Послідовне з’єднання споживачів

Послідовним називається з'єднання, коли струм послідовно проходить через кілька споживачів. У схемі на рис.9 послідовно включені три резистора. Тут і далі джерело ЕРС, що живить схему, не відображається. Однак, не потрібно забувати, що він є і створює на вхідних клемах напруга живлення.

У схемі можна виміряти чотири напруги: загальне для всього ланцюга і напруги на кожному з резисторів.

Напруга на цій та інших схемах позначається стрілкою, спрямованої від "+" до "-".

Головне властивість послідовного ланцюга полягає в тому, що струм однаковий у всіх ділянках ланцюга.

Це можна зрозуміти, представивши, що ми маємо справу з водою, послідовно протікає по декількох трубах. Скільки б не було труб, у всіх протікає один і той же кількість води. В електричній схемі ми маємо справу не з водою, а з рухомим по дротах потоком електронів. Але принцип залишається в силі: скільки електронів початок рух від верхньої клеми, стільки ж їх підійде до нижньої клеми.

Рис.9 Послідовне з'єднання резисторів

Головне властивість послідовного ланцюга полягає в тому, що струм однаковий у всіх ділянках ланцюга.

Загальна напруга, прикладена до ланцюга, дорівнює сумі напруг на всіх елементах, що входять в ланцюг:

Загальний опір всього ланцюга дорівнює сумі всіх опорів:

Послідовне з'єднання застосовується, наприклад, в ялинкової гірлянди. У ній, можна з'єднати послідовно 22 низьковольтні лампочки, кожна розрахована на 10 В. Загальне напруження складе 220.

Головний недолік послідовного з'єднання полягає в тому, що обрив одного опору вимикає (розриває) весь ланцюг. При перегорання однієї лампочки в гірлянді, вона згасне вся.

Приклад 5. Розрахунок ланцюга з послідовним з'єднанням резисторів.

Послідовно з'єднані. . . загальну напругу. Знайти струм в колі і напругу на кожному опорі.

1) Знайдемо загальний опір всього ланцюга:

2) Знайдемо струм в ланцюзі за законом Ома:

3) Знайдемо напругу на кожному з опорів, що входять в ланцюг:

Якщо все опору в ланцюзі однакові, то напруги на них будуть рівні. Якщо опору різні, то напруга буде більше, де буде більше опір.

Приклад 6. Розрахунок ланцюга з послідовним з'єднанням резисторів.

Послідовно з'єднані два резистора (див. Рис.10).

Мал. 10. Схема до задачі

Відомо:. . Вольтметр, підключений до резистори R1 показує. Знайти напругу на другому резисторі і загальну напругу. прикладена до схеми.

1) Знайдемо загальний опір кола:

2) Знайдемо струм в ланцюзі:

3) Знайдемо напругу на другому резисторі:

4) Знайдемо загальну напругу

Застосування послідовного з'єднання в техніці.

Реостат - це електротехнічний пристрій, що служить для регулювання струму в ланцюзі. Він являє собою спіраль з високоомній дроту, намотану на керамічний циліндр. Спіраль має два висновки. Уздовж реостата може переміщатися движок - рухливий контакт, який є третім висновком реостата. (На схемі позначений стрілкою.)

Реостат застосуються, наприклад, з метою регулювання яскравості лампи.

Рис.11. Реостат і схема включення реостата

У схемі на рис.11 показано, що реостат включений послідовно з лампою розжарювання. Використовуючи властивості послідовного з'єднання, запишемо:

У знаменнику формули тут записана сума опорів реостата і лампи, утворює загальний опір кола.

Струм проходить від верхньої вхідний клеми, по лівій частині реостата до движка, потім переходить на движок і далі, по шляху найменшого опору, проходить по дроту повз правій частині реостата. Далі струм проходить по лампі і потрапляє на нижню вхідні клему.

При переміщенні движка реостата зліва направо, зростає опір тієї частини реостата по якій проходить струм. В результаті, відповідно до формули, струм в ланцюзі, а, отже, і яскравість лампи зменшуються.

За допомогою реостата регулюють напругу на лампі (рис. 11). Движок реостата знаходиться в середньому положенні. Відомо: що опір всієї обмотки реостата Rр становить 200 Ом, а опір лампи. В середньому положенні движка напруга на лампі. Загальне напруження. прикладена до ланцюга, становить 100В.

1) Знайдемо струм в ланцюзі. Реостат і лампа з'єднані послідовно. В середньому положенні реостата працює тільки половина його обмотки. Тому:

2) Знайдемо напругу на лампі Uл

Розглянемо застосування послідовного з'єднання в схемі дільника напруги:

Мал. 12. Дільник напруги

Дільником напруги називається схема, що складається з двох резисторів, включених послідовно, яка дозволяє отримати на виході напругу, менше ніж на вході. Така схема часто використовується в електротехніці або електроніці.

Наприклад, джерело ЕРС дає 10 В, а нам потрібно тільки 5В. Буде потрібно ділити напруги.

У схемі подільника резистори R1 і R2 з'єднані послідовно. На вхідні (ліві) клеми схеми подається вхідна напруга, загальне для двох резисторів.

З вихідних (правих) клем можна зняти вихідна напруга. Воно завжди буде менше, ніж вхідний. Це випливає з властивостей послідовного з'єднання:

тобто напруга на виході дільника (на резисторі R2) завжди менше ніж на вході.

Тут ми вперше використовуємо термін падіння напруги на опорі R1. Сенс його в тому, що на опорі R1 падає (втрачається) надлишкове, непотрібну напругу.

Верхній по схемі резистор називається гасить плечем дільника. На ньому гаситься (спадає) надлишок напруги. Нижній резистор називається робочим плечем, тому що з нього знімається напруга, яке буде подано для роботи якогось пристрою або схеми.

Ступінь зменшення напруги дільника визначається співвідношенням плечей дільника. Якщо необхідно зменшити U вих. то гасить плече потрібно збільшити і навпаки.

Щоб змінити величину напруги на виході подільника потрібно відключити резистор R1 і замінити його резистором іншої величини.

Потенціометр - це, фактично, той же дільник напруги, але дозволяє плавно регулювати величину напруги вихідної напруги U вих.

Як потенціометра використовується реостат (див. Рис.11) включений за схемою потенціометра. Движок реостата, позначений на схемі стрілкою, розбиває всю обмотку реостата (його повний опір) на дві частини. Верхня частина повного опору реостата (R1) утворює гасить плече дільника напруги. Нижня - робоче (R2).

Мал. 13. Регулювання напруги за допомогою потенціометра

Переміщаючи движок реостата вгору або вниз, можна плавно регулювати величину вихідної напруги. У верхньому положенні движка реостата напруга на виході буде дорівнює напрузі на вході. У нижньому положенні движка напруга на виході стане дорівнює нулю.

Потенціометр застосовується, наприклад, в якості регулятора гучності в радіоприймачі.