Alma38.ru

Электро Свет
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Параллельное и последовательное и соединение ламп в быту

Параллельное и последовательное и соединение ламп в быту

Иногда на практике нам приходится сталкиваться с необходимостью параллельного или последовательного соединения ламп накаливания. Нередко данная задача встает и в быту, причем это касается не только ламп в люстре. Кто-то может захотеть улучшить освещенность на кухне, а кому-то в голову придет светлая мысль продлить срок службы лампы, заменив ее двумя соединенными последовательно.

Давайте рассмотрим, как осуществляются эти соединения, на что важно обратить внимание, и каких принципов стоит придерживаться, выполняя различные соединения. На рисунках ниже будут приведены простые и понятные схемы.

Освещение в квартире

Параллельное соединение ламп в быту

При параллельном соединении сопротивления объединяются одними зажимами в одну точку (узел) и вторыми зажимами в другой узел. В этом случае напряжение на зажимах всех сопротивлений будет одним и тем же, равным общему напряжению цепи.

Общее сопротивление при параллельном соединении всегда меньше сопротивлений отдельных участков цепи. Параллельное соединение наодит самое широкое применение как обеспечивающее независимую работу и одинаковое напряжение отдельных приемников.

Итак, при параллельном соединении ламп, на каждую из них подается полное сетевое напряжение, то есть фаза и ноль подаются непосредственно на каждую из ламп параллельной цепи. И в случае, если одна из ламп перегорит, остальные будут светить, ибо их цепи останутся полностью целыми.

Параллельное соединение ламп используется всюду в быту. Например: одна лампа находится в ванной комнате, другая — в туалете, и если включить свет и там и там, то эти лампы окажутся соединены между собой параллельно. Выключение или перегорание одной из этих ламп никак не повлияет на работоспособность второй.

Параллельное соединение ламп

Когда необходимо улучшить освещенность в помещении, добавив лампу к существующей системе освещения (вместо того, чтобы заменять уже имеющуюся лампу более мощной), делают отвод от проводки, и обычно на скрутку или клеммником присоединяют патрон осветительного прибора второй лампы.

Здесь нет ничего сложного, достаточно отключить напряжение питания во всем помещении, и осуществить подключение. Так вы получите дополнительный источник света.

Важно, кстати, обратить внимание на то, чтобы коммутируемая выключателем нагрузка (осветительный прибор) всегда находилась на нулевом проводе, и только при переключении выключателя в положение «вкл» — присоединялась бы к фазе. В этом вам поможет отвертка — индикатор фазы.

Обратите внимание, на рисунке каждая из ламп параллельной цепи присоединена к основной проводке своим проводом, так токовая нагрузка на все проводники окажется распределена равномерно, и если сечение этих проводов подобрано правильно, то ни один из них не будет перегреваться даже при длительной работе.

Последовательное соединение ламп в быту

Справедливости ради можно сразу отметить, что в быту последовательное соединение ламп используют очень редко. Хотя иногда люди прибегают к такому подходу, например если хотят надежно предотвратить преждевременное перегорание ламп — соединяют последовательно две лампы одинаковой мощности, получают гарантию, что даже при сильных скачках напряжения в сети обе лампы останутся целыми.

Последовательное соединение ламп

Последовательное соединение применяется в тех случаях, когда напряжение источника значительно выше (в 2 и большее число раз) напряжения, на которое рассчитаны приемники.

Недостатками этого вида соединения, ограничивающими его применение, являются:

зависимость работы приемников друг от друга, так как при отключении одного из участков ток прерывается во всей цепи;

зависимость напряжений на отдельных участках цепи от их сопротивлений.

Такое последовательное соединение применяют часто в подъездах, когда чтобы не менять лампочку каждый сезон, просто устанавливают на потолке второй патрон на некотором расстоянии от первого, и в него вкручивают вторую лампочку. Так, вместо одной на 60 Вт — две последовательно по 95-100 Вт.

Лампы работают не при 220 вольтах, а при 110 вольтах, таким образом они всегда надежно защищены от токовой перегрузки, светят ровно и не мерцают, как если бы питались через диод (так иногда тоже делают, чтобы снизить средний ток через лампу).

На рисунке приведен вариант соединения ламп как в примере с подъездом. Очевидно, что последовательное соединение выполняется проводом одной и той же толщины, поскольку ток через последовательную цепь течет один и тот же. Напряжение 220 вольт подается на концы «гирлянды», и если ламп две, то на каждую лампу приходится по 110 вольт (при условии что лампы одинаковой мощности!)

Новогодняя гирлянда

Можно сделать цепь из трех одинаковых ламп, тогда на каждую лампу придется по 70-80 вольт переменного напряжения, ибо 210-240 вольт сетевого напряжения разделится на 3. По этому принципу изготавливают и новогодние гирлянды, где много-много разноцветных лампочек, рассчитанных на напряжение в 1 вольт соединяют в длинные последовательные цепочки. Обратите внимание, в гирляндах очень тонкие провода, так как там очень маленький ток, буквально единицы миллиампер.

Таким же подходом руководствуются, делая осветительные сборки из автомобильных ламп на 12 вольт — соединяют по 20 штук 5 ваттных ламп последовательно, и получают осветительную сборку мягкого света мощностью 100 Вт.

Но у таких гирлянд есть один минус — если перегорит одна лампа — работать перестанет вся гирлянда. Поэтому если в вашем быту имеется сборка из последовательно соединенных ламп, необходимо всегда иметь купленные на всякий случай запасные лампы.

Как самому подключить две лампочки к одному выключателю

как подключить выключатель света

Статьи об энергетике

Перед подключением ламп к выключателю стоит посмотреть, как это сделать. Есть определенные правила, которые помогу в подсоединении. Нужно смотреть вид подключения, характеристику ламп и т.д. Все это поможет в установке и использовании ламп.

Последовательное и параллельное подключение двух и более источников света

Чтобы лампочка работала, нужно один ее контакт присоединить к фазе, а второй к нулю. Фаза – приходящий ток. Ноль – это, когда ток по проводнику возвращается к источнику. Существует два способа подключения: последовательное и параллельное.

схема подключения лампочки через выключатель

В последовательном подключении ток будет зависеть от каждого источника света (от первого к следующему). Напряжение распределяется на количество ламп. Например, две лампы и напряжение 220W, значит, будет по 110W на каждую лампу. Важный момент: последовательное подключение для светильников с одинаковой мощностью.

Если взять лампы с разной мощностью 40 Bт и 120 Вт (разница в три раза), то лампа с меньшей выйдет из строя, так как по ней будет проходить 120 Вт. Исключение – лампы накаливания. На 220 W подключить две лампы на 60 W, то они будут гореть вполсилы, и лампы дольше прослужат.

Такая установка подойдет только на две лампы накаливания. Этот способ используют для помещений, где не нужно большой яркости.

Плюсы и минусы последовательного соединения:

  • Перегорание элемента, влияет на остальные (не работают).
  • Люминесцентные лампы меньше мигают.
  • У ламп должна быть одинаковая мощность, исключение — люминесцентные лампы.

Второй способ — параллельное подключение. Таким способом параллельно подключают два или более источника света. К фазе подсоединяются одни контакты, а другие к нулю.

схема подключения двух лампочек к одному выключателю

Ток и яркость будет зависеть от мощности каждой лампы. Приходящий ток будет равен сумме ламп, поэтому диаметр сечение нужно делать согласно ему. Такой способ часто применяется, и он удобен, так как в будущем можно добавлять дополнительные светильники, не тревожа другие источники света.

Плюсы и минусы параллельного соединения:

  • Перегорание элемента не тревожит работу остальных.
  • Малое количество соединений.
  • Полная яркость ламп.
  • При перегорании лампы, все остальные работают.
  • Из-за большого количества деталей, по цене выходит дорого.
  • Сломался один элемент, увеличивается нагрузка на другие.

Материалы и инструменты для подключения аппаратов

Для работы с лампочками нужен набор материалов и инструментов. Первым делом отключить электричество для безопасности.

Материалы для работы:

  • провода, такого же сечения и материала;
  • лампы (в квартире рекомендуют не более 1,5 киловатт);
  • розетка (с одним, двумя гнездами);
  • подрозетник (для внутренних розеток);
  • распределительная коробка (одна в комнату);
  • изолента;
  • гофра;

Выключателей существует множество разновидностей:

  • сенсорные;
  • с регулированием мощности;
  • импульсный прерыватель;
  • клавишные.

как правильно подключить выключатель света

Понадобится посчитать сечение проводов в том случае, если проводка в доме делается в первый раз. Все зависит от мощности и напряжения ламп, которые к ней присоединены. С ними можно рассчитать ток, и по специальной таблице посмотреть сечение.

Для того чтобы посчитать ток, необходимо соизмерить сумму мощности и напряжения. Определить самых мощных потребителей и их суммы разделить на напряжение (220W). По ответу выбирается сечение.

Для безопасности работы необходимо выбрать инструменты:

  • кусачки отрезания провода;
  • индикаторная отвертка (показывает фазу и ноль провода);
  • нож;
  • плоскогубцы, с изолирующими ручками;
  • контакторы (вместо изоленты);
  • перфоратор (для стены).

Для работы подходит человек, который знает своё дело. Нужно уметь изолировать, скручивать провода и защищать от изоляции.

Какие могут быть проблемы

Проблемы возникают, когда лампочка не загорается. Возможно, при установке появилось повреждение или не добавили соответствующих деталей. Нужно индикатором проверить все токоведущие связи (ток идет или нет). Один из вариантов, что нуль сгорел, так как проводник перегружен.

схема подключения выключателя к лампочке

Возможно, что связь лампочки и выключателя повреждена. Чтобы посмотреть исправность регулятора, нужно прикоснуться к каждому контакту с помощью тестера.

Если контакт не работает — выключатель сломался. Можно починить, но он недолго поработает.

Если же выключатель исправен, то нужно проверить другие контакты. Для безопасности помещения, важно найти и починить повреждения.

Схемы подключения двух лампочек

Существует подключения двух и более светильников:

  • к одноклавишному выключателю;
  • к двухклавишному выключателю;
  • к проходному переключателю.

Принципы установки схожи, но и есть свои особенности.

Одноклавишный выключатель

Для подключения двух и более ламп к выключателю, контакты присоединяем к фазе и нулю. Используем параллельное подключение. От распределительной коробки по порядку идет нулевая линия. Фазу соединяют ко вторым контактам. Важно хорошо закрепить провода клеммным колодком, с помощью винтов или пружиной (тип WAGO), где зажимается провод.

как подключить лампочку через выключатель схема

Нужно следить, чтобы в скрутке проводов медь и алюминий не оказались рядом — это нагреет и ослабит контакт.

Подключение двух и более светильник к одному выключателю. На каждом есть надпись максимальной нагрузки. Эту нагрузку и учитывают при расчете мощности.

Двухклавишный выключатель

Присоединение похоже на одноклавишное соединение. Перед началом работы важно найти контакты. Их схему можно посмотреть на обратной стороне выключателя. В двухклавишном приборе имеются: общий и два отдельных контакта. Провод фазы вводит из розетки или распределительной коробки. Два вывода регулируют светильники. При присоединении ввод находится внизу, выводы — вверху.

как подключить двухклавишный выключатель к двум лампочкам

Таким же способом присоединяется выключатель с тремя клавишами. Только добавляется дополнительная клемма и еще дополнительный вывод.

подключение выключателя света

Проходные переключатели

Чтобы подключить проходной переключатель:

  1. Для начала снимаем клавишу и рамку.
  2. Без рамки видим три клеммы.
  3. Выбираем общую клемму по схеме (сзади розетки). Если схема не понятна, тогда проверяем индикаторной отверткой или тестером.
  4. На общую клемму подключаем фазу с кабелем питания. На остальные — два оставшихся провода.
  5. Выключатель собираем и закрепляем в подрозетник.
  6. Со вторым выключателем делаем так же.

схема подключения выключателя света

Итак, можно выбрать любой способ подключения, в зависимости от помещения и выбора светильников.

Видеоурок

Последовательное и параллельное соединение

В данной статье речь пойдет о последовательном и параллельном соединении проводников. На примерах будут рассмотрены данные соединения и как при таких соединениях будут изменяться такие величины как:

  • ток;
  • напряжение;
  • сопротивление.

Виды соединений проводников

В таблице 1.8 [Л2, с.24] приведены схемы и формулы по определению сопротивлений, токов и напряжений при параллельном и последовательном соединении.

Таблица 1.8 - Соединения сопротивлений

Последовательное соединение

Последовательным соединением называются те участки цепи, по которым всегда проходят одинаковые токи .

При последовательном соединении:

  • сила тока во всех проводниках одинакова;
  • напряжение на всём соединении равно сумме напряжений на отдельных проводниках;
  • сопротивление всего соединения равно сумме сопротивлений отдельных проводников.

Последовательно подключены две лампы накаливания одинаковой мощности Рл1=Рл2=100 Вт к сети с напряжением Uн=220В. Сопротивление нити в лампах составляет Rл1=Rл2=122 Ом. Номинальное напряжение для ламп равно 220 B. На рис.1 показано последовательное включение ламп.

Пример 1 - Последовательное включение ламп

Составляем схему замещения, выражая каждую из входящих элементов цепи (в данном случае лампы накаливания) в виде сопротивлений.

Пример 1 - Схема замещения

1. Определяем ток протекающей по участкам цепи:

Iн = Uн/Rл1+ Rл2 = 220/122+122 = 0,9 A

2. Определяем напряжение на каждой из ламп накаливания, так как мощность ламп у нас одинаковая, то и напряжение для каждой из ламп будет одинаково:

Uл1=Uл2 = Iн*R = 0,9*122 = 110 B

Как мы видим напряжение источника (в данном примере 220 В) разделиться поровну, между обоими последовательно включенными лампами. При этом лампы будут ели светит, их накал будет неполным.

Для того чтобы лампы горели с полным накалом, нужно увеличить напряжение источника с 220В до 440В, при этом на каждой из ламп установиться номинальное (рабочее) напряжение равное 220В.

Последовательно подключены две лампы накаливания мощность Рл1 = 100 Вт и Рл2 = 75 Вт к сети с напряжением Uн=220В. Сопротивление нити в лампах составляют Rл1= 122 Ом для стоваттной лампы и Rл2= 153 Ом для семидесяти пяти ватной лампы.

Пример 2 - Последовательное включение ламп

Пример 2 - Схема замещения

1. Определяем ток протекающей по участкам цепи:

Iн = Uн/Rл1+ Rл2 = 220/100+75 = 0,8 A

2. Определяем напряжение на каждой из ламп накаливания:

Uл1= Iн*Rл1 = 0,8*122 = 98 B
Uл2= Iн*Rл2 = 0,8*153 = 122 B

Исходя из результатов расчетов, более мощная лампа 100 Вт получает при этом меньшее напряжение. Но ток в двух последовательно включенных даже разных лампах остается одинаковым. Например, если одна из ламп перегорит (порвется ее нить накаливания), погаснут обе лампы.

Данное соединение лампочек, например, используется в трамвайном вагоне для освещения салона.

Параллельное соединение

Параллельное соединение – это соединение, при котором начала всех проводников присоединяются к одной точке цепи, а их концы к другой.

Точки цепи, к которым сходится несколько проводов, называют узлами . Участки цепи, соединяющие между собой узлы, называют ветвями .

При параллельном соединении:

  • напряжение на всех проводниках одинаково;
  • сила тока в месте соединения проводников равна сумме токов в отдельных проводниках;
  • величина, обратная сопротивлению всего соединения, равна сумме величин, обратных сопротивлениям отдельных проводников.

Определить токи и напряжения всех участков цепи (рис.5), если известно:

  • Номинальное напряжение сети Uн = 220В;
  • Сопротивление нити в лампах HL1 и HL2 составляют Rл1 = Rл2 = 122 Ом.
  • Сопротивление нити в лампе HL3 составляют Rл3 = 153 Ом.

Пример 3 - Параллельное включение ламп

Составляем схему замещения для схемы, представленной на рис.5.

Пример 3 - Схема замещения

1. Определяем проводимость всей цепи [Л1, с.47] и согласно таблицы 1.8:

Пример 3 - Определяем проводимость всей цепи

2. Определяем сопротивление всей цепи [Л1, с.47]:

Пример 3 - Определяем сопротивление всей цепи

3. Определяем силу тока цепи по закону Ома:

Пример 3 - Определяем силу тока цепи по закону Ома

4. Определяем токи для каждой цепи [Л1, с.47]:

Пример 3 - Определяем токи для каждой цепи

5. Выполним проверку, согласно которой, сила тока в месте соединения проводников равна сумме токов в отдельных проводниках:

Iл1+ Iл2+ Iл3=Iобщ.=1,8+1,8+1,44=5,04=5,04 (условие выполняется)

Смешанное соединение

Смешанным соединением – называется последовательно-параллельное соединение сопротивлений или участков цепи.

Определить токи и напряжения всех участков цепи (рис.7), если известно:

  • Номинальное напряжение сети Uн = 220В;
  • Сопротивление нити в лампах HL1, HL2, HL3 составляют Rл1 = Rл2 = Rл3 = 122 Ом.
  • Сопротивление нити в лампе HL4 составляют Rл4 = 153 Ом.
  • Результаты расчетов для участка цепи ВС (параллельное соединение проводников) применим из примера 3:
    Сопротивление цепи ВС составляет Rвс = 43,668 Ом.

Пример 4 - Смешанное включение ламп

Составляем схему замещения для схемы, представленной на рис.7.

Пример 4 - Схема замещения

1. Определяем сопротивление всей цепи:

Rобщ = Rав+Rвс = Rл1+Rвс = 122+43,688 = 165,688 Ом

2. Определяем силу тока цепи, согласно закона Ома:

Пример 4 - Определяем силу тока цепи, согласно закона Ома

3. Определяем напряжение на первом сопротивлении:

Uав=Uл1= Iобщ*Rл1 = 1,33*122 = 162 B

4. Определяем напряжение на участке ВС:

Uвс= Iобщ*Rвс = 1,33*43,688 = 58,1 B

5. Определяем токи для каждой цепи участка ВС:

Пример 4 - Определяем токи для каждой цепи участка ВС

6. Выполним проверку для участка цепи ВС:

Iл2+ Iл3+ Iл4= Iобщ.=0,48+0,48+0,38=1,33=1,33 (условие выполняется)

  1. Общая электротехника с основами электроники, В.С. Попов, 1972 г.
  2. Справочная книга электрика. В.И. Григорьева. 2004 г.

Поделиться в социальных сетях

Если вы нашли ответ на свой вопрос и у вас есть желание отблагодарить автора статьи за его труд, можете воспользоваться платформой для перевода средств «WebMoney Funding» и «PayPal» .

Данный проект поддерживается и развивается исключительно на средства от добровольных пожертвований.

Проявив лояльность к сайту, Вы можете перечислить любую сумму денег, тем самым вы поможете улучшить данный сайт, повысить регулярность появления новых интересных статей и оплатить регулярные расходы, такие как: оплата хостинга, доменного имени, SSL-сертификата, зарплата нашим авторам.

Защита ВЛ 6-35 кВ при ОЗЗ и при разрыве фазы

Однофазные замыкания на землю (О33) на воздушных линиях (ВЛ) напряжением 6-35 кВ могут возникать при падении.

Защита трансформатора заземления нейтрали

В данной статье речь пойдет о том какие защиты должны быть предусмотрены для трансформатора заземления.

Способы заземления экранов кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена

В данной статье речь пойдет о способах заземления экранов кабеля с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Компенсация реактивной мощности с помощью трансформаторно-реакторного устройства

Наличие в распределительных сетях 6 — 10 кВ промышленных предприятий резкопеременных.

Способ расширения функций устройства защитного отключения (УЗО)

Существующие устройства защитного отключения (У3О), применяемые в сетях напряжением до 1000 В с системой.

Отправляя сообщение, Вы разрешаете сбор и обработку персональных данных.
Политика конфиденциальности.

Последовательное и параллельное соединение

В реальной жизни сложно себе представить существование в электрической цепи одного единственного потребителя. Такие цепи существуют, но всегда очень примитивны. Например, если мы с вами включим в розетку одну единственную лампочку, то в цепи лампочка-розетка, мы будем иметь одно единственное устройство-потребитель. Даже если электризуются волосы, то можно говорить о двух потребителях. Но на практике таких устройств всегда гораздо больше и если рассмотреть ту же самую цепь в разрезе электростанция-лампочка, то схема подключения будет содержать уже множество дополнительных потребителей.

Внутри электрических устройств также используются целые схемы, которые содержат в своем составе множество элементов. Например, управляющая схема телевизора состоит из множества резисторов, транзисторов, диодов и других элементов. Достаточно взглянуть на любую печатную плату и обратить внимание на количество вспомогательных «дорожек». Все они соединены последовательно или параллельно. Кроме того, типы соединений могут смешиваться.

Каждый тип соединения подразумевает определенное соотношение между основными параметрами, такими как напряжение, сила тока и сопротивление.

Типов соединения бывает всего два, а третий – это комбинированный вариант подключения.

Первый вариант соединения – это последовательное подключение. Второй вариант – параллельное подключение. Эти подключения могут комбинироваться в реальной практике.

Чем отличаются параллельное и последовательное подключения

Последовательное подключение представляет собой последовательное соединение проводников в одной общей электрической цепи.

Почему оно последовательное?

Всё очень просто – проводники располагаются в электрической цепи аналогично птицам, которые сидят на проводе – один за другим. В данном случае представим, что птицы держатся за лапы – каждая птица держит своей левой лапой правую лапу ближайшей птицы. Получаем ёлочную гирлянду. Все сидят последовательно.

Кстати говоря, если свободные лапы крайних птиц прислонить к источнику питания, то выйдет фейерверк :)…

Представим, например, светодиод, который имеет + и -. Для того, чтобы объединить такие светодиоды в единую последовательную цепь, мы должны соединить ножку + первого светодиода с плюсом источника постоянного тока, а ножку – соединить с ножкой + следующего светодиода. Ножку – следующего светодиода мы подключаем также к ножке + следующего светодиода, а – подключаем к – источника постоянного тока. Вот мы и собрали простейшую последовательную цепь из трех элементов.

Параллельное подключение выглядит немного иначе.

Если вернуться к примеру с птицами, то птицы уже не сидят на проводе одна за другой, а держат друг друга лапами.

Причем, птицы так извернулись, что одна птица держит своей правой лапой, правую лапу соседней птицы, а левой лапой левую лапу этой же птицы.

Для того, чтобы зажарить таких птиц, остаётся только прислонить букет из этих соответствующих друг другу лап к полюсам источника тока.

Здесь мы берем, скажем, два светодиода, которые имеют ножки + и – соответственно, и соединяем сначала ножки светодиодов по принципу + к + и – к -.

Собранную цепь мы подключаем к источнику тока соответственно полюсам, т.е. общий плюс от двух светодиодов присоединяем к + источника тока, а общий – к минусу источника тока. В результате получили параллельную цепь.

Смешанное соединение сочетает в себе как параллельное, так и последовательные соединения. В зависимости от цели, эти комбинации могут быть различными.

На практике чаще всего используются именно смешанные схемы. Часто анализ такого соединения вызывает затруднения у студентов и школьников.

На самом же деле, тут нет ничего сложного.

Для того, чтобы разобраться во всех параметрах, нужно попросту разложить цепь на удобные фрагменты.

Так, если мы имеем ряд последовательно подключенных резисторов, которые скомпонованы вместе с параллельно соединенными резисторами, то цепь можно разбить на два обобщенных условных участка, где и определить значимый параметр.

Часто испуг вызывает появление в схеме поворотов, углов и изгибов. Человек теряется и не понимает, что от смены направления линии соединительных проводов, логика не меняется.

Основные параметры последовательного и параллельного подключений

Типы подключений следует различать из-за особенностей основных параметров электрической цепи при таких подключениях.

При параллельном подключении, напряжение на элементах цепи всегда будет постоянным, а сила тока суммируется из токов на каждом элементе. Есть еще такой параметр, как сопротивление. Мы не рекомендуем заучивать наизусть все формулы, а руководствоваться законом Ома, предположив, что один из параметров будет постоянным. Но для ускорения решения задач заучить выкладку может быть полезно. Собственно, там отношение единицы к сопротивлению цепи, равно сумме отношений 1 к каждому из сопротивлений.

При последовательном подключении, напряжение на каждом элементе будет суммироваться, а сила тока будет постоянной. Сопротивление мы также можем узнать из закона Ома. Или же запомнить, что сопротивление равно сумме сопротивлений элементов цепи.

Особенности параметров при последовательном и параллельном подключениях можно легко запомнить, если представить, что соединительные провода – это трубы, а электрический ток вода. Сравнить с водой тут можно именно силу тока. Почему же силу тока? Потому что ток характеризуется количеством заряженных частиц (читай, как наличие воды в трубе).

Представим, что в случае последовательного подключения мы соединяем две трубы одинакового сечения (представим именно одинаковое сечение, т.к. дальше уже начинают влиять такие параметры, как сопротивление) и в каждой трубе есть вода при её наличии в водопроводе. Если же мы соединим две трубы параллельно, то поток распределится равномерно (а на деле в соответствии с геометрическими параметрами труб) между двумя трубами, т.е сила тока будет суммироваться из всех участков.

Почему всё происходит именно так и почему при параллельном подключении ток распределяется именно по двум проводникам и суммируется? Это сложный фундаментальный вопрос, обсуждение которого займет ни одну статью. На данный момент предлагаю считать, что это просто свойство, которое нужно знать. Как и то, что лёд ощущается холодным, а огонь горячим.

При смешанном подключении мы предварительно должны разбить цепь на простые для понимания участки, а затем проанализировать, как они в итоге будут соединены. Соответственно, на выходе мы получим простой вариант несложного подключения, которое однозначно будет или последовательное, или параллельное.

Зная все эти параметры, мы легко можем проанализировать любую электрическую цепь и собрать новую с нужными параметрами.

Как пользоваться знаниями про особенности параллельного и последовательного подключений

Наверное, самый главный вопрос, который встаёт перед учеником – это зачем вообще всё это знать?

Тут всё довольно просто. Зная эти параметры, можно легко собрать нужную цепь. Например, представим, что мы хотим соединить два аккумулятора, напряжение каждого из которых 6 В для подключения автомобильного светодиода, рассчитанного на 12 В. Как соединить аккумуляторы? Если параллельно, то получим повышенную емкость и напряжение 6 В. Диод не «раскурится». Если же использовать последовательное подключение, то на выходе будем иметь сумму 6 В + 6 В = 12 В. Задача решена. Таких примеров можно привести очень и очень много.

Ещё один вопрос, как рассчитывать другие параметры (емкость, мощность, индуктивность) при последовательном и параллельном соединении проводников.

Например, если мы подключим последовательно 5 конденсаторов, как узнать общую емкость этой цепи? Конечно же, можно, опять-таки, заучить формулы. На практике вы их забудете сразу, как перестанете решать подобные задачи. Поэтому, гораздо важнее держать в уме физическое определение ёмкости, а уже из него выводить конкретный частный случай, помня, что при последовательном подключении сила тока всегда одинакова, а напряжение суммируется.

Ток проводников в параллельном и последовательном соединении

Схема елочной гирлянды из миниатюрных ламп накаливания

Практически каждому, кто занимался электрикой, приходилось решать вопрос параллельного и последовательного соединения элементов схемы. Некоторые решают проблемы параллельного и последовательного соединения проводников методом «тыка», для многих «несгораемая» гирлянда является необъяснимой, но привычной аксиомой. Тем не менее, все эти и многие другие подобные вопросы легко решаются методом, предложенным еще в самом начале XIX века немецким физиком Георгом Омом. Законы, открытые им, действуют и поныне, а понять их сможет практически каждый.

Основные электрические величины цепи

Для того чтобы выяснить, как то или иное соединение проводников повлияет на характеристики схемы, необходимо определиться с величинами, которые характеризуют любую электрическую цепь. Вот основные из них:

Схема люстры с тремя лампами

  • Электрическое напряжение, согласно научному определению, это разность потенциалов между двумя точками электрической цепи. Измеряется в вольтах (В). Между клеммами бытовой розетки, к примеру, оно равно 220 В, на батарейке вольтметр покажет 1,5 В, а зарядное устройство вашего планшета или смартфона выдает 5 В. Напряжение бывает переменным и постоянным, но в нашем случае это несущественно.
  • Электрический ток – упорядоченное движение электронов в электрической цепи. Ближайшая аналогия – ток воды в трубопроводе. Измеряется в амперах (А). Если цепь не замкнута, ток существовать не может.
  • Электрическое сопротивление. Величина измеряется в омах (Ом) и характеризует способность проводника или электрической цепи сопротивляться прохождению электрического тока. Если продолжить аналогию с водопроводом, то новая гладкая труба будет иметь маленькое сопротивление, забитая ржавчиной и шлаками – высокое.
  • Электрическая мощность. Эта величина характеризует скорость преобразования электрической энергии в любую другую и измеряется в ваттах (Вт). Кипятильник в 1000 Вт вскипятит воду быстрее стоваттного, мощная лампа светит ярче и т.д.

Взаимная зависимость электрических величин

Теперь необходимо определиться, как все вышеперечисленные величины зависят одна от другой. Правила зависимости несложны и сводятся к двум основным формулам:

  • I=U/R.
  • P=I*U.

Последовательно соединенная нагрузка

Здесь I – ток в цепи в амперах, U – напряжение, подводимое к цепи в вольтах, R – сопротивление цепи в омах, P – электрическая мощность цепи в ваттах.

Предположим, перед нами простейшая электрическая цепь, состоящая из источника питания с напряжением U и проводника с сопротивлением R (нагрузки).

Поскольку цепь замкнута, через нее течет ток I. Какой величины он будет? Исходя из вышеприведенной формулы 1, для его вычисления нам нужно знать напряжение, развиваемое источником питания, и сопротивление нагрузки. Если мы возьмем, к примеру, паяльник с сопротивлением спирали 100 Ом и подключим его к осветительной розетке с напряжением 220 В, то ток через паяльник будет составлять:

Какова мощность этого паяльника? Воспользуемся формулой 2:

2,2 * 220 = 484 Вт.

Хороший получился паяльник, мощный, скорее всего, двуручный. Точно так же, оперируя этими двумя формулами и преобразуя их, можно узнать ток через мощность и напряжение, напряжение через ток и сопротивление и т.д. Сколько, к примеру, потребляет лампочка мощностью 60 Вт в вашей настольной лампе:

60 / 220 = 0,27 А или 270 мА.

Сопротивление спирали лампы в рабочем режиме:

220 / 0,27 = 815 Ом.

Схемы с несколькими проводниками

Все рассмотренные выше случаи являются простыми – один источник, одна нагрузка. Но на практике нагрузок может быть несколько, и соединены они бывают тоже по-разному. Существует три типа соединения нагрузки:

  1. Параллельное.
  2. Последовательное.
  3. Смешанное.

Параллельное соединение проводников

В люстре 3 лампы, каждая по 60 Вт. Сколько потребляет люстра? Верно, 180 Вт. Быстренько подсчитываем сначала ток через люстру:

180 / 220 = 0,818 А.

А затем и ее сопротивление:

220 / 0,818 = 269 Ом.

Перед этим мы вычисляли сопротивление одной лампы (815 Ом) и ток через нее (270 мА). Сопротивление же люстры оказалось втрое ниже, а ток — втрое выше. А теперь пора взглянуть на схему трехрожкового светильника.

Схема люстры с тремя лампами

Последовательное соединение трех ламп в гирлянду

Все лампы в нем соединены параллельно и подключены к сети. Получается, при параллельном соединении трех ламп общее сопротивление нагрузки уменьшилось втрое? В нашем случае — да, но он частный – все лампы имеют одинаковые сопротивление и мощность. Если каждая из нагрузок будет иметь свое сопротивление, то для подсчета общего значения простого деления на количество нагрузок мало. Но и тут есть выход из положения – достаточно воспользоваться вот этой формулой:

1/Rобщ. = 1/R1 + 1/R2 + … 1/Rn.

Для удобства использования формулу можно легко преобразовать:

Rобщ. = (R1*R2*… Rn) / (R1+R2+ … Rn).

Здесь Rобщ. – общее сопротивление цепи при параллельном включении нагрузки. R1 … Rn – сопротивления каждой нагрузки.

Почему увеличился ток, когда вы включили параллельно три лампы вместо одной, понять несложно – ведь он зависит от напряжения (оно осталось неизменным), деленного на сопротивление (оно уменьшилось). Очевидно, что и мощность при параллельном соединении увеличится пропорционально увеличению тока.

Последовательное соединение

Простейшая электрическая цепь

Теперь настала пора выяснить, как изменятся параметры цепи, если проводники (в нашем случае лампы) соединить последовательно.

Последовательно соединенная нагрузка

Расчет сопротивления при последовательном соединении проводников исключительно прост:

Те же три шестидесятиваттные лампы, соединенные последовательно, составят уже 2445 Ом (см. расчеты выше). Какими будут последствия увеличения сопротивления цепи? Согласно формулам 1 и 2 становится вполне понятно, что мощность и сила тока при последовательном соединении проводников упадет. Но почему теперь все лампы горят тускло? Это одно из самых интересных свойств последовательного подключения проводников, которое очень широко используется. Взглянем на гирлянду из трех знакомых нам, но последовательно соединенных ламп.

Последовательное соединение трех ламп в гирлянду

Общее напряжение, приложенное ко всей цепи, так и осталось 220 В. Но оно поделилось между каждой из ламп пропорционально их сопротивлению! Поскольку лампы у нас одинаковой мощности и сопротивления, то напряжение поделилось поровну: U1 = U2 = U3 = U/3. То есть на каждую из ламп подается теперь втрое меньшее напряжение, вот почему они светятся так тускло. Возьмете больше ламп – яркость их упадет еще больше. Как рассчитать падение напряжения на каждой из ламп, если все они имеют различные сопротивления? Для этого достаточно четырех формул, приведенных выше. Алгоритм расчета будет следующим:

  1. Измеряете сопротивление каждой из ламп.
  2. Рассчитываете общее сопротивление цепи.
  3. По общим напряжению и сопротивлению рассчитываете ток в цепи.
  4. По общему току и сопротивлению ламп вычисляете падение напряжения на каждой из них.

Хотите закрепить полученные знания? Решите простую задачу, не заглядывая в ответ в конце:

В вашем распоряжении есть 15 однотипных миниатюрных лампочек, рассчитанных на напряжение 13,5 В. Можно ли из них сделать елочную гирлянду, подключаемую к обычной розетке, и если можно, то как?

Смешанное соединение

С параллельным и последовательным соединением проводников вы, конечно, без труда разобрались. Но как быть, если перед вами оказалась примерно такая схема?

Смешанное соединение проводников

Как определить общее сопротивление цепи? Для этого вам понадобится разбить схему на несколько участков. Вышеприведенная конструкция достаточно проста и участков будет два — R1 и R2,R3. Сначала вы рассчитываете общее сопротивление параллельно соединенных элементов R2,R3 и находите Rобщ.23. Затем вычисляете общее сопротивление всей цепи, состоящей из R1 и Rобщ.23, соединенных последовательно:

  • Rобщ.23 = (R2*R3) / (R2+R3).
  • Rцепи = R1 + Rобщ.23.

Задача решена, все очень просто. А теперь вопрос несколько сложнее.

Сложное смешанное соединение сопротивлений

Как быть тут? Точно так же, просто нужно проявить некоторую фантазию. Резисторы R2, R4, R5 соединены последовательно. Рассчитываем их общее сопротивление:

Теперь параллельно к Rобщ.245 подключаем R3:

Rобщ.2345 = (R3* Rобщ.245) / (R3+ Rобщ.245).

Ну а дальше все очевидно, поскольку остались R1, R6 и найденное нами Rобщ.2345, соединенные последовательно:

Rцепи = R1+ Rобщ.2345+R6.

Ответ на задачу о елочной гирлянде

Лампы имеют рабочее напряжение всего 13.5 В, а в розетке 220 В, поэтому их нужно включать последовательно.

Поскольку лампы однотипные, напряжение сети разделится между ними поровну и на каждой лампочке окажется 220 / 15 = 14,6 В. Лампы рассчитаны на напряжение 13,5 В, поэтому такая гирлянда хоть и заработает, но очень быстро перегорит. Чтобы реализовать задумку, вам понадобится минимум 220 / 13,5 = 17, а лучше 18-19 лампочек.

голоса
Рейтинг статьи
Читайте так же:
Определить ток насыщения в электронной лампе
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector