Curentul conductorilor în conexiune paralelă și serială

Aproape toți cei implicați în electricitate trebuiau să rezolve problema conectării paralele și secvențiale a elementelor de circuit. Unii rezolvă problemele legate de conexiunea paralelă și serială a conductorilor prin metoda "poke", pentru că multe ghirlande "ignifuge" sunt o axiomă inexplicabilă, dar familiară. Cu toate acestea, toate aceste și multe alte întrebări similare sunt rezolvate cu ușurință prin metoda propusă la începutul secolului al XIX-lea de fizicianul german Georg Ohm. Legile pe care le-a descoperit sunt încă în vigoare și aproape toată lumea le poate înțelege.

Valori electrice principale ale circuitului

Pentru a afla cum afectează această legătură a conductorului sau caracteristicile circuitului, este necesar să se determine cantitățile care caracterizează orice circuit electric. Iată principalele:

• Tensiunea electrică, conform unei definiții științifice, este diferența de potențial între două puncte ale unui circuit electric. Măsurat în volți (V). soclu Appliance între terminale, de exemplu, este egală cu 220 V, pentru un voltmetru bateriei va afișa 1,5 V, iar telefonul sau tableta inteligent ieșirile încărcătorul 5 V. Tensiunea este variabilă și constantă, dar în cazul nostru acest lucru nu este esențial.
• Curentul electric este mișcarea comandată a electronilor într-un circuit electric. Cea mai apropiată analogie este debitul de apă din conductă. Măsurat în amperi (A). Dacă circuitul nu este închis, curentul nu poate exista.
• Rezistența electrică. Valoarea este măsurată în ohmi (Ohm) și caracterizează capacitatea unui conductor sau a unui circuit electric de a rezista la trecerea unui curent electric. Dacă vom continua analogia cu conducta de apă, atunci noua conductă netedă va avea o rezistență mică, înfundată cu rugina și zgură - ridicată.
• Puterea electrică. Această valoare caracterizează rata de conversie a energiei electrice în oricare alta și se măsoară în wați (wați). Un cazan de 1000 W încălzește apă mai repede decât o sută de wați, o lampă puternică strălucește, etc.

Dependența reciprocă a cantităților electrice

Acum este necesar să se decidă, deoarece toate valorile de mai sus depind una de alta. Regulile de dependență sunt simple și pot fi reduse la două formule de bază:

• I = U / R.
• P = I * U.

Aici este curentul în circuit în amperi, U este tensiunea aplicată circuitului în volți, R este rezistența circuitului în ohmi, P este puterea electrică a circuitului în wați.

Să presupunem că în fața noastră este un simplu circuit electric compus dintr-o sursă de alimentare cu tensiune U și un conductor cu rezistență R (sarcină).

Deoarece circuitul este închis, curentul trece prin el. Ce va fi? Plecând de la formula de mai sus, pentru calculul acesteia trebuie să cunoaștem tensiunea dezvoltată de sursa de energie și rezistența la sarcină. Dacă luăm, de exemplu, un fier de lipit cu o rezistență spirală de 100 Ohm și îl conectăm la o priză de 220V, curentul prin fierul de lipit va fi:

220/100 = 2,2 A.

Care este puterea acestui fier de lipit?? Folosim formula 2:

2,2 * 220 = 484 wați.

A fost obținut un fier bun de lipit, puternic, cel mai probabil, cu două mâini. În mod similar, prin folosirea acestor două formule și convertirea acestora se cunoaște curentul prin putere și tensiune, tensiune prin curent și rezistență etc. Cât de mult, de exemplu, consumați un bec de 60 de wați în lampa de birou:

60/220 = 0,27 A sau 270 mA.

Rezistența spirală a lămpii în modul de funcționare:

220 / 0,27 = 815 Ohm.

Scheme cu conductori multipli

Toate cazurile considerate mai sus sunt simple - o sursă, o încărcătură. Dar, în practică, pot exista mai multe încărcături și sunt, de asemenea, conectate în moduri diferite. Există trei tipuri de conexiuni de încărcare:

1. Paralel.
2. Consecvent.
3. Mixt.

Conectarea paralelă a conductorilor

Candelabrele au 3 lămpi, câte 60 de wați fiecare. Cât costă candelabruul? Așa-i, 180 de wați. Rapid, calculăm mai întâi curentul prin candelabru:

180/220 = 0,818 A.

Și apoi rezistența ei:

220 / 0,818 = 269 ohmi.

Înainte de aceasta, am calculat rezistența unei lămpi (815 Ω) și a curentului prin ea (270 mA). Rezistența candelabrului a fost de trei ori mai mică, iar curentul - de trei ori mai mare. Și acum este momentul să priviți schema lămpii cu trei rânduri.

Schema unui candelabru cu trei lămpi

Toate lămpile din acesta sunt conectate în paralel și conectate la rețea. Se pare că, atunci când cele trei lămpi sunt conectate în paralel, rezistența totală la sarcină a scăzut de trei ori? În cazul nostru - da, dar este privat - toate lămpile au aceeași rezistență și putere. Dacă fiecare dintre încărcături are propria rezistență, atunci pentru a calcula valoarea totală a împărțirii simple cu numărul de sarcini este mică. Dar aici există o cale de ieșire - este suficient să folosiți această formulă:

1 / Rob. = 1 / R1 + 1 / R2 + ... 1 / Rn.

Pentru ușurința utilizării, formula poate fi ușor convertită:

Robsch. = (R1 * R2 * ... Rn) / (R1 + R2 + ... Rn).

Aici Robsch. - rezistența totală a circuitului când sarcina este pornită în paralel. R1 ... Rn - rezistența fiecărei încărcături.

De ce curentul a crescut atunci când ați pornit trei lămpi în paralel, în loc de unul, este ușor de înțeles - depinde de tensiune (a rămas neschimbată), împărțită de rezistență (a scăzut). Este evident că puterea la conectarea paralelă va crește proporțional cu creșterea curentă.

Conexiune serial

Acum este timpul să aflați modul în care parametrii circuitului se vor schimba dacă conductorii (în cazul nostru lămpile) sunt conectați în serie.

Încărcare secvențială

Calcularea rezistenței cu o conexiune de serie a conductorilor este excepțional de simplă:

Robsch. = R1 + R2.

Aceleași trei lămpi cu 60 de lămpi conectate în serie vor fi deja 2445 Ohm (a se vedea calculele de mai sus). Care sunt consecințele creșterii rezistenței circuitului? Conform formulelor 1 și 2, devine foarte clar că puterea și amperajul curentului vor scădea atunci când conductorii sunt conectați în serie. Dar de ce acum toate lămpile ard slab? Aceasta este una dintre cele mai interesante proprietăți ale conectării în serie a conductorilor, care este foarte folosită. Să ne uităm la ghirlanda a trei lămpi familiare, dar succesiv conectate.

Conexiune consecventă a trei lămpi într-o ghirlandă

Tensiunea totală aplicată întregului circuit și a rămas la 220 V. Dar este împărțită între fiecare dintre lămpi proporțional cu rezistența lor! Deoarece lămpile au aceeași putere și rezistență, tensiunea este împărțită în mod egal: U1 = U2 = U3 = U / 3. Adică, fiecare dintre lămpi este acum alimentat cu trei ori mai puțină tensiune, motiv pentru care acestea strălucesc atât de slab. Luați mai multe lămpi - luminozitatea lor va scădea și mai mult. Cum se calculează căderea de tensiune pe fiecare dintre lămpi, dacă toate au rezistențe diferite? Pentru a face acest lucru, sunt suficiente patru formule. Algoritmul de calcul va fi următorul:

1. Măsurați rezistența fiecărei lămpi.
2. Calculați rezistența totală a circuitului.
3. Prin tensiunea și rezistența totală, calculați curentul în circuit.
4. Prin rezistența totală la curent și lampă, calculați căderea de tensiune pe fiecare dintre ele.

Doriți să consolidați aceste cunoștințe?? Rezolvați o sarcină simplă fără a vă uita înapoi la sfârșit:

La dispoziția dumneavoastră există 15 becuri miniaturale similare, proiectate pentru 13,5 V. Pot face o ghirlandă de Crăciun atașată la o priză standard și, dacă este posibil, cum?

Compus mixt

Cu conexiunea paralelă și serială a conductorilor, vă înțelegeți cu ușurință. Dar dacă ai avea ceva de genul ăsta înaintea ta?

Conexiune cu conductor mixt

Cum de a determina rezistența totală a circuitului? Pentru a face acest lucru, trebuie să întrerupeți schema în mai multe secțiuni. Construcția de mai sus este suficient de simplă și vor exista două secțiuni - R1 și R2, R3. Mai întâi, calculați rezistența totală a elementelor conectate paralele R2, R3 și găsiți Rs.23. Apoi se calculează rezistența totală a întregului circuit, constând din R1 și Rob.23, conectate în serie:

• R.23 = (R2 * R3) / (R2 + R3).
• R = R +

Problema este rezolvată, totul este foarte simplu. Și acum întrebarea este ceva mai complicată.

O conexiune mixtă complexă a rezistențelor

Cum să fii aici? În același mod, trebuie doar să arătați ceva imaginație. Rezistoarele R2, R4, R5 sunt conectate în serie. Calculăm rezistența lor totală:

R.245 = R2 + R4 + R5.

Acum paralel cu Rs.245 se conectează R3:

Rp.2345 = (R3 * Rg.245) / (R3 + Rgt.245).

Ei bine și totul este evident, deoarece erau R1, R6 și găsite de noi Robshch.2345, conectate în serie:

Rci = R1 + Rgt 2345 + R6.

Asta e tot!

Răspunsul la problema ghirlandei de pom de Crăciun

Becurile au o tensiune de funcționare de numai 13,5 V și o priză de 220 V, deci trebuie să fie conectate în serie.

Deoarece lămpile de același tip, tensiunea de alimentare este împărțită în mod egal între ele, iar fiecare bec va fi 220/15 = 14,6 W. Lămpile sunt proiectate pentru tensiune de 13,5 V, prin urmare, o astfel de Garland, deși de lucru, dar arde foarte repede. Pentru a pune în aplicare ideea, aveți nevoie de cel puțin 220 / 13.5 = 17, și mai bine 18-19 becuri.

Schemă de ghirlandă de pom de Crăciun din lămpi cu incandescență miniaturale