Сила струму при послідовному з’єднанні

В електричних ланцюгах використовуються різні типи з'єднань. Основними є послідовні, паралельні і змішані схеми підключень. У першому випадку використовується кілька опорів, з'єднаних в єдиний ланцюжок один за одним. Тобто, початок одного резистора з'єднується з кінцем другого, а початок другого - з кінцем третього і так далі, до будь-якої кількості опорів. Сила струму при послідовному з'єднанні буде однаковою в усіх точках і на всіх ділянках. Для визначення і порівняння інших параметрів електричного кола, слід розглядати і інші види з'єднань, що володіють власними властивостями і характеристиками.

Послідовне і паралельне з'єднання опорів

Будь-яке навантаження має опір, що перешкоджає вільному течією електричного струму. Його шлях проходить від джерела струму. через провідники до навантаження. Для нормального проходження струму. провідник повинен мати гарну провідність і легко віддавати електрони. Це положення стане в нагоді далі при розгляді питання, що таке послідовне з'єднання.

У більшості електричних ланцюгів застосовуються мідні провідники. Кожна ланцюг містить приймачі енергії - навантаження, що володіють різними опорами. Параметри з'єднання найкраще розглядати на прикладі зовнішньої ланцюга джерела струму. що складається з трьох резисторів R1, R2, R3. Послідовне з'єднання передбачає почергове включення цих елементів в замкнуту ланцюг. Тобто початок R1 з'єднується з кінцем R2, а початок R2 - з кінцем R3 і так далі. В такому ланцюжку може бути будь-яка кількість резисторів. Ці символи використовують в розрахунках послідовні і паралельні з'єднання.

Сила струму на всіх ділянках буде однаковою: I = I1 = I2 = I3, а загальний опір кола складе суму опорів всіх навантажень: R = R1 + R2 + R3. Залишається лише визначити, яким буде напруга при послідовному з'єднанні. Відповідно до закону Ома, напруга являє собою силу струму і опору: U = IR. Звідси випливає, що напруга на джерелі струму буде дорівнює сумі напруг на кожній навантаженні, оскільки струм скрізь однаковий: U = U1 + U2 + U3.

При постійному значенні напруги, струм при послідовному з'єднанні буде знаходитися в залежності від опору ланцюга. Тому при зміні опору хоча-б на одній з навантажень, відбудеться зміна опору у всій ланцюга. Крім того, зміняться струм і напруга на кожній навантаженні. Основним недоліком послідовного з'єднання вважається припинення роботи всіх елементів ланцюга, при виході з ладу навіть одного з них.

Зовсім інші характеристики струму. напруги і опору виходять при використанні паралельного з'єднання. В цьому випадку початку і кінці навантажень з'єднуються в двох загальних точках. Відбувається своєрідне розгалуження струму. що призводить до зниження загального опору і зростання загальної провідності електричного кола.

Для того щоб відобразити ці властивості, знову знадобиться закон Ома. В даному випадку сила струму при паралельному з'єднанні і його формула буде виглядати так: I = U / R. Таким чином, при паралельному з'єднанні n-го кількості однакових резисторів, загальний опір кола буде в n разів менше будь-якого з них: Rобщ = R / n. Це вказує на обернено пропорційний розподіл струмів в навантаженнях по відношенню до опорам цих навантажень. Тобто, при збільшенні паралельно включених опорів, сила струму в них буде пропорційно зменшуватися. У вигляді формул все характеристики відображаються наступним чином: сила струму - I = I1 + I2 + I3, напруга - U = U1 = U2 = U3, опір - 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3.

При незмінному значенні напруги між елементами, струми в цих резисторах не мають залежності один від одного. Якщо один або кілька резисторів будуть виключені з ланцюга, це ніяк не вплине на роботу інших пристроїв, що залишаються включеними. Даний фактор є основною перевагою паралельного з'єднання електроприладів.

У схемах зазвичай не використовується тільки послідовне з'єднання і паралельне з'єднання опорів, вони застосовуються в комбінованому вигляді, відомому як змішане з'єднання. Для обчислення характеристик таких ланцюгів застосовуються формули обох варіантів. Всі розрахунки розбиваються на кілька етапів, коли спочатку визначаються параметри окремих ділянок, після чого вони складаються і виходить загальний результат.

Закони послідовного і паралельного з'єднання провідників

Основним законом, застосовуваним при розрахунках різних видів з'єднань, є закон Ома. Його основним положенням є наявність на ділянці ланцюга сили струму. прямо пропорційною напрузі і обернено пропорційною опору на даній ділянці. У вигляді формули цей закон виглядає так: I = U / R. Він служить основою для проведення розрахунків електричних ланцюгів, що з'єднуються послідовно або паралельно. Порядок обчислень і залежність усіх параметрів від закону Ома наочно показані на малюнку. Звідси виводиться і формула послідовного з'єднання.

Більш складні обчислення за участю інших величин вимагають застосування правила Кірхгофа. Його основне положення полягає в тому, що кілька послідовно з'єднаних джерел струму. будуть мати електрорушійної силою (ЕРС), що становить алгебраїчну суму ЕРС кожного з них. Загальний опір цих батарей буде складатися з суми опорів кожної батареї. Якщо виконується паралельне підключення n-го кількості джерел з рівними ЕРС і внутрішніми опорами, то загальна сума ЕРС буде дорівнює ЕРС на будь-якому з джерел. Значення внутрішнього опору складе rв = r / n. Ці положення є актуальними не тільки для джерел струму. але і для провідників, в тому числі і формули паралельне з'єднання провідників.

У тому випадку, коли ЕРС джерел буде мати різне значення, для розрахунків сили струму на різних ділянках ланцюга застосовуються додаткові правила Кірхгофа.