V, измеряющий напряжение на зажимах цепи и включенный между точками а и е, покажет разность потенциалов между этими точками или сумму падений напряжения в сопротивлениях r1, r2 и r3.
Отсюда видно, что сумма падений напряжения на отдельных участках электрической цепи равна напряжению на зажимах цепи.
Так как при последовательном соединении ток цепи на всех участках одинаков, то падение напряжения пропорционально сопротивлению данного участка.
Пример 2. Три сопротивления 10, 15 и 20 Ом соединены последовательно, как показано на рисунке 3. Ток в цепи 5 А. Определить падение напряжения на каждом сопротивлении.
U1 = I × r1 = 5 ×10 = 50 В,
U2 = I × r2 = 5 ×15 = 75 В,
U3 = I × r3 = 5 ×20 = 100 В.
Рисунок 3. К примеру 2
Общее напряжение цепи равно сумме падений напряжений на отдельных участках цепи:
U = U1 + U2 + U3 = 50 + 75 + 100 = 225 В.
Параллельное соединение проводников
Параллельным соединением проводников называется такое соединение, когда начала всех проводников соединены в одну точку, а концы проводников – в другую точку (рисунок 4). Начало цепи присоединяется к одному полюсу источника напряжения, а конец цепи – к другому полюсу.
| Рисунок 4. Схема параллельного соединения проводников |
Из рисунка видно, что при параллельном соединении проводников для прохождения тока имеется несколько путей. Ток, протекая к точке разветвления А, растекается далее по трем сопротивлениям и равен сумме токов, уходящих от этой точки:
I = I1 + I2 + I3.
Если токи, приходящие к точке разветвления, считать положительными, а уходящие – отрицательными, то для точки разветвления можно написать:
то есть алгебраическая сумма токов для любой узловой точки цепи всегда равна нулю. Это соотношение, связывающее токи в любой точке разветвления цепи, называется первым законом Кирхгофа. Определение первого закона Кирхгофа может звучать и в другой формулировке, а именно: сумма токов втекающих в узел электрической цепи равна сумме токов вытекающих из этого узла.
2. Первый закон Кирхгофа
Обычно при расчете электрических цепей направление токов в ветвях, присоединенных к какой либо точке разветвления, неизвестны. Поэтому для возможности самой записи уравнения первого закона Кирхгофа нужно перед началом расчета цепи произвольно выбрать так называемые положительные направления токов во всех ее ветвях и обозначить их стрелками на схеме.
Пользуясь законом Ома, можно вывести формулу для подсчета общего сопротивления при параллельном соединении потребителей.
Общий ток, приходящий к точке А, равен:
Токи в каждой из ветвей имеют значения:
По формуле первого закона Кирхгофа
I = I1 + I2 + I3
или
Вынося U в правой части равенства за скобки, получим:
Сокращая обе части равенства на U, получим формулу подсчета общей проводимости:
или
g = g1 + g2 + g3.
Таким образом, при параллельном соединении увеличивается не сопротивление, а проводимость.
Пример 3. Определить общее сопротивление трех параллельно включенных сопротивлений, если r1 = 2 Ом, r2 = 3 Ом, r3 = 4 Ом.
откуда
Пример 4. Пять сопротивлений 20, 30 ,15, 40 и 60 Ом включены параллельно в сеть. Определить общее сопротивление:
откуда
Следует заметить, что при подсчете общего сопротивления разветвления оно получается всегда меньше, чем самое меньшее сопротивление, входящее в разветвление.
Если сопротивления, включенные параллельно, равны между собой, то общее сопротивление r цепи равно сопротивлению одной ветви r1, деленному на число ветвей n:
Пример 5. Определить общее сопротивление четырех параллельно включенных сопротивлений по 20 Ом каждое:
Для проверки попробуем найти сопротивление разветвления по формуле:
откуда
Как видим, ответ получается тот же.
Пример 6. Пусть требуется определить токи в каждой ветви при параллельном их соединении, изображенном на рисунке 5, а.
| Рисунок 5. К примеру 6 |
Найдем общее сопротивление цепи:
откуда
Теперь все разветвления мы можем изобразить упрощенно как одно сопротивление (рисунок 5, б).
Падение напряжения на участке между точками А и Б будет:
U = I × r = 22 × 1,09 = 24 В.
Возвращаясь снова к рисунку 5, а видим, что все три сопротивления окажутся под напряжением 24 В, так как они включены между точками А и Б.
Рассматривая первую ветвь разветвления с сопротивлением r1, мы видим, что напряжение на этом участке 24 В, сопротивление участка 2 Ом. По закону Ома для участка цепи ток на этом участке будет:
Ток второй ветви
Ток третьей ветви
Проверим по первому закону Кирхгофа
I = I1 + I2 + I3 = 12 + 6 + 4 = 22 А.
Следовательно, задача решена верно.
Обратим внимание на то, как распределяются токи в ветвях нашего параллельного соединения.
Первая ветвь: r1 = 2 Ом, I1 = 12 А.
Вторая ветвь: r2 = 4 Ом, I2 = 6 А.
Третья ветвь: r3 = 6 Ом, I3 = 4 А.
Как видим, сопротивление первой ветви в два раза меньше сопротивление второй ветви, а ток первой ветви в два раза больше тока второй ветви.
Сопротивление третьей ветви в три раза больше сопротивления первой ветви, а ток третьей ветви в три раза меньше тока первой ветви.
Отсюда можно сделать вывод, что токи в ветвях при параллельном соединении распределяются обратно пропорционально сопротивлениям этих ветвей. Таким образом, по ветви с большим сопротивлением потечет ток меньший, чем по ветви с малым сопротивлением.
Для двух параллельных ветвей можно также, конечно, пользоваться данной выше формулой.
Однако общее сопротивление проводника при параллельном соединении в этом случае легче подсчитать по формуле:
или окончательно:
Смешанное соединение проводников
Смешанным соединением проводников называется такое соединение, где имеются и последовательное и параллельное соединения отдельных проводников. Примером может служить соединение, изображенное на рисунке 6.
Рисунок 6. Схема смешанного соединения проводников
3. Смешанное соединение проводников
Пример 7. Определить общее сопротивление смешанного соединения, представленного на рисунке 6, если
r1 = 2 Ом, r2 = 3 Ом, r3 = 5 Ом, r4 = 4 Ом, r5 = 8 Ом и r6 = 6 Ом.
Находим общее сопротивление первого разветвления:
откуда
Общее сопротивление второго разветвления:
откуда
Общее сопротивление цепи:
r = r1,2 + r3 + r4,5,6 = 1,2 + 5 + 1,85 = 8,05 Ом.
Источник: https://www.electromechanics.ru/electrical-engineering/540-the-first-law-of-kirchhoff.html
Последовательное и параллельное соединение резисторов
Последовательное соединение – это соединение двух или более резисторов в форме цепи, в которой каждый отдельный резистор соединяется с другим отдельным резистором только в одной точке.
Общее сопротивление Rобщ
При таком соединении, через все резисторы проходит один и тот же электрический ток. Чем больше элементов на данном участке электрической цепи, тем «труднее» току протекать через него. Следовательно, при последовательном соединении резисторов их общее сопротивление увеличивается, и оно равно сумме всех сопротивлений.
Напряжение при последовательном соединении
Напряжение при последовательном соединении распределяется на каждый резистор согласно закону Ома:
Т.е чем большее сопротивление резистора, тем большее напряжение на него падает.
Напряжение при параллельном соединении
Напряжение между точками A и B является как общим напряжением для всего участка цепи, так и напряжением, падающим на каждый резистор в отдельности. Поэтому при параллельном соединении на все резисторы упадет одинаковое напряжение.
Электрический ток при параллельном соединении
Через каждый резистор течет ток, сила которого обратно пропорциональна сопротивлению резистора. Для того чтобы узнать какой ток течет через определенный резистор, можно воспользоваться законом Ома:
Фламинго-НН
Отдельные проводники электрической цепи могут быть соединены между собой последовательно, параллельно и смешанно. При этом последовательное и параллельное соединение проводников являются основными видами соединений, а смешанное соединение это их совокупность.
