Почему сила тока в последовательной цепи одинакова

Полное сопротивление цепи переменного тока — Основы электроники

В предыдущих статьях мы узнали, что всякое сопротивление, поглощающее энергию, называется активным, а сопротивление, не поглощающее энергии, безваттным или реактивным. Кроме того, мы установили, что реактивные сопротивления делятся на два вида — индуктивные и емкостные.

Однако существуют цепи, где сопротивление не является чисто активным или чисто реактивным. То есть цепи, где вместе с активным сопротивлением включены в цепь, как емкости, так и индуктивности.

Введем понятие полного сопротивления цепи переменному току — Z, которое соответствует векторной сумме всех сопротивлений цепи (активных, емкостных и индуктивных). Понятие полного сопротивления цепи нам необходимо для более полного понимания закона Ома для переменного тока

На рисунке 1 представлены варианты электрических цепей и их классификация в зависимости от того какие элементы (активные или реактивные) включены в цепь.

Рисунок 1. Классификация цепей переменного тока.

Полное сопротивление цепи с чисто активными элементами соответствует сумме активных сопротивлений цепи и рассматривалось нами ранее. О чисто емкостном и индуктивном сопротивлении цепи мы тоже с вами говорили, и оно зависит соответственно от общей емкости и индуктивности цепи.

Рассмотрим более сложные варианты цепи, где последовательно с активным сопротивлением в цепь включено индуктивное и реактивное сопротивление.

Полное сопротивление цепи при последовательном соединении активного и реактивного сопротивления

В любом сечении цепи, изображенной на рисунке 2,а, мгновенные значения тока должны быть одинаковыми, так как в противном случае наблюдались бы скопления и разрежения электронов в каких-либо точках цепи. Иными словами, фазы тока по всей длине цепи должны быть одинаковыми.

Кроме того, мы знаем, что фаза напряжения на индуктивном сопротивлении опережает фазу тока на 90°, а фаза напряжения на активном сопротивлении совпадает с фазой тока (рисунок 2,б).

Отсюда следует, что радиус-вектор напряжения UL (напряжение на индуктивном сопротивлении) и напряжения UR (напряжение на активном сопротивлении) сдвинуты друг относительно друга на угол в 90°.

Рисунок 2. Полное сопротивление цепи с активным сопротивлением и индуктивностью.        а) — схема цепи; б) — сдвиг фаз тока и напряжения; в) — треугольник напряжений; д) — треугольник сопротивлений.

Для получения радиуса-вектора результирующего напряжения на зажимах А и В (рис.2,а) мы произведем геометрическое сложение радиусов-векторов UL и UR. Такое сложение выполнено на рис. 2,в, из которого видно, что результирующий вектор UAB является гипотенузой прямоугольного треугольника.

Из геометрии известно, что квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов.

По закону Ома напряжение должно равняться силе тока, умноженной на сопротивление.

Так как сила тока во всех точках цепи одинакова, то квадрат полного сопротивления цепи (Z2) будет также равен сумме квадратов активного и индуктивного сопротивлений, т. е.

                                      (1)

Извлекая квадратный корень из обеих частей этого равенства, получим,

                                       (2)

 Таким образом, полное сопротивление цепи, изображенной на рис 2,а, равно корню квадратному из суммы квадратов активного и индуктивного сопротивлений

Полное сопротивление можно находить не только путем вычисления, но и путем построения треугольника сопротивлений, аналогичного треугольнику напряжений (рис 2,д), т. е.

полное сопротивление цепи переменному току может быть получено путем измерения гипотенузы, прямоугольного треугольника, катетами которого являются активное и реактивное сопротивления. Разумеется, измерения катетов и гипотенузы должны производиться в одном и том же масштабе.

Так, например, если мы условились, что 1 см длины катетов соответствует 1 ом, то число омов полного сопротивления будет равно числу сантиметров, укладывающихся на гипотенузе.

Полное сопротивление цепи, изображенной на рис.2,а, не является ни чисто активным, ни чисто реактивным; оно содержит в себе оба эти вида сопротивлений. Поэтому угол сдвига фаз тока и напряжения в этой цепи будет отличаться и от 0° и от 90°, то есть он будет больше 0°, но меньше 90°.

К которому из этих двух значений он будет более близок, будет зависеть от того, какое из этих сопротивлений имеет преобладающее значение в цепи.

Если индуктивное сопротивление будет больше активного, то угол сдвига фаз будет более близок к 90°, и наоборот, если преобладающим будет активное сопротивление, то угол сдвига фаз будет более близок к 0°.

В цепи, изображенной на рис 3,а, соединены последовательно активное и емкостное сопротивления. Полное сопротивление такой цепи можно определить при помощи треугольника сопротивлений так же, как мы определяли выше полное сопротивление активно-индуктивной цепи.

Рисунок 3. Полное сопротивление цепи с активным сопротивлением и емкостью.                                                а) — схема цепи; б) — треугольник сопротивлений.

Разница между обоими случаями состоит лишь в том, что треугольник сопротивлений для активно-емкостной цепи будет повернут в другую сторону (рис 3,б) вследствие того, что ток в емкостной цепи не отстает от напряжения, а опережает его.

Для данного случая:

(3)

 В общем случае, когда цепь содержит все три вида сопротивлений (рис. 4,а), сначала определяется реактивное сопротивление этой цепи, а затем уже полное сопротивление цепи.

Рисунок 4. Полное сопротивление цепи содержащей R, L и C. а) — схема цепи; б) — треугольник сопротивлений.

Реактивное сопротивление этой цепи состоит из индуктивного и емкостного сопротивлений. Так как эти два вида реактивного сопротивления противоположны друг другу по своему характеру, то общее реактивное сопротивление цепи будет равно их разности, т. е.

                           (4)

Общее реактивное сопротивление цепи может иметь индуктивный или емкостный характер, в зависимости от того, какое из этих двух сопротивлений (XL или XC преобладает).

После того как мы по формуле (4) определили общее реактивное сопротивление цепи, определение полного сопротивления не представит затруднений. Полное сопротивление будет равно корню квадратному из суммы квадратов активного и реактивного сопротивлений, т. е.

                                     (5)

Или

                         (6)

Способ построения треугольника сопротивлений для этого случая изображен на рис. 4 б.

Полное сопротивление цепи при параллельном соединении активного и реактивного сопротивления.

Полное сопротивление цепи при параллельном соединении активного и реактивного элемента

Для того чтобы вычислить полное сопротивление цепи, составленной из активного и индуктивного сопротивлений, соединенных между собой параллельно(рис. 5,а), нужно сначала вычислить проводимость каждой из параллельных ветвей, потом определить полную проводимость всей цепи между точками А и В и затем вычислить полное сопротивление цепи между этими точками.

Рисунок 5. Полное сопротивление цепи при параллельном соединении активного и реактивных элементов. а) — параллельное соединение R и L; б) — параллельное соединение R и C.

Проводимость активной ветви, как известно, равна 1/R, аналогично проводимость индуктивной ветви равна 1/ωL , а полная проводимость равна 1/Z

Полная проводимость равна корню квадратному из суммы квадратов активной и реактивной проводимости, т. е.

                       (7)

Приводя к общему знаменателю подкоренное выражение, получим:

  (8)

 откуда:

                              (9)

Формула (9) служит для вычисления полного сопротивления цепи, изображенной на рис. 5а.

Нахождение полного сопротивления для этого случая может быть произведено и геометрическим путем. Для этого нужно построить в соответствующем масштабе треугольник сопротивлений, и затем произведение длин катетов разделить на длину гипотенузы. Полученный результат и будет соответствовать полному сопротивлению.

Аналогично случаю, рассмотренному выше, полное сопротивление при параллельном соединении R и С (рис 5б) будет равно:

                             (10)

 Полное сопротивление может быть найдено также и в этом случае путем построения треугольника сопротивлений.

В радиотехнике наиболее часто встречается случай па¬раллельного соединения индуктивности и емкости, например колебательный контур для настройки приемников и передатчиков. Так как катушка индуктивности всегда обладает кроме индуктивного еще и активным сопротивлением, то эквивалентная (равноценная) схема колебательного контура будет содержать в индуктивной ветви активное сопротивление (рис 7).

Рисунок 6. Эквивалентная схема колебательного контура.

Формула полного сопротивления для этого случая будет:

                   (11)

 Так как обычно активное сопротивление катушки (R) бывает очень мало по сравнению с ее индуктивным сопротивлением (ωL), то мы имеем право формулу (11) переписать в следующем виде:

 (12)

 В колебательном контуре обычно подбирают величины L и С таким образом, чтобы индуктивное сопротивление равнялось емкостному, т. е. чтобы соблюдалось условие

                                     (13)

 При соблюдении этого условия полное сопротивление колебательного контура будет равно:

                                     (14)

 где L—индуктивность катушки в Гн;

С—емкость конденсатора в Ф;

R—активное сопротивление катушки в Ом.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Источник: http://www.sxemotehnika.ru/polnoe-soprotivlenie-tcepi-peremennogo-toka.html

Виды соединения проводников

При решении задач принято преобразовывать схему, так, чтобы она была как можно проще. Для этого применяют эквивалентные преобразования. Эквивалентными называют такие преобразования части схемы электрической цепи, при которых токи и напряжения в не преобразованной её части остаются неизменными.

Существует четыре основных вида соединения проводников: последовательное, параллельное, смешанное и мостовое.

Последовательное соединение

Последовательное соединение – это такое соединение, при котором сила тока на всем участке цепи одинакова. Ярким примером последовательного соединения является старая елочная гирлянда. Там лампочки подключены последовательно, друг за другом. Теперь представьте, одна лампочка перегорает, цепь нарушена и остальные лампочки гаснут. Выход из строя одного элемента, ведет за собой отключение всех остальных, это является существенным недостатком последовательного соединения.

При последовательном соединении сопротивления элементов суммируются. 

Параллельное соединение

Параллельное соединение – это соединение, при котором напряжение на концах участка цепи одинаково. Параллельное соединение наиболее распространено, в основном потому, что все элементы находятся под одним напряжением, сила тока распределена по-разному и при выходе одного из элементов все остальные продолжают свою работу.

При параллельном соединении эквивалентное сопротивление находится как:

В случае двух параллельно соединенных резисторов

В случае трех параллельно подключенных резисторов:

Смешанное соединение

Смешанное соединение – соединение, которое является совокупностью последовательных и параллельных соединений. Для нахождения эквивалентного сопротивления нужно, “свернуть” схему поочередным преобразованием параллельных и последовательных участков цепи.

Сначала найдем эквивалентное сопротивление для параллельного участка цепи, а затем прибавим к нему оставшееся сопротивление R3. Следует понимать, что после преобразования эквивалентное сопротивление R1R2 и резистор R3, соединены последовательно.

Итак, остается самое интересное и самое сложное соединение проводников.

Мостовая схема

Мостовая схема соединения представлена на рисунке ниже.

Для того чтобы свернуть мостовую схему, один из треугольников моста, заменяют эквивалентной звездой.

И находят сопротивления R1, R2 и R3. 

Затем находят общее эквивалентное сопротивление, учитывая, что резисторы R3,R4 и R5,R2 соединены между друг другом последовательно, а в парах параллельно. 

На этом всё! Примеры расчета сопротивления цепей тут.

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4.05 (11 Голоса)

Источник: https://electroandi.ru/toe/dc/vidy-soedineniya-provodnikov.html

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.

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:

Источник: https://vemiru.ru/info/zakon-oma-parallelnoe-i-posledovatelnoe-soedinenie/

Последовательное и параллельное соединения проводников – FIZI4KA

ОГЭ 2018 по физике ›

1. Потребители электрической энергии: электрические лампочки, резисторы и пр. — могут по-разному соединяться друг с другом в электрической цепи. Существует два основных типа соединения проводников: последовательное и параллельное. При последовательном соединении проводников конец одного проводника соединяется с началом другого проводника, а его конец — с началом третьего и т.д. (рис. 85).

Примером последовательного соединения проводников может служить соединение электрических лампочек в ёлочной гирлянде.

При последовательном соединении проводников ток проходит через все лампочки, при этом через поперечное сечение каждого проводника в единицу времени проходит одинаковый заряд, т.е. заряд не скапливается ни в какой части проводника. Поэтому при последовательном соединении проводников сила тока в любом участке цепи одинакова: ​\( I_1=I_2=I \)​.

Общее сопротивление последовательно соединённых проводников равно сумме их сопротивлений: ​\( R_1=R_2=R \)​. Это следует из того, что при последовательном соединении проводников их общая длина увеличивается, она больше, чем длина каждого отдельного проводника, соответственно увеличивается и сопротивление проводников.

По закону Ома напряжение на каждом проводнике равно: ​\( U_1=IR_1 \)​, ​\( U_2=IR_2 \)​, а общее напряжение равно ​\( U=I(R_1+R_2) \)​. Поскольку сила тока во всех проводниках одинакова, а общее сопротивление равно сумме сопротивлений проводников, то полное напряжение на последовательно соединённых проводниках равно сумме напряжений на каждом проводнике: ​\( U=U_1+U_2 \)​.

Из приведённых равенств следует, что последовательное соединение проводников используется в том случае, если напряжение, на которое рассчитаны потребители электрической энергии, меньше общего напряжения в цепи.

2. Примером параллельного соединения проводников служит соединение потребителей электрической энергии в квартире. Так, электрические лампочки, чайник, утюг и пр. включаются параллельно.

При параллельном соединении проводников все проводники одним своим концом присоединяются к одной точке цепи (А), а вторым концом к другой точке цепи (В) (рис. 86).

Поэтому вольтметр, подключенный к этим точкам, покажет напряжение как на проводнике 1, так и на проводнике 2. Таким образом, напряжение на концах всех параллельно соединённых проводников одно и то же: ​\( U_1=U_2=U \)​.

При параллельном соединении проводников электрическая цепь разветвляется, в данном случае в точке В. Поэтому часть общего заряда проходит через один проводник, а часть — через другой. Следовательно при параллельном соединении проводников сила тока в неразветвлённой части цепи равна сумме силы тока в отдельных проводниках: ​\( I=I_1+I_2 \)​.

В соответствии с законом Ома ​\( I=\frac{U}{R} \)​, \( I_1=\frac{U_1}{R_1} \), \( I_2=\frac{U_2}{R_2} \). Отсюда следует: ​\( \frac{U}{R}=\frac{U_1}{R_1}+\frac{U_2}{R_2} \)​. Так как ​\( U_1=U_2=U \)​, \( \frac{1}{R}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2} \). Величина, обратная общему сопротивлению параллельно соединенных проводников, равна сумме величин, обратных сопротивлению каждого проводника.

При параллельном соединении проводников их общее сопротивление меньше, чем сопротивление каждого проводника. Действительно, если параллельно соединены два проводника, имеющие одинаковое сопротивление ​\( r \)​, то их общее сопротивление равно: ​\( R=r/2 \)​. Это объясняется тем, что при параллельном соединении проводников как бы увеличивается площадь их поперечного сечения, соответственно уменьшается сопротивление.

Из приведённых формул понятно, почему потребители электрической энергии включаются параллельно: они все рассчитаны на определённое одинаковое напряжение, которое в квартирах равно 220 В. Зная сопротивление каждого потребителя, можно рассчитать силу тока в каждом из них и соответствие суммарной силы тока предельно допустимой силе тока.

• Примеры заданий
• Ответы

Часть 1

1. На рисунке изображёна схема участка электрической цепи АВ. В эту цепь параллельно включены два резистора сопротивлением ​\( R_1 \)​ и ​\( R_2 \)​. Напряжения на резисторах соответственно ​\( U_1 \)​ и ​\( U_2 \)​.

По какой из формул можно определить напряжение U на участке АВ?

1) ​\( U=U_1+U_2 \)​
2) ​\( U=U_1-U_2 \)​
3) ​\( U=U_1=U_2 \)​
4) ​\( U=\frac{U_1U_2}{U_1+U_2} \)​

2. На рисунке изображёна схема электрической цепи, содержащая два параллельно включённых резистора сопротивлением ​\( R_1 \)​ и ​\( R_2 \)​. Какое из приведённых ниже соотношений справедливо для такого соединения резисторов?

1) ​\( I=I_1=I_2 \)​
2) \( I=I_1+I_2 \)
3) \( U=U_1+U_2 \)
4) \( R=R_1+R_2 \)

3. На рисунке изображена схема электрической цепи. В эту цепь последовательно включены два резистора сопротивлением R} и R2. Какое из приведённых ниже соотношений справедливо для такого соединения резисторов?

1) ​\( U=U_1+U_2 \)​
2) \( I=I_1+I_2 \)
3) \( U=U_1=U_2 \)
4) \( R=\frac{R_1R_2}{R_1+R_2} \)

4. На рисунке изображена схема электрической цепи. В эту цепь последовательно включены два резистора сопротивлением ​\( R_1 \)​ и ​\( R_2 \)​. Какое из приведённых ниже соотношений справедливо для такого соединения резисторов?

1) ​\( U=U_1=U_2 \)​
2) \( I=I_1+I_2 \)
3) \( I=I_1=I_2 \)
4) \( R=\frac{R_1R_2}{R_1+R_2} \)

5. На рисунке изображена схема электрической цепи. В эту цепь параллельно включены два одинаковых резистора сопротивлением ​\( R_1 \)​. По какой из формул можно определить общее сопротивление цепи ​\( R \)​?

1) ​\( R=R_1{}2 \)​
2) ​\( R=2R_1 \)​
3) ​\( R=\frac{R_1}{2} \)​
4) ​\( R=\sqrt{R_1} \)​

6. Общее сопротивление участка цепи, изображённого на рисунке, равно 9 Ом. Сопротивления резисторов ​\( R_1 \)​ и ​\( R_2 \)​ равны. Чему равно сопротивление каждого резистора?

1) 81 Ом 2) 18 Ом 3) 9 Ом

4) 4,5 Ом

7. Чему равно сопротивление участка цепи, содержащего три последовательно соединенных резистора сопротивлением по 9 Ом каждый?

1) 1/3 Ом 2) 3 Ом 3) 9 Ом

4) 27 Ом

8. Чему равно общее сопротивление участка цепи, изображённого на рисунке, если ​\( R_1 \)​ = 1 Ом, ​\( R_2 \)​ = 10 Ом, ​\( R_3 \)​ = 10 Ом, ​\( R_4 \)​ = 5 Ом?

1) 9 Ом 2) 11 Ом 3) 16 Ом

4) 26 Ом

9. Чему равно общее сопротивление участка цепи, изображённого на рисунке, если \( R_1 \) = 1 Ом, \( R_2 \) = 3 Ом, \( R_3 \) = 10 Ом, \( R_4 \) = 10 Ом?

1) 9 Ом 2) 10 Ом 3) 14 Ом

4) 24 Ом

10. Если ползунок реостата (см. схему) переместить влево, то сила тока

1) в резисторе ​\( R_1 \)​ уменьшится, а в резисторе ​\( R_2 \)​ увеличится 2) увеличится в обоих резисторах

3) в резисторе ​\( R_1 \)​ увеличится, а в резисторе ​\( R_2 \)​ уменьшится

4) уменьшится в обоих резисторах

11. На рисунке изображена электрическая цепь, состоящая из источника тока, резистора и реостата. Как изменяются при передвижении ползунка реостата вправо его сопротивление, сила тока в цепи и напряжение на резисторе 1?

Для каждой физической величины определите соответствующий характер изменения. Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА A) сопротивление реостата 2 Б) сила тока в цепи

B) напряжение на резисторе 1

ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ 1) увеличивается 2) уменьшается

3) не изменяется

12. Установите соответствие между физическими величинами и правильной электрической схемой для измерения этих величин при последовательном соединении двух резисторов ​\( R_1 \)​ и \( R_2 \). Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры в ответе могут повторяться.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
A) сила тока в резисторе \( R_1 \)​ и \( R_2 \)
Б) напряжение на резисторе \( R_2 \)
B) общее напряжение на резисторах \( R_1 \)​ и \( R_2 \)

Часть 2

13. Три резистора соединены, как показано на рисунке. Сопротивления резисторов ​\( R_1 \)​ = 10 Ом, \( R_2 \) = 5 Ом, \( R_3 \) = 5 Ом. Каково напряжение на резисторе 1, если амперметр показывает силу тока 2 А?

Ответы

Источник: https://fizi4ka.ru/ogje-2018-po-fizike/posledovatelnoe-i-parallelnoe-soedinenija-provodnikov.html

Последовательное соединение сопротивлений

Сопротивления, например это могут быть лампы накаливания или другие нагревательные приборы, можно соединить тремя способами, а именно; последовательно, о чём здесь и расскажем, параллельно и смешано.

Последовательно — значит одно сопротивление подключается к другому, а третье ко второму и т. д. след в след. Вот и получается, что последовательно.

Каждое сопротивление имеет два отвода и представляет из себя двухполюсник (те самые два отвода). Если условно один из отводов (любой) назвать началом, то другой будет концом.

Если поменять местами, то суть от этого не поменяется, потому как мы имеем дело с обычным сопротивлением, а не с полупроводниковым диодом. Итак.

Берем конец одного сопротивления и соединяем его с началом другого, затем берём конец этого сопротивления и соединяем его с началом следующего и т. д. В итоге у нас получится что-то похожее на ёлочную гирлянду, особенно если провода длинные и гибкие.

В чём особенность такого соединения сопротивлений? Почему следует выбрать именно такой способ, а не какой-то другой? Давайте разберёмся с особенностями такого типа соединений. Если представить каждое сопротивление как отрезок металлического прута цилиндрической формы, то одинаковые сопротивления будут представлены одинаковыми прутами, а сопротивление в 2 раза большее будет представлено двойным отрезком прута.

Согласитесь, очень похоже схематическое изображение резистора (сопротивления) на тот самый пруток, правда в упрощенном виде.

Что же происходит когда мы фактически при последовательном соединении прикладываем прутки один к другому стык в стык. Визуально это выглядит как наращивание или удлинение проводника. У нас было много проводников, а стал как бы один большой.

Так как наш суммарный цилиндрический пруток стал длиннее, то и сопротивление его должно стать больше.

Одним словом в при последовательном соединении проводников общее сопротивление равно сумме всех последовательно соединенных сопротивлений на этом участке (ветке, или цепи если других веток нет).

Итак, что же следует учесть, чтобы продуктивно использовать последовательное соединение проводников и знать чем оно лучше или хуже остальных типов соединений.

Все особенности вытекают из Закона Ома и если хорошенько знать этот закон, то о многом можно догадаться сходу.

Падение напряжения на участке цепи

При последовательном соединении проводников сумма падений напряжений на каждом участке цепи (на каждом сопротивлении) будет равна падению напряжения всей цепи (или ветви цепи).

Величина падений напряжений будет прямо пропорциональна величине сопротивлений потому как величина силы тока в цепи одинакова при этом типе соединений.

Сила тока в цепи при последовательном соединении

Когда сопротивления соединяются одно к другому и нет отводов от этих сопротивлений, чтобы образовать новую цепочку соединений, то есть нет разветвлений в цепи, тогда величина силы тока будет одинакова во всей цепи. Через каждое сопротивление в цепи будет протекать один и тот же ток. Можно также сказать, что в цепи из последовательно соединённых сопротивлений установится одна и та же величина силы тока.

Это следует из Закона Ома. Согласно которому величина тока прямо пропорциональна величине падения напряжения (вся цепь) и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка. Закон Ома определяет величину тока протекающего во всём участке цепи, а значит он везде одинаков, тем более если учесть, что участок у нас единственный с последовательно соединенными сопротивлениями.

Сопротивление участка цепи при последовательном соединении

Думаю, что с этим вопросом мы уже разобрались на примере металлического прута. При последовательном соединении величины сопротивлений складываются и их простая арифметическая сумма и будет величиной суммарного сопротивления. Чем больше мы включаем сопротивлений при последовательном соединении, тем большим становится суммарное сопротивление всего участка цепи.

Особенности и преимущества использования последовательного соединения

Одной неприятной особенностью последовательного соединения является то, что при обрыве одного из сопротивлений обрывается вся цепь. Ток прекращает течь. Но не стоит горевать, эта же особенность используется для защиты электрических цепей, потому как все предохранители включаются именно последовательно и именно для того, чтобы в случае опасной величины тока оборвать всю цепь, тем самым сберечь очень часто дорогостоящее оборудование.

Также последовательное соединение используется в качестве делителя напряжения, когда сопротивления подбираются так, чтобы на одном из сопротивлений получить нужное значение падения напряжения. Часто применяется в электронике, но в электротехнике делитель напряжения это временная мера, потому как гораздо экономичнее применить трансформатор.

Следующий вариант применения последовательного соединения — это сугубо утилитарный и зависит он от применяемых сопротивлений. Очень часто это также вынужденная мера.

Может случится так, что потребуется соединить нагревательные приборы в одну цепь, но в наличии окажутся только те нагреватели, что имеют номинальное напряжение 24 V, а требуется их включить в электрическую сеть 110-127 Volt. Как быть? До магазина далеко и взять другие нагреватели негде, а генератор выдает именно 110-127 Volt.

Выход как раз в последовательном соединении этих самых нагревателей (главное чтобы их было достаточно). Требуется включить последовательно столько нагревателей, чтобы падение на каждом из них не превышало 24 V.

Подсчитать тут достаточно легко и просто. Так как все нагреватели одинаковы, а значит и сопротивления их одинаковы, а требуется добиться, чтобы падение напряжения на каждом из них было те самые 24 V, то достаточно 127 Volt разделить на 24 V и получим сколько требуется взять нагревателей для последовательного соединения. Получается примерно 5,29 нагревателя. Разумеется мы сможем взять только целое количество сопротивлений и поэтому берем 6 нагревателей.

Каким расчетным будет падение напряжения на каждом нагревателе? Для этого 127 делим на 6 и получаем примерно 21,16 V. Расчетная величина не превышает номинального напряжения на которое рассчитаны нагреватели, а это значит, что нагреватели будут работать в своем номинальном эксплуатационном режиме.

В чём особенность такого способа расчёта? Вы наверное заметили, что тут в вычислениях не применялась величина сопротивления в омах. Мы не использовали значение сопротивления нагревателя, потому как оно нам было не нужно.

Такой фокус можно проделать тогда, когда при последовательном соединении все сопротивления одинаковые по величине. Нагреватели как раз были одинаковыми.

Что же делать если нам понадобится значение сопротивления, а под рукой нет прибора, чтобы сделать измерения? Обычно у каждого электротехнического прибора или изделия есть номинальные характеристики, такие как ток, напряжение и мощность. Зная Закон Ома можно вычислить всё остальное.

Дата: 16.01.2020

Валентин Григорьев

Возможно Вам будут интересны следующие статьи из этого раздела:

Если Вы не нашли ничего интересного в этом разделе, тогда Вам следует воспользоваться левым вертикальным меню, чтобы попасть в интересующий Вас раздел сайта.

Источник: http://electricity-automation.com/page/posledovatelnoye-soyedineniye-soprotivleniy

Последовательное соединение проводников

При­бор, ос­но­ван­ный на со­про­тив­ле­нии про­вод­ни­ка, на­зы­ва­ет­ся ре­зи­сто­ром. Глав­ное свой­ство про­вод­ни­ка – это на­ли­чие у него элек­три­че­ско­го со­про­тив­ле­ния. По­это­му под сло­ва­ми «по­сле­до­ва­тель­ное со­еди­не­ние ре­зи­сто­ров», «по­сле­до­ва­тель­ное со­еди­не­ние про­вод­ни­ков» и «по­сле­до­ва­тель­ное со­еди­не­ние со­про­тив­ле­ний» мы будем по­ни­мать одно и то же.

По­сле­до­ва­тель­ным со­еди­не­ни­ем на­зы­ва­ет­ся со­еди­не­ние, когда эле­мен­ты идут друг за дру­гом, че­ре­ду­ют­ся.

Есте­ствен­но, в элек­три­че­ских цепях обыч­но ис­поль­зу­ет­ся сме­шан­ное со­еди­не­ние, то есть ком­би­на­ция по­сле­до­ва­тель­но­го и па­рал­лель­но­го со­еди­не­ний. Но на этом уроке речь пой­дет имен­но о по­сле­до­ва­тель­ных со­еди­не­ни­ях.

Нужно на­учить­ся рас­счи­ты­вать элек­три­че­ские цепи, то есть вы­чис­лять на­пря­же­ние, силу тока в цепи, чтобы знать, какие при­бо­ры и как можно вклю­чать в цепь. Об этом и пой­дет речь в даль­ней­шем.

2. Электрическая схема последовательного соединения проводников

Рис. 1. По­сле­до­ва­тель­ное со­еди­не­ние ре­зи­сто­ров

На ри­сун­ке 1 пред­став­ле­ны три ре­зи­сто­ра, ко­то­рые со­еди­не­ны друг за дру­гом. Это и есть так на­зы­ва­е­мое «по­сле­до­ва­тель­ное со­еди­не­ние». В даль­ней­шем мы будем рас­смат­ри­вать всего два ре­зи­сто­ра, ко­то­рые со­еди­не­ны по­сле­до­ва­тель­но, но смысл от этого не из­ме­нит­ся, и по­лу­чен­ные фор­му­лы будут также спра­вед­ли­вы для лю­бо­го числа про­вод­ни­ков, со­еди­нен­ных по­сле­до­ва­тель­но.

1- лампа

2 — источник питания

3- ключ

Рис. 2. По­сле­до­ва­тель­ное вклю­че­ние двух ламп в элек­три­че­скую цепь

На ри­сун­ке 2 изоб­ра­же­но по­сле­до­ва­тель­ное вклю­че­ние двух ламп (1а и 1б). Мы за­ме­ни­ли ими про­вод­ни­ки, но суть от этого не по­ме­ня­ет­ся, так как лампы также имеют свое со­про­тив­ле­ние. Также в цепи при­сут­ству­ет ам­пер­метр (А) для из­ме­ре­ния силы тока в цепи.

Есть еще 2 важ­ных эле­мен­та: это вольт­мет­ры  V1 и V2, ко­то­рые из­ме­ря­ют на­пря­же­ние (или па­де­ние на­пря­же­ния) со­от­вет­ствен­но на лам­пах 1а и 1б. Еще есть ис­точ­ник пи­та­ния (2) и ключ (3). Если ключ разо­мкнут, то ток в цепи не течет. Если же его за­мкнуть, то с по­мо­щью при­бо­ров можно из­ме­рить силу тока и на­пря­же­ние в цепи.

При­ме­ром та­ко­го со­еди­не­ния яв­ля­ет­ся ёлоч­ная гир­лян­да, по­сколь­ку на самом деле она пред­став­ля­ет собой по­сле­до­ва­тель­но со­еди­нен­ные лампы (рис. 3).

Рис. 3. Ёлоч­ная гир­лян­да

3. Измерения силы тока и напряжения в цепи при последовательном соединении

Те­перь по­смот­рим, что же про­изой­дет, если за­мкнуть ключ. Рас­смот­рим схему на рис. 4, ко­то­рая от­ли­ча­ет­ся от схемы, изоб­ра­жен­ной на рис. 2 толь­ко тем, что ам­пер­метр рас­по­ло­жен между лам­па­ми.

2 — источник питания

3- замкнутый ключ

Рис. 4. Вклю­че­ние ам­пер­мет­ра между лам­па­ми

Ам­пер­метр из­ме­нил свое по­ло­же­ние в цепи. Но если смот­реть на его по­ка­за­ния, то они не из­ме­нят­ся при пе­ре­ме­ще­нии ам­пер­мет­ра в любое место на схеме по­сле­до­ва­тель­но­го со­еди­не­ния.

Зна­чит, можно ска­зать, что сила тока в лампе 1а (I1) будет равна силе тока в лампе 1б (I2) и равна об­ще­му току, про­те­ка­ю­ще­му в элек­три­че­ской цепи. То есть I1 = I2 = I.

Это можно срав­нить с те­че­ни­ем реки: ко­ли­че­ство воды, про­те­ка­ю­щее за одно и то же время в раз­ных ме­стах этой реки, будет оди­на­ко­во.

Стоит также учесть, что, хоть и вольт­мет­ры со­еди­не­ны па­рал­лель­но с лам­па­ми, это при­бо­ры выс­ше­го ка­че­ства с очень вы­со­ким со­про­тив­ле­ни­ем. Зна­чит, ток через них будет идти ми­ни­маль­ный, и такое ис­ка­же­ние можно не учи­ты­вать.

Те­перь рас­смот­рим схему, когда вольт­метр из­ме­ря­ет на­пря­же­ние сразу на двух лам­пах (рис. 5):

Рис. 5. Из­ме­ре­ние на­пря­же­ния на двух лам­пах

На рис. 4. вольт­мет­ра­ми V1 и V2 из­ме­ря­лось на­пря­же­ние на каж­дой из ламп 1а и 1б. На дан­ном ри­сун­ке вольт­метр V из­ме­ря­ет на­пря­же­ние (или па­де­ние на­пря­же­ния) сразу на двух лам­пах. Ока­зы­ва­ет­ся, что по­ка­за­ния вольт­мет­ра V, можно вы­чис­лить как сумму по­ка­за­ний вольт­мет­ров V1 и V2. То есть общее па­де­ние на­пря­же­ния на двух лам­пах (U) равно сумме па­де­ний на­пря­же­ния на каж­дой лампе в от­дель­но­сти (U1 и U2). Тогда U = U1 + U2.

Стоит об­ра­тить вни­ма­ние, что все рас­суж­де­ния от­но­си­тель­но силы тока, на­пря­же­ния верны лишь при усло­вии, что мы ис­поль­зо­ва­ли одни и те же лампы, ис­точ­ни­ки тока, вольт­мет­ры.

4. Эквивалентное сопротивление последовательно соединенных проводников

За­вер­ша­ю­щим зве­ном в ис­сле­до­ва­нии по­сле­до­ва­тель­но­го со­еди­не­ния про­вод­ни­ков яв­ля­ет­ся фор­му­ла для об­ще­го со­про­тив­ле­ния: Rобщ = R1 + R2.

До этого мы рас­смат­ри­ва­ли зна­че­ния силы тока, на­пря­же­ния на раз­лич­ных участ­ках цепи. Но ис­сле­до­ва­ли мы про­вод­ни­ки (лампы, ре­зи­сто­ры), а их глав­ной ха­рак­те­ри­сти­кой яв­ля­ет­ся со­про­тив­ле­ние.

Обыч­но во всех элек­три­че­ских цепях пы­та­ют­ся опре­де­лить эк­ви­ва­лент­ное (общее) со­про­тив­ле­ние цепи, о ко­то­ром мы го­во­ри­ли на преды­ду­щем уроке. То есть это такое со­про­тив­ле­ние, что можно за­ме­нить те­ку­щую цепь из по­сле­до­ва­тель­ных про­вод­ни­ков дру­гим про­вод­ни­ком, но с этим эк­ви­ва­лент­ным со­про­тив­ле­ни­ем.

В дан­ном слу­чае это со­про­тив­ле­ние со­от­вет­ству­ет со­про­тив­ле­нию двух ламп, ко­то­рые со­еди­не­ны по­сле­до­ва­тель­но.

Рас­смот­рим, как была по­лу­че­на фор­му­ла для эк­ви­ва­лент­но­го со­про­тив­ле­ния. Для этого сле­ду­ет об­ра­тить­ся к за­ко­ну Ома: . От­сю­да можно по­лу­чить вы­ра­же­ние для со­про­тив­ле­ния: .

Те­перь сле­ду­ет вспом­нить, что в слу­чае по­сле­до­ва­тель­но­го со­еди­не­ния (в про­стей­шем слу­чае – двух ламп) общее на­пря­же­ние скла­ды­ва­лось из на­пря­же­ний на от­дель­ной лампе: U = U1 + U2.

Учи­ты­вая, что сила тока при по­сле­до­ва­тель­ном со­еди­не­нии на всех участ­ках цепи оди­на­ко­вая, то можно раз­де­лить на нее обе части ра­вен­ства:

Можно уви­деть, что каж­дая дробь есть не что иное, как со­от­вет­ству­ю­щее со­про­тив­ле­ние. Тогда R = R1 + R2, где R – эк­ви­ва­лент­ное со­про­тив­ле­ние. Зна­чит, чтобы узнать эк­ви­ва­лент­ное со­про­тив­ле­ние про­вод­ни­ков, со­еди­нен­ных по­сле­до­ва­тель­но, надо сло­жить зна­че­ния их со­про­тив­ле­ний. При этом общее со­про­тив­ле­ние будет все­гда боль­ше лю­бо­го из со­про­тив­ле­ний, вклю­чен­ных в такую цепь.

В за­клю­че­ние урока стоит от­ме­тить, что если в цепи про­вод­ни­ков, ламп или дру­гих при­бо­ров, ко­то­рые со­еди­не­ны по­сле­до­ва­тель­но, пе­ре­го­рит один из при­бо­ров, то цепь разо­мкнет­ся. Осталь­ные при­бо­ры также пе­ре­ста­нут ра­бо­тать. При­ме­ром этому яв­ля­ет­ся все та же елоч­ная гир­лян­да: если пе­ре­го­ра­ет одна лам­поч­ка, то вся гир­лян­да пе­ре­ста­ет све­тить­ся. Это яв­ля­ет­ся ос­нов­ным недо­стат­ком по­сле­до­ва­тель­но­го со­еди­не­ния.

Вопросы к конспектам

Источник: https://100ballov.kz/mod/page/view.php?id=1130

Электротехника в сварке

Электрический ток в металлических проводниках представляет собой направленное движение свободных электронов вдоль проводника, включенного в электрическую цепь. Движение электронов в электрической цепи происходит благодаря разности потенциалов на зажимах источника (т.е. его выходного напряжения).

Электрический ток может существовать только в замкнутой электрической цепи, которая должна состоять из:

— источника тока (аккумулятор, генератор, ); — потребителя (лампа накаливания, нагревательные приборы, сварочная дуга и т.д.);

— проводников, соединяющих источник питания с потребителем электрической энергии.

Электрический ток обычно обозначается латинской прописной или строчной буквой I (i).

Единица измерения силы электрического тока – ампер (обозначается А).

Сила тока измеряется при помощи амперметра, который включается в разрыв электрической цепи.

В отличие от электрического тока, напряжение на зажимах источника питания или элементах цепи существует независимо от того, замкнута электрическая цепь или нет.

Напряжение обычно обозначается латинской прописной или строчной буквой U (u).

Единица измерения величины напряжения – вольт (обозначается В).

Величина напряжения измеряется при помощи вольтметра, который подключается параллельно к участку электрической цепи, на котором производится измерение.

Провода и токоприемники, включенные в электрическую цепь, оказывают сопротивление прохождению тока.

Электрическое сопротивление обычно обозначается латинской прописной буквой R.

Единица измерения сопротивления электрической цепи – ом (обозначается Ом).

Величина электрического сопротивления измеряется омметром, который подключается к концам измеряемого участка цепи, при этом по измеряемому участку цепи не должен протекать ток.

Электрическая цепь может быть составлена так, что начало одного сопротивления соединяется с концом другого. Такое соединение называется последовательным.

В электрической цепи с последовательным подключением сопротивлений (потребителей), существуют следующие зависимости.

Общее сопротивление такой цепи равно сумме всех этих отдельных сопротивлений:

R = R1 + R2 + R3

Так как ток проходит последовательно одно за другим все сопротивления, его величина на всех участках цепи одинакова.

Сумма падений напряжений на всех участках электрической цепи равна напряжению на клеммах источника:

Uист = Uab + Ucd

Величина падения напряжения на отдельном участке электрической цепи равна произведению величины тока в цепи на электрическое сопротивление этого участка.

Если в электрической цепи с одной стороны соединены все начала сопротивлений, а с другой – все их концы, то такое соединение называется параллельным.

Общее сопротивление такой цепи меньше сопротивления любой из составляющих ее ветвей.

Для цепи с двумя параллельно подключенными сопротивлениями общее сопротивление вычисляется по формуле:

R=R1 * R2 / (R1 + R2)

Каждое дополнительное сопротивление при параллельном подключении снижает общее сопротивление такой цепи. В балластном реостате используется схема параллельного подключения сопротивлений. Поэтому при включении каждого дополнительного «ножа» общее сопротивление балластного реостата снижается, а ток в цепи возрастает.

На участке цепи с параллельным подключением ток разветвляется, проходя одновременно по всем сопротивлениям:

i = i1 + i2 + i3

Все сопротивления параллельной цепи находятся под одинаковым напряжением:

Uab = U1 = U2 = U3

Постоянный ток

Электрический ток может быть постоянным или переменным.

Постоянный электрический ток протекает по замкнутой цепи всегда только в одном направлении.

Условно принято:

— внутри источника постоянного тока ток направлен от зажима со знаком минус (–) к зажиму со знаком (+);
— во внешней цепи ток направлен от плюса к минусу.

Постоянный ток получают при помощи аккумуляторов, генераторов, выпрямителей.

В соответствии с законом Ома для цепи постоянного тока: сила тока I прямо пропорциональна напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению R:

I = U / R

Таким образом:

— если напряжение в цепи увеличится (уменьшится) в несколько раз, а сопротивление останется неизменным, то во столько же раз увеличится (уменьшится) сила тока;
— если сопротивление в цепи увеличится (уменьшится) в несколько раз, то при постоянном напряжении во столько же раз уменьшится (увеличится) сила тока.

Переменный ток

Переменный ток меняет направление протекания по замкнутой цепи с определенной периодичностью. Переменный электрический ток получают при помощи генераторов переменного тока. Основными параметрами, характеризующими переменный ток являются:

— период — время, за которое происходит полный цикл изменений переменного тока по величине и направлению; измеряется в миллисекундах; — частота — число периодов, совершаемых переменным током в одну секунду; измеряется в герцах (Гц); — амплитуда тока — максимальное значение тока в течение периода, независимо от направления тока; измеряется в амперах (А)

— эффективное значение тока — величина переменного тока, при котором на определенном активном сопротивлении выделяется столько же тепла, как и при такой же величине постоянного тока; измеряется в амперах (А)

В Украине и странах СНГ все электростанции вырабатывают переменный ток стандартной частоты — 50 Гц. Такой переменный ток называют током промышленной частоты.

Трехфазный переменный ток

В промышленности, как правило, используется трехфазный переменный ток. Такой ток получают при помощи трехфазных генераторов переменного тока. Упрощенное устройство трехфазного генератора показано на рисунке ниже.

Фазы трехфазного тока принято обозначать тремя первыми буквами латинского алфавита: A, B и C.

Схематично рисунок выше можно представить так:

В трехфазных цепях переменного тока провода, отмеченные цифрами 1, 2 и 3, объединяют в один провод, называемый нулевым или нейтральным.

В полном виде схема питающей сети трехфазного тока и ее параметры представлены ниже.

Как это видно из рисунка, показанного выше, ротор во время вращения наводит электродвижущую силу (ЭДС) сначала в катушке фазы А, затем в катушке фазы В, а затем в катушке фазы С. Таким образом кривые напряжения на выходных клеммах этих катушек как бы сдвинуты между собой на угол 120º.

Электрическое сопротивление проводников

Сопротивление проводника зависит:

— от длины проводника – с увеличением длины проводника его электрическое сопротивление возрастает; — от площади поперечного сечения проводника – с уменьшением площади поперечного сечения сопротивление увеличивается; — от температуры проводника – с увеличением температуры сопротивление увеличивается;

— от коэффициента удельного сопротивления материала проводника.

Чем больше сопротивление проводника прохождению электрического тока, тем больше энергии теряют свободные электроны, и тем сильнее нагревается проводник (которым обычно является электрический провод).

Для каждой площади сечения провода существует допустимая величина тока. Если сила тока окажется больше этой величины, то провода могут нагреться до высокой температуры, что, в свою очередь, может вызвать воспламенение изоляционного покрытия.

Максимальные допустимые значения силы тока для различных сечений медных изолированных сварочных проводов приведены ниже в таблице:

Поперечное сечение провода, мм2	16	25	35	50	70
Предельно допустимый ток, А	90	125	150	190	240

Запомните! Величина тока в амперах (I), приходящаяся на один квадратный миллиметр площади поперечного сечения провода (S), называется плотностью тока (j):

j (А/мм2) = I (А) / S (мм2)

Энергия и мощность электрического тока

Электрический ток, протекая по проводникам, совершает работу, которая оценивается путем вычисления энергии электрического тока (Q), которая была при этом потрачена. Она равна произведению силы тока (I) на напряжение (U) и на время (t), в течение которого проходит ток:

Q = I * U * t

Способность тока совершать работу оценивается мощностью, которая является энергией, получаемой приемником или отдаваемой источником тока в единицу времени (в 1 секунду) и вычисляется как произведение силы тока (I) на напряжение (U):

P = I * U

Единица измерения мощности ватт (Вт) — работа, совершаемая в электрической цепи при силе тока 1 А и напряжении 1 В в течение 1 с.

В технике мощность измеряется более крупными единицами: киловаттами (кВт) и мегаваттами (МВт): 1 кВт = 1 000 Вт; 1 МВт = 1 000 000 Вт.

Электрическая проводимость веществ

По способности проводить ток твердые вещества делятся на:

— проводники; — изоляторы;

— полупроводники.

Газы, в том числе и воздух при обычных условиях не проводят электрический ток. Газы становятся проводниками электрического тока в том случае, если они ионизированы. Одним из видов прохождения электрического тока через газ является электрический разряд, т.е. электрическая дуга, которая используется при электродуговой сварке.

Источник: https://weldering.com/elektrotehnika-svarke

Последовательное и параллельное соединение проводников

Цели урока:

Образовательные:

• познакомить учащихся с последовательным и параллельным соединениями проводников;
• познакомить учащихся с закономерностями, существующими в цепи с последовательным и параллельным соединениями проводников;

Развивающие:

• развивать способности учащихся анализировать, сравнивать, делать выводы.
• развивать умение решать задачи.

Воспитательные:

• воспитывать самореализацию у учащихся, взаимопонимание и уверенность в знаниях

Наглядные пособия и оборудование:

• презентация (приложение);
• мультимедийный проектор;
• цепи с последовательно и параллельно соединёнными лампочками.

План урока:

• Вводная часть. – Сообщение учителя.
• Актуализация знаний. – Фронтальный опрос.
• Последовательное и параллельное соединение проводников. – Демонстрация, беседа, презентация,  объяснение нового материала, работа с таблицей.
• Физкультминутка.
• Закрепление изученного материала. – Работа с презентацией. Решение задач.
• Подведение итогов, домашнее задание. – Сообщение учителя.

Актуализация знаний

Вопросы для учащихся находятся на слайдах презентации:

• Что называется сопротивлением?
• В чём причина сопротивления?
• От каких параметров зависит сопротивление проводника?
• Сформулируйте закон Ома для участка цепи.
• Силу тока в цепи увеличили в два раза. Как изменилось сопротивление проводника?
• Напряжение в цепи уменьшили в два раза. Как изменилось сопротивление проводника?
• Длину проводника уменьшили в три раза. Как изменилось сопротивление проводника?
• Проволоку согнули пополам. Как изменилось сопротивление проволоки?

Последовательное и параллельное соединения проводников:

На слайде появляется таблица, учащиеся переносят её в тетрадь.

Последовательное соединение	Параллельное соединение
Схема
Сила тока
Напряжение
Сопротивление

Обсуждается последовательное соединение проводников.

Последовательное соединение – соединение, при котором конец первого проводника соединяют с началом второго, конец второго – с началом третьего и т.д.

Учитель демонстрирует опыты с цепью с последовательно соединёнными лампочками.

Учащиеся делают выводы:

• сила тока в цепи при последовательном соединении проводников в любых частях цепи одинакова: I = I1 = I2
• общее напряжение в цепи равно сумме напряжений на каждом участке: U = U1 + U2

Обсуждается вопрос: Чему рано общее сопротивление цепи при последовательном соединении проводников?

С помощью закономерностей и закона Ома для участка цепи выводится формула для общего сопротивления проводников: R = R1 + R2.

Обсуждается вопрос: Как найти сопротивление n последовательно соединённых одинаковых проводников? R = nR1

Обсуждается параллельное соединение проводников.

Параллельное соединение – соединение, при котором начала всех проводников присоединяются к одной точке цепи, а их концы к другой.

Учитель демонстрирует опыты с цепью с параллельно соединёнными лампочками.

Учащиеся делают выводы:

• cила тока в неразветвлённой цепи равна сумме токов в разветвлениях: I = I1 + I2
• yапряжение на каждом из параллельно соединённых проводников одинаково: U = U1 = U2

Обсуждается вопрос: Чему рано общее сопротивление цепи при параллельном соединении проводников?

С помощью закономерностей и закона Ома для участка цепи выводится формула для общего сопротивления проводников:

Обсуждается вопрос: Как найти сопротивление n параллельно соединённых одинаковых проводников?

Преимущества и недостатки соединений.

Пример последовательного соединения: гирлянда.

Пример параллельного соединения: потребители в жилых помещениях.

Преимущества и недостатки соединений:

Последовательное – защита цепей от перегрузок: при увеличении силы тока выходит из строя предохранитель, и цепь автоматически отключается. При выходе из строя одного из элементов соединения отключаются и остальные.

Параллельное– при выходе из строя одного из элементов соединения, остальные действуют. При включении элемента с меньшим возможным напряжением в цепь элемент перегорит.

Учащиеся заполняют таблицу в тетради с помощью учебника и самостоятельно проверяют по слайду презентации:

Закрепление изученного материала

Решение задач на последовательное и параллельное соединения с использованием слайдов презентации .№ 1382,1386 из «Сборника задач по физике 7-9» В.И. Лукашик и др.

Домашнее задание: § 48,49, упр. 22 (1), 23 (1).

Рефлексия

Проведите стрелочки к тем утверждениям, которые соответствуют вашему состоянию в конце урока.

Источник: https://rosuchebnik.ru/material/posledovatelnoe-i-parallelnoe-soedinenie-provodnikov-7825/

«Закон Ома для участка цепи. Соединение проводников»

«Закон Ома для участка цепи.
Соединение проводников»

Впредыдущем конспекте «Электрическое сопротивление» былустановлено, что сила тока в проводнике зависит от напряжения на его концах.

Если в опыте менять проводники, оставляя напряжение на них неизменным, то можнопоказать, что при постоянном напряжении на концах проводника сила тока обратнопропорциональна его сопротивлению.

Объединив зависимость силы тока отнапряжения и его зависимость от сопротивления проводника, можно записать: I = U/R. Этот закон, установленныйэкспериментально, называется закон Ома (для участка цепи).

Закон Ома для участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному к егоконцам напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Преждевсего закон всегда верен для твёрдых и жидких металлических проводников. Атакже для некоторых других веществ (как правило, твёрдых или жидких).

Потребителиэлектрической энергии (лампочки, резисторы и пр.) могут по-разному соединятьсядруг с другом в электрической цепи. Два основных типа соединения проводников:последовательное и параллельное. А также есть еще два соединения, которыеявляются редкими: смешанное и мостовое.

Последовательное соединение проводников

При последовательном соединениипроводников конец одного проводника соединится с началом другого проводника, аего конец — с началом третьего и т.д. Например, соединение электрическихлампочек в ёлочной гирлянде.  При последовательном соединениипроводников ток проходит через все лампочки. При этом через поперечное сечениекаждого проводника в единицу времени проходит одинаковый заряд. То есть зарядне скапливается ни в какой части проводника.

Поэтомупри последовательном соединении проводников сила тока в любом участке цепи одинакова: I1 = I2 = I. Общее сопротивление последовательно соединённых проводников равносумме их сопротивлений: R1 + R2 = R. Потомучто при последовательном соединении проводников их общая длина увеличивается.Она больше, чем длина каждого отдельного проводника, соответственноувеличивается и сопротивление проводников.

Позакону Ома напряжение на каждом проводнике равно: U1 = I*R1, U2= I*R2. В такомслучае общее напряжение равно U = I (R1 + R2). Посколькусила тока во всех проводниках одинакова, а общее сопротивление равно суммесопротивлений проводников, то полное напряжение на последовательно соединённых проводниках равносумме напряжений на каждом проводнике: U = U1 + U2.

Из приведённых равенств следует, чтопоследовательное соединение проводников используется в том случае, еслинапряжение, на которое рассчитаны потребители электрической энергии, меньшеобщего напряжения в цепи.

Дляпоследовательного соединения проводников справедливы законы: 

1) сила тока во всех проводникаходинакова; 2) напряжение на всём соединении равно сумме напряжений на отдельныхпроводниках; 3) сопротивление всего соединения равно сумме сопротивленийотдельных проводников.

Параллельное соединение проводников

Примером параллельного соединения проводников служитсоединение потребителей электрической энергии в квартире. Так, электрическиелампочки, чайник, утюг и пр. включаются параллельно.

Припараллельном соединении проводников все проводники одним своим концомприсоединяются к одной точке цепи. А вторым концом к другой точке цепи.Вольтметр, подключенный к этим точкам, покажет напряжение и на проводнике 1, ина проводнике 2. В таком случае напряжение на концах всех параллельносоединённых проводников одно и то же: U1 = U2 = U.

Припараллельном соединении проводников электрическая цепь разветвляется. Поэтомучасть общего заряда проходит через один проводник, а часть — через другой.Следовательно при параллельном соединении проводников сила тока внеразветвлённой части цепи равна сумме силы тока в отдельных проводниках: I = I1 + I2.

Всоответствии с законом Ома   I = U/R,   I1 = U1/R1,  I2 = U2/R2. Отсюдаследует: U/R = U1/R1 +U2/R2, U = U1 = U2,  1/R = 1/R1 +1/R2  Величина, обратная общему сопротивлению параллельно соединенных проводников,равна сумме величин, обратных сопротивлению каждого проводника.

Припараллельном соединении проводников их общее сопротивление меньше, чемсопротивление каждого проводника. Действительно, если параллельно соединены двапроводника, имеющие одинаковое сопротивление г, то их общее сопротивление равно: R = г/2. Это объясняется тем, что при параллельномсоединении проводников как бы увеличивается площадь их поперечного сечения. Врезультате уменьшается сопротивление.

Из приведённых формул понятно, почемупотребители электрической энергии включаются параллельно. Они все рассчитаны наопределённое одинаковое напряжение, которое в квартирах равно 220 В. Знаясопротивление каждого потребителя, можно рассчитать силу тока в каждом из них.А также соответствие суммарной силы тока предельно допустимой силе тока.

Для параллельногосоединения проводников справедливы законы:

1) напряжение на всех проводниках одинаково;2) сила тока в месте соединения проводников равна сумме токов в отдельныхпроводниках; 3) величина, обратная сопротивлению всего соединения, равна суммевеличин, обратных сопротивлениям отдельных проводников.

Смешанное соединение проводников

Смешанное соединение –соединение, которое является совокупностью последовательных и параллельныхсоединений. Для нахождения эквивалентного сопротивления нужно, “свернуть” схемупоочередным преобразованием параллельных и последовательных участков цепи.

Существуети 4-й вид соединения проводников — мостовое, которое является самым сложным.

Источник: https://znanio.ru/media/zakon-oma-dlya-uchastka-tsepi-soedinenie-provodnikov-2491532

Соединения проводников

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: параллельное и последовательное соединение проводников, смешанное соединение проводников

Есть два основных способа соединения проводников друг с другом — это последовательное и параллельное соединения. Различные комбинации последовательного и параллельного соединений приводят к смешанному соединению проводников.

Мы будем изучать свойства этих соединений, но сначала нам понадобится некоторая вводная информация.

Проводник, обладающий сопротивлением , мы называем резистором и изображаем следующим образом (рис. 1):

Рис. 1. Резистор

Напряжение на резисторе — это разность потенциалов стационарного электрического поля между концами резистора. Между какими именно концами? В общем-то, это неважно, но обычно удобно согласовывать разность потенциалов с направлением тока.

Ток в цепи течёт от «плюса» источника к «минусу». В этом направлении потенциал стационарного поля убывает. Напомним ещё раз, почему это так.

Пусть положительный заряд перемещается по цепи из точки в точку , проходя через резистор (рис. 2):

Рис. 2.

Стационарное поле совершает при этом положительную работу .

Так как и , то и , т. е. .

Поэтому напряжение на резисторе мы вычисляем как разность потенциалов в направлении тока: .

Сопротивление подводящих проводов обычно пренебрежимо мало; на электрических схемах оно считается равным нулю. Из закона Ома следует тогда, что потенциал не меняется вдоль провода: ведь если и , то . (рис. 3):

Рис. 3.

Таким образом, при рассмотрении электрических цепей мы пользуемся идеализацией, которая сильно упрощает их изучение. А именно, мы считаем, что потенциал стационарного поля изменяется лишь при переходе через отдельные элементы цепи, а вдоль каждого соединительного провода остаётся неизменным. В реальных цепях потенциал монотонно убывает при движении от положительной клеммы источника к отрицательной.