Във физиката се изучава темата за паралелно и последователно свързване, като то може да бъде не само проводници, но и кондензатори. Тук е важно да не се бъркате как изглежда всеки от тях на диаграмата. И едва след това прилагайте конкретни формули. Между другото, трябва да ги запомните наизуст.
Как да разграничим тези две съединения?
Разгледайте отблизо диаграмата. Ако проводниците са представени като път, тогава колите по него ще играят ролята на резистори. По прав път без разклони, колите се движат една след друга, във верига. Последователното свързване на проводници също изглежда по същия начин. Пътят в този случай може да има неограничен брой завои, но не и едно кръстовище. Без значение как се върти пътят (жиците), машините (резисторите) винаги ще бъдат разположени една след друга, в една верига.
Съвсем различен е въпросът, ако се има предвид паралелна връзка. Тогава резисторите могат да бъдат сравнени с атлетите в началото. Те савсяка стои на своя писта, но имат една и съща посока на движение, а финалната линия е на едно и също място. По същия начин, резисторите - всеки от тях има свой собствен проводник, но всички те са свързани в даден момент.
Формули за текуща сила
Винаги се обсъжда в темата "Електричество". Паралелните и последователни връзки влияят на количеството ток в резисторите по различни начини. За тях се извеждат формули, които могат да се запомнят. Но е достатъчно само да запомните значението, което е вложено в тях.
Така че токът при последователно свързване на проводници е винаги един и същ. Тоест във всеки от тях стойността на силата на тока не е различна. Можете да направите аналогия, ако сравните проводник с тръба. В него водата тече винаги по един и същи начин. И всички препятствия по пътя му ще бъдат пометени със същата сила. Същото и с тока. Следователно, формулата за общия ток във верига с последователно свързване на резистори изглежда така:
I gen=I 1=I 2
Тук буквата I обозначава силата на тока. Това е често срещано обозначение, така че трябва да го запомните.
Токът в паралелна връзка вече няма да бъде постоянна стойност. Със същата аналогия с тръба се оказва, че водата ще бъде разделена на два потока, ако главната тръба има клон. Същото явление се наблюдава при тока, когато по пътя му се появи разклонение на проводници. Формулата за общата сила на тока, когато проводниците са свързани паралелно:
I gen=I 1 + I 2
Ако разклонението се състои от проводници, коитоповече от две, тогава в горната формула ще има повече термини със същото число.
Формули за стрес
Когато се разглежда верига, в която проводниците са свързани последователно, напрежението в цялата секция се определя от сумата от тези стойности на всеки конкретен резистор. Можете да сравните тази ситуация с плочи. За един човек ще бъде лесно да държи един от тях, той също ще може да вземе втория наблизо, но трудно. Един човек вече няма да може да държи три чинии една до друга, ще е необходима помощта на втори. И т.н. Усилията на хората се допълват.
Формулата за общото напрежение на участък от верига с последователно свързване на проводници изглежда така:
U gen=U 1 + U 2, където U е възприетото обозначение за електрическо напрежение.
Друга ситуация възниква, ако се обмисли паралелно свързване на резистори. Когато плочите са подредени една върху друга, те все още могат да се държат от един човек. Така че не е нужно да добавяте нищо. Същата аналогия се наблюдава, когато проводниците са свързани паралелно. Напрежението на всеки от тях е еднакво и равно на това, което е на всички тях наведнъж. Формулата за общо напрежение е:
U gen=U 1=U 2
Формули за електрическо съпротивление
Вече не можете да ги запомните, но знаете формулата на закона на Ом и извлечете желаната от нея. От този закон следва, ченапрежението е равно на произведението на тока и съпротивлението. Тоест U=IR, където R е съпротивлението.
Тогава формулата, с която ще трябва да работите, зависи от това как са свързани проводниците:
- в серия, така че имате нужда от равенство за напрежение - IgenRобщо=I1R1 + I2R2;
- паралелно е необходимо да се използва формулата за текущата сила - Uобщо / Rобщо=U 1/ R1 + U2 / R2 .
Следват прости трансформации, които се основават на факта, че в първото равенство всички токове имат еднаква стойност, а във второто - напреженията са равни. Така че те могат да бъдат съкратени. Тоест се получават следните изрази:
- R gen=R 1 + R 2 (за последователно свързване на проводници)
- 1 / R gen=1 / R 1 + 1 / R 2(когато е свързан паралелно).
Когато броят на резисторите, свързани към мрежата се увеличи, броят на термините в тези изрази се променя.
Заслужава да се отбележи, че паралелното и последователното свързване на проводници има различен ефект върху общото съпротивление. Първият от тях намалява съпротивлението на секцията на веригата. Освен това се оказва по-малко от най-малкия от използваните резистори. Когато са свързани последователно, всичко е логично: стойностите се сумират, така че общият брой винаги ще бъде най-голям.
Работен ток
Предишните три величини съставляват законите за паралелно свързване и последователно подреждане на проводниците във веригата. Затова е наложително да ги познавате. Относно работата и мощността, просто трябва да запомните основната формула. Записва се по следния начин: A=IUt, където A е работата на тока, t е времето на преминаването му през проводника.
За да определите общата работа със серийна връзка, трябва да замените напрежението в оригиналния израз. Получавате равенството: A \u003d I(U 1 + U 2)t, отваряйки скобите, в които се оказва, че работата по цялата секция е равна на сумата им за всеки конкретен текущ потребител.
Разсъжденията протичат по подобен начин, ако се разглежда схема за паралелно свързване. Предполага се, че трябва да бъде заменена само силата на тока. Но резултатът ще бъде същият: A=A 1 + A 2.
Текуща мощност
Когато извличате формула за мощност (нотация "P") на секция на веригата, отново трябва да използвате една формула: P=UI. След такива разсъждения се оказва, че паралелните и последователни връзки са описано с такава формула за мощност: P=P1 + P 2.
Тоест, без значение как са съставени схемите, общата мощност ще бъде сумата от участващите в работата. Това обяснява факта, че е невъзможно едновременно да се включат много мощни устройства в мрежата на апартаментите. Тя просто не може да поеме товара.
Как свързването на проводниците влияе върху ремонта на новогодишния венец?
Веднага след като една от крушките изгори, става ясно как са били свързани. Всерийна връзка, нито един от тях няма да светне. Това се дължи на факта, че една лампа, която е станала неизползваема, създава прекъсване на веригата. Следователно, трябва да проверите всичко, за да определите кой е изгорял, да го смените - и гирляндът ще започне да работи.
Ако използва паралелна връзка, тогава тя не спира да работи, ако една от крушките се повреди. В крайна сметка веригата няма да бъде напълно счупена, а само една паралелна част. За да поправите такъв гирлянд, не е нужно да проверявате всички елементи на веригата, а само тези, които не светят.
Какво се случва с веригата, ако вместо резистори са включени кондензатори?
Когато са свързани последователно, се наблюдава следната ситуация: зарядите от плюсовете на източника на захранване идват само към външните пластини на крайните кондензатори. Тези между тях просто предават този заряд по веригата. Това обяснява факта, че на всички плочи се появяват едни и същи заряди, но с различни знаци. Следователно електрическият заряд на всеки кондензатор, свързан последователно, може да бъде записан по следния начин:
q gen =q 1=q 2.
За да определите напрежението на всеки кондензатор, ще трябва да знаете формулата: U=q / C. В нея C е капацитетът на кондензатора.
Общото напрежение следва същия закон като резисторите. Следователно, заменяйки напрежението във формулата за капацитет със сумата, получаваме, че общият капацитет на устройствата трябва да се изчисли по формулата:
C=q / (U 1 + U2).
Можете да опростите тази формула, като обърнете фракциите и замените съотношението напрежение към заряд с капацитет. Оказва се следното равенство: 1 / С=1 / С 1 + 1 / С 2.
Ситуацията изглежда малко по-различно, когато кондензаторите са свързани паралелно. Тогава общият заряд се определя от сбора на всички заряди, които се натрупват върху плочите на всички устройства. И стойността на напрежението все още се определя според общите закони. Следователно, формулата за общия капацитет на паралелно свързани кондензатори е:
С=(q 1 + q 2) / U.
Тоест, тази стойност се счита за сума от всяко от устройствата, използвани във връзката:
S=S 1 + S 2.
Как да определим общото съпротивление на произволно свързване на проводници?
Тоест, този, в който последователни секции заместват паралелни и обратно. За тях всички описани закони все още са валидни. Само вие трябва да ги прилагате на етапи.
Първо, трябва да разшири мислено схемата. Ако е трудно да си го представите, тогава трябва да нарисувате какво се случва. Обяснението ще стане по-ясно, ако го разгледаме с конкретен пример (виж фигурата).
Удобно е да започнете да рисувате от точки B и C. Те трябва да бъдат поставени на известно разстояние една от друга и от ръбовете на листа. Отляво един проводник се приближава до точка B, а два вече са насочени надясно. Точка B, от друга страна, има два клона отляво и един проводник след нея.
Сега трябва да запълните пространството между тяхточки. По горния проводник трябва да се поставят три резистора с коефициенти 2, 3 и 4, а от долния ще върви този с индекс 5. Първите три са свързани последователно. С петия резистор те са успоредни.
Останалите два резистора (първият и шестият) са свързани последователно с разглежданата секция на BV. Следователно чертежът може просто да бъде допълнен с два правоъгълника от двете страни на избраните точки. Остава да приложим формулите за изчисляване на съпротивлението:
- първо дадена за серийна връзка;
- след това за паралел;
- и отново за последователни.
По този начин можете да разгърнете всяка, дори много сложна схема.
Проблемът със серийното свързване на проводниците
Състояние. Две лампи и резистор са свързани във верига една зад друга. Общото напрежение е 110 V и токът е 12 A. Каква е стойността на резистора, ако всяка лампа е оценена на 40 V?
Решение. Тъй като се разглежда последователна връзка, формулите за нейните закони са известни. Просто трябва да ги приложите правилно. Започнете, като разберете стойността на напрежението на резистора. За да направите това, трябва да извадите два пъти напрежението на една лампа от общата сума. Оказва се 30 V.
Сега, когато са известни две величини, U и I (втората от тях е дадена в условието, тъй като общият ток е равен на тока във всеки сериен консуматор), можем да изчислим съпротивлението на резистора, използвайки Законът на Ом. Оказва се, че е 2,5 ома.
Отговор. Съпротивлението на резистора е 2,5 ома.
Задачаза свързване на кондензатори, паралелни и последователни
Състояние. Има три кондензатора с капацитет от 20, 25 и 30 микрофарада. Определете общия им капацитет, когато са свързани последователно и паралелно.
Решение. По-лесно е да започнете с паралелна връзка. В тази ситуация и трите стойности просто трябва да се добавят. По този начин общият капацитет е 75uF.
Изчисленията ще бъдат малко по-сложни, когато тези кондензатори са свързани последователно. В крайна сметка, първо трябва да намерите съотношението на единство към всеки от тези капацитети и след това да ги добавите един към друг. Оказва се, че единицата, разделена на общия капацитет, е 37/300. Тогава желаната стойност е приблизително 8 микрофарада.
Отговор. Общият капацитет при последователно свързване е 8 uF, паралелно - 75 uF.
