Послідовне і паралельне з'єднання провідників
Електричні ланцюги, які ми використовуємо, можуть бути ні з одного приймача електричного струму, а з кількох. Ці приймачі можуть бути підключені різними способами: послідовно, паралельно.
З'єднання опорів, при якому ланцюг не має відгалужень, називається послідовним з'єднанням.
Схематично це зображується так:
Визначимо силу струму в ланцюзі при послідовному з'єднанні.
Проведемо досвід 1. З'єднаємо з джерелом постійного струму (6В) через вимикач два опору послідовно 1 і 2 Ома.
Включимо до 1 опору амперметр на 6 А (дотримуючись полярності). Заміри силу струму ... = 2А.
Повторимо досвід, підключивши амперметр між опорами. І заміряємо силу струму .... = 2А.
Третій раз виконаємо досвід, включивши амперметр за другим опором. Заміри силу струму ... = 2 А.
Робимо висновок: при послідовному з'єднанні сила струму в будь-яких ділянках ланцюга одна і та ж.
Визначимо напругу в ланцюзі при послідовному з'єднанні.
Проведемо досвід 2. Зберемо такий ланцюг, як і в 1 досвіді. Тільки тепер візьмемо ще вольтметр (на 6В), подсоединим до нього дроти з ізольованими власниками. Доторкнемся контактами від вольтметра до клеми початку 1 опору. другим - до контакту кінця другого опору (тобто заміряємо загальну напругу двох опорів). Визначимо загальну напругу ... = 6В. Тепер торкнемося контактами проводів вольтметра контактів початку і кінця першого опору і визначимо напругу на першому опорі ... = 2В. Таким же способом визначимо напругу на другому ... = 4В. Оскільки 6В = 2В + 4В, то робимо висновок:
Повна напруга в колі при послідовному з'єднанні дорівнює сумі напруг на окремих ділянках кола.
Ми можемо зробити ще один висновок: напруга на різних ділянках ланцюга з послідовним з'єднанням різних провідників не однаково.
Знаючи закономірності послідовного з'єднання, можна створити дільник напруги.
А що буде, якщо на ялинкової гірлянді перегорить одна лампочка?
Вся гірлянда потухне і потрібно буде шукати, яка саме лампочка перегоріла, щоб її замінити. В цьому і полягає незручність послідовного з'єднання.
Тепер, використовуючи закон Ома для кожного опору і загального опору, можемо записати:
А так як при послідовному з'єднанні сила струму в будь-яких ділянках ланцюга одна і та ж: I = I1 = I2. то
скоротивши на I, отримаємо:
Або словами: загальний опір всього ланцюга при послідовному з'єднанні дорівнює сумі всіх опорів окремих ділянок ланцюга або провідників.
Кілька провідників в електричний ланцюг можна включати різними способами: послідовно, паралельно.
Розглянемо інший спосіб з'єднання провідників - паралельний. На схемі це зображується так ...
Проведемо досвід 1. Складемо коло з джерела (6В), двох паралельно з'єднаних опорів (2 Ом і 3 Ома), трьох амперметрів і одного вольтметра (вольтметр поки не підключаємо), ключа.
Амперметри включимо послідовно до кожного опору і один - в загальний ланцюг
Включимо ланцюг і заміряємо сили струму. Отримаємо значення. На першій ділянці сила струму = 3А, на другому сила струму = 2,5A, в загальній частині-I = 5,5 Зауважимо, що в точці розгалуження сила струму розділиться: велика частина піде через першу ділянку, де опір менше. А менша - через другу ділянку, де опір більше. Зробимо висновок:
а) сила струму в паралельних ділянках ланцюга не однакова і більше там, де менше опір;
б) сила струму в нерозгалужене частини ланцюга дорівнює сумі сил струмів в окремих паралельно з'єднаних провідниках.
Проведемо досвід 2. Зберемо ланцюг. як і першому випадку, тільки амперметри тепер не включаємо, а за допомогою вольтметра з двома штекерами заміряємо напруга спочатку на першій ділянці ланцюга: (напруга дорівнює 6 В) U1 = 6B, потім на другій ділянці ланцюга: U2 = 6B.
Заміри напруга на нерозгалуженій ділянці ланцюга: U = 6B.
Робимо висновок: Напруга на нерозгалуженій ділянці ланцюга і на кінцях усіх паралельно з'єднаних опорах однаково: U = U1 = U2.
Визначимо загальний опір паралельно з'єднаних опорів.
Висловимо загальну силу струму і силу струму в кожному опорі, використовуючи закон Ома: сила струму в ділянці кола прямо пропорційна напрузі на кінцях цієї ділянки і обернено пропорційна його опору.
Висловимо силу струму для спільної ділянки ланцюга: I = U / R.
Для першої ділянки ланцюга:
Для другої ділянки ланцюга: I2 = U2 / R2
Так як напруга на нерозгалуженій ділянці ланцюга і на кінцях усіх паралельно з'єднаних опорах однаково U = U1 = U2, то сила струму для всіх ділянок ланцюга запишемо наступним чином:
Підставами дані значення в висновок, зроблений раніше: сила струму в нерозгалужене частини ланцюга дорівнює сумі сил струмів в окремих паралельно з'єднаних провідниках.
U / R = U / R1 + U / R2 Так як напруга у нас однакове, скоротимо на нього обидві частини рівності і отримаємо: 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2
Іншими словами: загальний опір кола при паралельному з'єднанні визначається через величини, зворотні опорам.
Проаналізувавши все одержане нами, можна зробити висновки:
паралельне з'єднання опорів дозволяє забезпечити незалежну роботу споживачів. Вихід з ладу і вимикання одного з них не впливає на роботу інших: якщо в новорічній гірлянді лампочки підключені паралельно, то, якщо перегоріла одна лампочка, гірлянда продовжує діяти, тому що ланцюг залишається замкнутої.
При включенні двох однакових опорів паралельно ми отримуємо однакові струми, в два рази менше, ніж в основному ланцюзі. При включенні п'яти опорів - менше в п'ять разів. Значить, паралельне з'єднання однакових опорів дозволяє створити дільник струмів.