Последовательное и параллельное соединение проводников

Электрические цепи, которые мы используем, могут состоять не из одного приемника электрического тока, а из нескольких. Эти приемники могут быть подключены различными способами: последовательно, параллельно.

Соединение сопротивлений, при котором цепь не имеет ответвлений, называется последовательным соединением.

Схематично это изображается так:

 

Определим силу тока в цепи при последовательном соединении.

Проведем опыт 1. Соединим с источником постоянного тока (6В) через выключатель два сопротивления последовательно 1 и 2 Ома.

Включим до 1 сопротивления амперметр на 6 А (соблюдая полярность). Замерим силу тока…=2А.

Повторим опыт, подключив амперметр между сопротивлениями. И замерим силу тока….=2А.

Третий раз выполним опыт, включив амперметр за вторым сопротивлением. Замерим силу тока…=2 А.

Делаем вывод: при последовательном соединении сила тока в любых участках цепи одна и та же.

I=I₁=I₂

Определим напряжение в цепи при последовательном соединении.

Проведем опыт 2. Соберем такую цепь, как и в 1 опыте. Только теперь возьмем еще вольтметр (на 6В), подсоединим к нему провода с изолированными держателями. Прикоснемся контактами от вольтметра к клемме начала 1 сопротивления, вторым - к контакту конца второго сопротивления (т.е. замерим общее напряжение двух сопротивлений). Определим общее напряжение …=6В. Теперь коснемся контактами проводов вольтметра контактов начала и конца первого сопротивления и определим напряжение на первом сопротивлении…=2В. Таким же способом определим напряжение на втором…=4В. Т.к. 6В=2В+4В, то делаем вывод:

Полное напряжение в цепи при последовательном соединении равно сумме напряжений на отдельных участках цепи.

U=U₁+U₂

Мы можем сделать еще один вывод: напряжение на различных участках цепи с последовательным соединением разных проводников не одинаково.

Зная закономерности последовательного соединения, можно создать делитель напряжения.

А что будет, если на ёлочной гирлянде перегорит одна лампочка?

Вся гирлянда потухнет и нужно будет искать, какая именно лампочка перегорела, чтобы ее заменить. В этом и состоит неудобство последовательного соединения.

Теперь, используя закон Ома для каждого сопротивления и общего сопротивления, можем записать:

I∙R= I₁∙ R₁ +I₂∙ R₂,

А так как при последовательном соединении сила тока в любых участках цепи одна и та же: I=I₁=I₂, то

сократив на I, получим:

R= R₁ + R₂

Или словами: общее сопротивление всей цепи при последовательном соединении равно сумме всех сопротивлений отдельных участков цепи или проводников.

Несколько проводников в электрическую цепь можно включать различными способами: последовательно, параллельно.

 

Рассмотрим другой способ соединения проводников – параллельный. На схеме это изображается так…

Проведем опыт 1. Составим цепь из источника(6В), двух параллельно соединенных сопротивлений (2 Ом и 3 Ома), трех амперметров и одного вольтметра (вольтметр пока не подключаем), ключа.

Амперметры включим последовательно к каждому сопротивлению и один – в общую цепь

Включим цепь и замерим силы тока. Получим значения. На первом участке сила тока =3А, на втором сила тока= 2,5A, в общей части- I=5,5 Заметим, что в точке разветвления сила тока разделится: большая часть пойдет через первый участок, где сопротивление меньше. А меньшая – через второй участок, где сопротивление больше. Сделаем вывод:

а) сила тока в параллельных участках цепи не одинакова и больше там, где меньше сопротивление;

б) сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов в отдельных параллельно соединенных проводниках.

I= I₁+I₂

Проведем опыт 2. Соберем цепь, как и первом случае, только амперметры теперь не включаем, а при помощи вольтметра с двумя штекерами замерим напряжение сначала на первом участке цепи: (напряжение равно 6 В) U₁= 6B, затем на втором участке цепи: U₂=6B.

Замерим напряжение на неразветвленном участке цепи: U=6B.

Делаем вывод: Напряжение на неразветвленном участке цепи и на концах всех параллельно соединенных сопротивлениях одинаково: U = U₁ = U₂.

Определим общее сопротивление параллельно соединенных сопротивлений.

Выразим общую силу тока и силу тока в каждом сопротивлении, используя закон Ома: сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Выразим силу тока для общего участка цепи: I = U/R.

Для первого участка цепи:

I1 = U1/R1

Для второго участка цепи: I2 = U2/R2

Так как напряжение на неразветвленном участке цепи и на концах всех параллельно соединенных сопротивлениях одинаково U = U1 = U2, то сила тока для всех участков цепи запишем следующим образом:

I = U/R

I1 = U/R1

I2 = U/R2

Подставим данные значения в вывод, сделанный ранее: сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов в отдельных параллельно соединенных проводниках.

I= I1+I2

U/R = U/R1+U/R2 Так как напряжение у нас одинаковое, сократим на него обе части равенства и получим: 1/R = 1/R1+1/R2

Иными словами: общее сопротивление цепи при параллельном соединении определяется через величины, обратные сопротивлениям.

Проанализировав все полученное нами, можно сделать выводы:

параллельное соединение сопротивлений позволяет обеспечить независимую работу потребителей. Выход из строя и выключение одного из них не влияет на работу других: если в новогодней гирлянде лампочки подключены параллельно, то, если перегорела одна лампочка, гирлянда продолжает действовать, т.к. цепь остается замкнутой.

При включении двух одинаковых сопротивлений параллельно мы получаем одинаковые токи, в два раза меньше, чем в основной цепи. При включении пяти сопротивлений – меньше в пять раз. Значит, параллельное соединение одинаковых сопротивлений позволяет создать делитель токов.