Ток в параллельной цепи: Последовательное и параллельное соединение проводников — урок. Физика, 8 класс.

Сила тока при последовательном соединении

В электрических цепях используются различные типы соединений. Основными являются последовательные, параллельные и смешанные схемы подключений. В первом случае используется несколько сопротивлений, соединенных в единую цепочку друг за другом. То есть, начало одного резистора соединяется с концом второго, а начало второго – с концом третьего и так далее, до любого количества сопротивлений. Сила тока при последовательном соединении будет одинаковой во всех точках и на всех участках. Для определения и сравнения других параметров электрической цепи, следует рассматривать и остальные виды соединений, обладающие собственными свойствами и характеристиками.

Последовательное и параллельное соединение сопротивлений

Любая нагрузка обладает сопротивлением, препятствующим свободному течению электрического тока. Его путь проходит от источника тока, через проводники к нагрузке. Для нормального прохождения тока, проводник должен обладать хорошей проводимостью и легко отдавать электроны. Это положение пригодится далее при рассмотрении вопроса, что такое последовательное соединение.

В большинстве электрических цепей применяются медные проводники. Каждая цепь содержит приемники энергии – нагрузки, обладающие различными сопротивлениями. Параметры соединения лучше всего рассматривать на примере внешней цепи источника тока, состоящей из трех резисторов R1, R2, R3. Последовательное соединение предполагает поочередное включение этих элементов в замкнутую цепь. То есть начало R1 соединяется с концом R2, а начало R2 – с концом R3 и так далее. В такой цепочке может быть любое количество резисторов. Эти символы используют в расчетах последовательные и параллельные соединения.

Сила тока на всех участках будет одинаковой: I = I1 = I2 = I3, а общее сопротивление цепи составит сумму сопротивлений всех нагрузок: R = R1 + R2 + R3. Остается лишь определить, каким будет напряжение при последовательном соединении. В соответствии с законом Ома, напряжение представляет собой силу тока и сопротивления: U = IR. Отсюда следует, что напряжение на источнике тока будет равно сумме напряжений на каждой нагрузке, поскольку ток везде одинаковый: U = U1 + U2 + U3.

При постоянном значении напряжения, ток при последовательном соединении будет находиться в зависимости от сопротивления цепи. Поэтому при изменении сопротивления хотя-бы на одной из нагрузок, произойдет изменение сопротивления во всей цепи. Кроме того, изменятся ток и напряжение на каждой нагрузке. Основным недостатком последовательного соединения считается прекращение работы всех элементов цепи, при выходе из строя даже одного из них.

Совершенно другие характеристики тока, напряжения и сопротивления получаются при использовании параллельного соединения. В этом случае начала и концы нагрузок соединяются в двух общих точках. Происходит своеобразное разветвление тока, что приводит к снижению общего сопротивления и росту общей проводимости электрической цепи.

Для того чтобы отобразить эти свойства, вновь понадобится закон Ома. В данном случае сила тока при параллельном соединении и его формула будет выглядеть так: I = U/R. Таким образом, при параллельном соединении n-го количества одинаковых резисторов, общее сопротивление цепи будет в n раз меньше любого из них: Rобщ = R/n. Это указывает на обратно пропорциональное распределение токов в нагрузках по отношению к сопротивлениям этих нагрузок. То есть, при увеличении параллельно включенных сопротивлений, сила тока в них будет пропорционально уменьшаться. В виде формул все характеристики отображаются следующим образом: сила тока – I = I1 + I2 + I3, напряжение – U = U1 = U2 = U3, сопротивление – 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3.

При неизменном значении напряжения между элементами, токи в этих резисторах не имеют зависимости друг от друга. Если один или несколько резисторов будут выключены из цепи, это никак не повлияет на работу других устройств, остающихся включенными. Данный фактор является основным преимуществом параллельного соединения электроприборов.

В схемах обычно не используется только последовательное соединение и параллельное соединение сопротивлений, они применяются в комбинированном виде, известном как смешанное соединение. Для вычисления характеристик таких цепей применяются формулы обоих вариантов. Все расчеты разбиваются на несколько этапов, когда вначале определяются параметры отдельных участков, после чего они складываются и получается общий результат.

Законы последовательного и параллельного соединения проводников

Основным законом, применяемым при расчетах различных видов соединений, является закон Ома. Его основным положением является наличие на участке цепи силы тока, прямо пропорциональной напряжению и обратно пропорциональной сопротивлению на данном участке. В виде формулы этот закон выглядит так: I = U/R. Он служит основой для проведения расчетов электрических цепей, соединяемых последовательно или параллельно. Порядок вычислений и зависимость всех параметров от закона Ома наглядно показаны на рисунке. Отсюда выводится и формула последовательного соединения.

Более сложные вычисления с участием других величин требуют применения правила Кирхгофа. Его основное положение заключается в том, что несколько последовательно соединенных источников тока, будут обладать электродвижущей силой (ЭДС), составляющей алгебраическую сумму ЭДС каждого из них. Общее сопротивление этих батарей будет состоять из суммы сопротивлений каждой батареи. Если выполняется параллельное подключение n-го количества источников с равными ЭДС и внутренними сопротивлениями, то общая сумма ЭДС будет равно ЭДС на любом из источников. Значение внутреннего сопротивления составит rв = r/n. Эти положения актуальны не только для источников тока, но и для проводников, в том числе и формулы параллельное соединение проводников.

В том случае, когда ЭДС источников будет иметь разное значение, для расчетов силы тока на различных участках цепи применяются дополнительные правила Кирхгофа.

Закон Ома для переменного тока

Закон Ома для однородного участка цепи – формула

Как понять Закон Ома: простое объяснение для чайников с формулой и понятиями

Закон Ома для полной и не полной электрической цепи, формула и правильное определение

Мультиметр: назначение, виды, обозначение, маркировка, что можно измерить мультиметром

Последовательное и параллельное соединение проводников

Cила тока при параллельном соединении

Содержание

• 1 Параллельное соединение элементов в электрической цепи
• 2 Сила тока в параллельном проводнике
• 3 Особенности цепи, в которой используется параллельное соединение
• 4 Область применения
• 5 Подведем итог

Параллельное соединение элементов в электрической цепи

Прежде чем приступать к формированию электропроводки в любом типе помещения, разработке электрической цепи для других топов объектов, важно изучить основные способы соединений элементов, используемые на практике.

Наибольшее распространение получили следующие варианты:

• параллельное;
• последовательное;
• смешанное соединение.

Если выбран вариант последовательного соединения, это означает, что все, используемые в цепи элементы, связываются друг с другом электрическими проводами последовательно. В результате, участок цепи, на котором устанавливается такой способ монтажа, не будет иметь в своей конструкции узлов.

Если соединение выполнено параллельно, то здесь объединение элементов в цепи будет выполнено при помощи двух узлов, при этом связь со всеми другими узлами будет отсутствовать. Важно разобраться, какая сила тока при параллельном соединении элементов будет в цепи.

Смешанный тип соединения может использоваться в сложных цепях, состоящих из множества различных элементов, многофункционального узла, выполняющего, как правило, широкий набор операций.

Сила тока в параллельном проводнике

Если в цепи использовано последовательное соединение отдельных ее элементов, то сила тока здесь на всех участках, во всех проводниках будет оставаться одинаковой. Рассчитать напряжение можно, используя простое правило – необходимо сложить все напряжения, получаемые на концах каждого из проводников и получим искомый результат.

Совсем по-другому проявляется сила тока в параллельном проводнике.

При любой нагрузке в электроцепи будет возникать определенное сопротивление. Оно, естественно, будет препятствовать прохождению электрического тока без каких-либо потерь. В целом, ток так и движется – постепенно, от источника по проложенным заранее проводникам к нагруженным элементам. Чтобы обеспечить легкое прохождение тока по проводникам, важно, чтобы этот проводник мог легко и просто отдавать электроны, т.е. – обладать хорошей проводимостью.

Большая часть современных цепей использует медные проводники, а обязательным элементом также являются приемники энергии. Каждый такой приемник создает определенную нагрузку и имеет то или иное электрическое сопротивление. От приведенных выше параметров, в конечном итоге, зависит сила тока при параллельном соединении проводников.

Особенности цепи, в которой используется параллельное соединение

Как уже отмечалось, в данном варианте монтажа электроцепи, все ее элементы, проводники, соединяются друг с другом параллельным методом. Соответственно, все начала проводников соединяются при помощи медных (преимущественно) проводников в один пучок. Аналогичным способом в одну точку также собираются и концы проводников. Как же рассчитывается сила тока в цепи при параллельном соединении? Лучше всего разобраться в данном вопросе поможет достаточно простой и понятный пример.

Нарисуем на листе бумаги такой вид соединения, который у специалистов называется «разветвленным» и обеспечим нахождение в каждой отдельной ветви по одному резистору (сопротивлению). Далее проследим, каким образом будет вести себя электрический ток, протекающий по цепи. Достигнув места разветвления, ток разделится на каждый резистор, установленный далее по определенной ветке линии. Следовательно, реальный ток в цепи будет равен величина, состоящей из суммы токов на всех сопротивлениях (с учетом количества разветвлений).

Как считается сила тока разобрались, а вот напряжение при параллельном сопротивлении на всех элементах в сети будет оставаться одинаковым.

Примечательно, что все установленные на различных ветвях цепи резисторы можно заменить одним таким резистором, эквивалентным по сопротивлении сумме замещаемых элементов. Рассчитать, какова сила тока при параллельном соединении резисторов поможет важнейший закон Ома!

Область применения

А можно ли на практике использовать данные сведения? Есть ли от них реальная польза?

Люстра Arte Lamp Kenny A9514PL-5-1WG

Прежде всего, рассмотрим организацию соединения проводников и сопротивлений в домашних условиях. Как правило, такие схемы собираются доля обеспечения работы многорожковых люстр, светильников с некоторым количеством ламп освещения. Если использовать здесь последовательную схему, то все лампочки будут включаться одновременно. При использовании параллельного метода можно выводить необходимое количество светильников на один выключатель и включать одну, две и более лампочек в зависимости от ранее принятого решения, с учетом вопросов экономичности, целесообразности и, конечно же, дизайна.

Подведем итог

Наконец, все, используемые в квартире, загородном доме бытовые приборы и устройства подключены к сети напряжением 220В параллельно. Это подключение происходит с помощью распределительного щитка. Зная, чему равна сила тока при параллельном соединении, можно уверенно отметить, данный способ позволит эффективно управлять используемой электротехникой, приборами и предметами освещения в квартире.

 

Параллельные цепи постоянного тока — цепи постоянного тока

Цепи постоянного тока

Параллельная цепь определяется как цепь, имеющая более одного путь, подключенный к общему источнику напряжения. Таким образом, параллельные цепи должны содержать два или более сопротивлений, не соединенных последовательно. Пример базовой параллельной схемы показан на рисунке ниже.

Пример базовой параллельной схемы.

Начните с источника напряжения ( В _с ) и проследите по часовой стрелке вокруг схема. Можно выделить два полных и отдельных пути, в которых ток может течь. Прослеживается один путь от источника через сопротивление R ₁

и обратно к источнику. Другой путь – от исток, через сопротивление R ₂ , и обратно к истоку.

Напряжение в параллельной цепи

Вы видели, что напряжение источника в последовательной цепи делится на пропорционально каждому резистору в цепи. В параллельной цепи, одинаковое напряжение присутствует в каждой ветви. (Отделение – это участок цепь, которая имеет полный путь для тока.) На рисунке выше это напряжение равно приложенному напряжению ( В _с ). Это может быть выражено в виде уравнения:

Измерения напряжения на резисторах параллельной цепи, как показано на рисунке ниже, проверьте это уравнение. Каждый метр показывает одинаковая величина напряжения. Обратите внимание, что напряжение на каждом резистор соответствует приложенному напряжению.

Сравнение напряжения в параллельной цепи.

Пример:

Предположим, что ток через резистор параллельной цепи, как известно, составляет 4,5 мА, а значение резистора составляет 30 кОм. Определить напряжение источника. Схема показана на рисунке ниже.

Пример проблемы с параллельным подключением.

Дано: R ₂ = 30 кОм, I _R2 = 4,5 мА

Найти: В _R2 = ?, В _с = ?

Решение: Выберите правильное уравнение:

Замените известные значения:

Так как напряжение источника равно напряжению ответвления:

Ток в параллельной цепи

Закон Ома гласит, что сила тока в цепи обратно пропорциональна сопротивление цепи. Этот факт справедлив как для последовательных, так и для параллельных цепей.

В последовательной цепи ток проходит по одному пути. Сумма текущих определяется полным сопротивлением цепи и приложенным напряжением.

В параллельной цепи ток источника делится между доступные пути .

Поведение тока в параллельных цепях будет показано серией иллюстрации на примерах цепей с разными значениями сопротивления при заданном значении приложенного напряжения.

Анализ тока в параллельной цепи.

В части (A) рисунка выше показана базовая последовательная схема. Здесь общий ток должен проходить через единственный резистор. Величину тока можно определить.

Данный:

В _с = 50 В, Ч ₁ = 10 Ом

Решение:

Часть (B) рисунка выше показывает тот же резистор ( R ₁ ) с второй резистор ( R ₂ ) равного значения, соединенные параллельно через источник напряжения. При применении закона Ома ток через каждый резистор оказывается таким же, как ток через одиночный резистор в части (A).

Данный:

В _с = 50 В, R ₁ = 10 Ом, R ₂ = 10 Ом

Решение:

Очевидно, что если через каждую из двух цепей протекает ток силой 5 ампер. резисторы, должно быть общий ток 10 ампер, потребляемый от источник.

Общий ток 10 А, как показано на рисунке выше (часть B), оставляет положительный полюс аккумулятора и течет к точке b . С точки b — точка соединения двух резисторов, она называется развязка . На переходе b общий ток делится на два токи по 5 ампер каждый. Эти два тока протекают через свои соответствующие резисторы и воссоединиться на стыке и . Тогда полный ток течет от соединение и обратно к отрицательной клемме источника. Источник обеспечивает общий ток 10 А, и каждый из двух одинаковых резисторов несет половина полного тока.

Каждый отдельный путь тока в цепи на рисунке выше (часть B) называется филиалом . Каждая ветвь несет ток, равный часть общего тока. Две или более ветвей образуют сеть .

Из предыдущего объяснения характеристики тока в параллельном цепь можно выразить с помощью следующего общего уравнения:

Сравните часть (A) рисунка ниже с частью (B) схемы на рисунке. выше. Обратите внимание, что удвоение значения резистора второй ветви ( R ₂ ) не влияет на ток в первом ветвь ( I ₁ ), но уменьшает ток второй ветви ( I ₂ ) до половины первоначальной стоимости. Общая схема ток падает до значения, равного сумме токов ветвей. Эти факты проверяются следующими уравнениями.

Поведение тока в параллельных цепях.

Данный:

В _с = 50 В, R ₁ = 10 Ом, R ₂ = 20 Ом

Решение:

Величина протекающего тока в ответвленных цепях и общий ток в схема, показанная на рисунке выше (часть B), определяются следующие вычисления.

Данный:

В _с = 50 В, R ₁ = 10 Ом, R ₂ = 10 Ом, R ₃ = 10 Ом

Решение:

Обратите внимание, что сумма омических значений в каждой цепи, показанной на рисунке выше равно (30 Ом), и что приложенное напряжение такое же (50 В). Однако общий ток в части (B) (15 А) в два раза больше, чем в части (A). (7,5 А). Таким образом, очевидно, что способ, которым резисторы включенных в цепь, а также их действительные омические значения влияют на общее текущий.

Разделение тока в параллельной сети происходит по определенной схеме. Эта закономерность описывается Действующий закон Кирхгофа.

Параллельные цепи и применение закона Ома

В параллельных цепях разность напряжений на всех электрических компонентах одинакова. Это означает, что компонент использует одни и те же электрические узлы. Общий ток цепи равен сумме токов всех отдельных ветвей.

В этой статье мы обсудим параллельные соединения элементов схемы, а также напряжение, ток и сопротивление параллельных цепей. Основные характеристики параллельных цепей по отношению к напряжению, току и сопротивлению заключаются в следующем.

Напряжение

В параллельной цепи напряжение на всех электрических компонентах одинаково.

Ток

Ток, потребляемый электрическими компонентами, может быть одинаковым или неравным в зависимости от значения сопротивления цепи. Предположим, что два сопротивления равного сопротивления, соединенные параллельно, потребляют одинаковый ток, потому что напряжение на узлах равного сопротивления одинаково. Общий ток цепи можно найти, сложив отдельные токи, потребляемые каждым сопротивлением. Таким образом, общий электрический ток представляет собой сумму сопротивлений отдельных ветвей.

Сопротивление

Общее или эквивалентное сопротивление параллельной цепи меньше сопротивлений отдельных ответвлений. Например, если три сопротивления номиналом 5, 10 и 15 Ом соединены параллельно, то общее сопротивление цепи будет меньше 5 Ом.

Теперь мы обсудим три вышеупомянутых принципа, используя параллельную схему на рис. 1. Схема состоит из четырех сопротивлений, соединенных в параллельную комбинацию, и батареи.

Напряжение в параллельной цепи

Первый принцип параллельных цепей заключается в том, что напряжение одинаково на всех компонентах. Когда компоненты соединены в параллельной комбинации, существует два набора электрически общих точек, и если мы измеряем напряжение между набором общих точек или узлов, напряжение всегда будет одинаковым.

Теперь, если мы обратимся к рисунку 1, узлы 1,2,3,4 и 5 имеют одинаковый электрический потенциал. Точно так же узлы 6, 7, 8, 9 и 10 находятся в одном и том же электрическом потенциале или в одних и тех же электрических узлах. Следовательно, напряжение на каждом сопротивлении цепи равно напряжению батареи. Потенциал между узлами 1 и 6 равен напряжению батареи и, таким образом, напряжение на каждом сопротивлении равно напряжению батареи (12 вольт).

Напряжение на каждом резисторе равно напряжению батареи.

Определение тока в параллельных цепях с помощью закона Ома

В цепи на рисунке 1 мы можем найти ток, протекающий через каждый резистор, применяя закон Ома. Напряжение на каждом резисторе 12 вольт.

Ток через резистор (R ₁ );

Ток через резистор (R ₂ );

Ток через резистор (R ₃ ) есть;

Ток через резистор (R ₄ );

Однако на данный момент нам все еще нужно рассчитать общий ток или полное сопротивление для этой цепи. Понятно, что общий ток должен быть равен сумме токов отдельных ветвей.

Полный ток цепи возникает от положительной (+) клеммы аккумулятора в узле 1 и проходит по цепи, некоторая часть общего тока отводится в узле 2 и проходит через резистор R1, еще часть тока отводится в точке 3 и проходит через резистор R2, а часть тока отклоняется в узле 3 и проходит через резистор R3, а балансный ток проходит через R4. Этот процесс подобен разветвлению главной реки на несколько меньших ручьев, и общий расход всех ручьев должен равняться расходу основной реки.

Ток отдельной ветви снова встречается в узле 7, который равен сумме токов, протекающих через резисторы R1, R2, R3 и R4. Общий ток воссоединяется в узле 7 и течет обратно к отрицательной клемме батареи (- ) к точке 8.

То же самое происходит, когда токи через R ₁ , R ₂ и R ₃  воссоединяются, чтобы течь обратно к отрицательной клемме аккумулятора (-) к точке 8. Ток течет от точки 7 до точки 8 должна равняться сумме токов ветвей через R ₁ , R2 и R3.

Таким образом, общий ток в параллельной цепи равен;

Как рассчитать полное сопротивление в параллельной цепи?

Мы можем рассчитать общее эффективное сопротивление, если доступны данные о напряжении и полном токе. Применяя закон Ома, можно найти полное эффективное сопротивление.

Суммарный ток и напряжение составляют 13,6 мА и 12 вольт соответственно. Следовательно, полное эффективное сопротивление параллельной цепи равно;

Если вы наблюдаете это общее значение эффективного сопротивления, оно меньше любого из отдельных резисторов (10 кОм, 5 кОм, 3 кОм и 2 кОм). Отсюда можно сделать вывод, что общее сопротивление параллельной цепи всегда меньше, чем значение любого из отдельных резисторов.

В последовательной цепи общее эффективное сопротивление всегда больше любого из отдельных резисторов.

Но в случае параллельной схемы все наоборот. Причина этого в том, что каждый резистор, соединенный параллельно, уменьшает общее эквивалентное или эффективное сопротивление. Связь между эффективным сопротивлением и индивидуальным сопротивлением в параллельной цепи может быть выражена следующей математической формулой.

Проводимость цепи обратно пропорциональна сопротивлению. Проводимость параллельной цепи равна сумме проводимостей отдельных ветвей. Расчет упрощается при расчете проводимости в параллельной цепи.

Краткое изложение основ параллельной цепи:

• Напряжение одинаково для всех электрических компонентов в параллельной цепи:
  • В ₁  = В ₂  = В ₃ =В ₄ .