Последовательное и параллельное соединение. Применение и схемы

В электрических цепях элементы могут соединяться по различным схемам, в том числе они имеют последовательное и параллельное соединение.

Последовательное соединение

При таком соединении проводники соединяются друг с другом последовательно, то есть, начало одного проводника будет соединяться с концом другого. Основная особенность данного соединения заключается в том, что все проводники принадлежат одному проводу, нет никаких разветвлений. Через каждый из проводников будет протекать один и тот же электрический ток. Но суммарное напряжение на проводниках будет равняться вместе взятым напряжениям на каждом из них.

Рассмотрим некоторое количество резисторов, соединенных последовательно. Так как нет разветвлений, то количество проходящего заряда через один проводник, будет равно количеству заряда, прошедшего через другой проводник. Силы тока на всех проводниках будут одинаковыми. Это основная особенность данного соединения.

Это соединение можно рассмотреть иначе. Все резисторы можно заменить одним эквивалентным резистором.

Ток на эквивалентном резисторе будет совпадать с общим током, протекающим через все резисторы. Эквивалентное общее напряжение будет складываться из напряжений на каждом резисторе. Это является разностью потенциалов на резисторе.

Если воспользоваться этими правилами и законом Ома, который подходит для каждого резистора, можно доказать, что сопротивление эквивалентного общего резистора будет равно сумме сопротивлений. Следствием первых двух правил будет являться третье правило.

Применение

Последовательное соединение используется, когда нужно целенаправленно включать или выключать какой-либо прибор, выключатель соединяют с ним по последовательной схеме. Например, электрический звонок будет звенеть только тогда, когда он будет последовательно соединен с источником и кнопкой. Согласно первому правилу, если электрический ток отсутствует хотя бы на одном из проводников, то его не будет и на других проводниках. И наоборот, если ток имеется хотя бы на одном проводнике, то он будет и на всех других проводниках. Также работает карманный фонарик, в котором есть кнопка, батарейка и лампочка. Все эти элементы необходимо соединить последовательно, так как нужно, чтобы фонарик светил, когда будет нажата кнопка.

Иногда последовательное соединение не приводит к нужным целям. Например, в квартире, где много люстр, лампочек и других устройств, не следует все лампы и устройства соединять последовательно, так как никогда не требуется одновременно включать свет в каждой из комнат квартиры. Для этого последовательное и параллельное соединение рассматривают отдельно, и для подключения осветительных приборов в квартире применяют параллельный вид схемы.

Параллельное соединение

В этом виде схемы все проводники соединяются параллельно друг с другом. Все начала проводников объединены в одну точку, и все концы также соединены вместе. Рассмотрим некоторое количество однородных проводников (резисторов), соединенных по параллельной схеме.

Этот вид соединения является разветвленным. В каждой ветви содержится по одному резистору. Электрический ток, дойдя до точки разветвления, разделяется на каждый резистор, и будет равняться сумме токов на всех сопротивлениях. Напряжение на всех элементах, соединенных параллельно, является одинаковым.

Все резисторы можно заменить одним эквивалентным резистором. Если воспользоваться законом Ома, можно получить выражение сопротивления. Если при последовательном соединении сопротивления складывались, то при параллельном будут складываться величины обратные им, как записано в формуле выше.

Применение

Если рассматривать соединения в бытовых условиях, то в квартире лампы освещения, люстры должны быть соединены параллельно. Если их соединить последовательно, то при включении одной лампочки мы включим все остальные. При параллельном же соединении мы можем, добавляя соответствующий выключатель в каждую из ветвей, включать соответствующую лампочку по мере желания. При этом такое включение одной лампы не влияет на остальные лампы.

Все электрические бытовые устройства в квартире соединены параллельно в сеть с напряжением 220 В, и подключены к распределительному щитку. Другими словами, параллельное соединение используется при необходимости подключения электрических устройств независимо друг от друга. Последовательное и параллельное соединение имеют свои особенности. Существуют также смешанные соединения.

Читайте так же:

Проблема светодиодных ламп с выключателями с подсветкой

Работа тока

Последовательное и параллельное соединение, рассмотренное ранее, было справедливо для величин напряжения, сопротивления и силы тока, являющихся основными. Работа тока определяется по формуле:

А = I х U х t, где А – работа тока, t – время течения по проводнику.

Для определения работы при последовательной схеме соединения, необходимо заменить в первоначальном выражении напряжение. Получаем:

А=I х (U1 + U2) х t

Раскрываем скобки и получаем, что на всей схеме работа определяется суммой на каждой нагрузке.

Точно также рассматриваем параллельную схему соединения. Только меняем уже не напряжение, а силу тока. Получается результат:

А = А1+А2

Мощность тока

При рассмотрении формулы мощности участка цепи снова необходимо пользоваться формулой:

Р=U х I

После аналогичных рассуждений выходит результат, что последовательное и параллельное соединение можно определить следующей формулой мощности:

Р=Р1 + Р2

Другими словами, при любых схемах общая мощность равна сумме всех мощностей в схеме. Этим можно объяснить, что не рекомендуется включать в квартире сразу несколько мощных электрических устройств, так как проводка может не выдержать такой мощности.

Влияние схемы соединения на новогоднюю гирлянду

После перегорания одной лампы в гирлянде можно определить вид схемы соединения. Если схема последовательная, то не будет гореть ни одной лампочки, так как сгоревшая лампочка разрывает общую цепь. Чтобы выяснить, какая именно лампочка сгорела, нужно проверять все подряд. Далее, заменить неисправную лампу, гирлянда будет функционировать.

При применении параллельной схемы соединения гирлянда будет продолжать работать, даже если одна или несколько ламп сгорели, так как цепь не разорвана полностью, а только один небольшой параллельный участок. Для восстановления такой гирлянды достаточно увидеть, какие лампы не горят, и заменить их.

Последовательное и параллельное соединение для конденсаторов

При последовательной схеме возникает такая картина: заряды от положительного полюса источника питания идут только на наружные пластины крайних конденсаторов. Конденсаторы, находящиеся между ними, передают заряд по цепи. Этим объясняется появление на всех пластинах равных зарядов с разными знаками. Исходя из этого, заряд любого конденсатора, соединенного по последовательной схеме, можно выразить такой формулой:

q_общ= q1 = q2 = q3

Для определения напряжения на любом конденсаторе, необходима формула:

U= q/С

Где С — емкость. Суммарное напряжение выражается таким же законом, который подходит для сопротивлений. Поэтому получаем формулу емкости:

С= q/(U1 + U2 + U3)

Чтобы сделать эту формулу проще, можно перевернуть дроби и заменить отношение разности потенциалов к заряду емкости. В результате получаем:

1/С= 1/С1 + 1/С2 + 1/C3

Немного иначе рассчитывается параллельное соединение конденсаторов.

Общий заряд вычисляется как сумма всех зарядов, накопившихся на пластинах всех конденсаторов. А величина напряжения также вычисляется по общим законам. В связи с этим формула суммарной емкости при параллельной схеме соединения выглядит так:

С= (q1 + q2 + q3)/U

Это значение рассчитывается как сумма каждого прибора в схеме:

С=С1 + С2 + С3

Смешанное соединение проводников

В электрической схеме участки цепи могут иметь и последовательное и параллельное соединение, переплетающихся между собой. Но все законы, рассмотренные выше для отдельных видов соединений, справедливы по-прежнему, и используются по этапам.

Сначала нужно мысленно разложить схему на отдельные части. Для лучшего представления ее рисуют на бумаге. Рассмотрим наш пример по изображенной выше схеме.

Удобнее всего ее изобразить, начиная с точек Б и В. Они расставляются на некотором расстоянии между собой и от края листа бумаги. С левой стороны к точке Б подключается один провод, а справа отходят два провода. Точка В наоборот, слева имеет две ветки, а после точки отходит один провод.

Далее нужно изобразить пространство между точками. По верхнему проводнику расположены 3 сопротивления с условными значениями 2, 3, 4. Снизу будет идти ток с индексом 5. Первые 3 сопротивления включены в схему последовательно, а пятый резистор подключен параллельно.

Читайте так же:

Ток лампы подсветки выключателя

Остальные два сопротивления (первый и шестой) подключены последовательно с рассматриваемым нами участком Б-В. Поэтому схему дополняем 2-мя прямоугольниками по сторонам от выбранных точек.

Теперь используем формулу расчета сопротивления:

Первая формула для последовательного вида соединения.
Далее, для параллельной схемы.
И окончательно для последовательной схемы.

Аналогичным образом можно разложить на отдельные схемы любую сложную схему, включая соединения не только проводников в виде сопротивлений, но и конденсаторов. Чтобы научиться владеть приемами расчета по разным видам схем, необходимо потренироваться на практике, выполнив несколько заданий.

Лабораторная работа № 3 сборка электрической цепи и измерение силы тока в её различных участках

Цель работы : 1. Овладеть приемами сборки электрической цепи, составленной из последовательно соединенных элементов. 2. убедиться на опыте, что сила тока в различных последовательно соединённых участках цепи одинакова.

Приборы и материалы: источник тока, низковольтная лампа на подставке, ключ, амперметр, соединительные провода, металлический планшет.

Тренировочные задания и вопросы

Обозначение амперметра в схеме………источника …………ключа…………лампочки…………

Начертите схемы трех электрических цепей

1. Рассмотрите источник электропитания и определите полярность его выходных гнезд.

2. Рассмотрите панель с выключателем и определите:
-гнезда для подключения проводов;

-какому положению подвижной пластины ключа соответствует его условное обозначение на схемах.

3. Рассмотрите панель с лампой и укажите на ней гнезда для подключения проводов.

4. Рассмотрите соединительный провод и определите:
-для чего задняя часть штекера имеет отверстие;

-для чего металлический стержень штекера имеет прорезь.

5. Рассмотрите амперметр и определите:

— какая из клемм прибора соединяется с положительным полюсом источника электропитания;

— какую максимальную силу тока можно им измерить

— какова цена деления его шкалы.

6. Нарисуйте в тетради схему электрической цепи, изображенной на рисунке 1. Соберите эту электрическую цепь. Сборку удобнее начинать от положительного полюса источника питания. Замкните ключ. По отклонению стрелки амперметра и свечению лампочки убедитесь в том, что собранная цепь работает.

7. Запишите показания амперметра рядом с нарисованной схемой1.

8. Нарисуйте в тетради схему электрической цепи, изображенной на рисунке 2. Соберите эту электрическую цепь. Запишите показания амперметра рядом с нарисованной схемой 2.

9. Нарисуйте в тетради схему электрической цепи, изображенной на рисунке 3. Соберите эту электрическую цепь. Запишите показания амперметра рядом с нарисованной схемой 3.

1 0. Укажите, чем отличаются схемы друг от друга. Сравните значения силы тока, полученные в трех опытах, и сделайте вывод о величине силы тока в различных участках последовательной цепи.

Лабораторная работа №4

Измерение напряжения на различных участках электрической цепи

Цель работы: измерить напряжение на участке цепи, состоящем из двух последовательно соединённых сопротивлений, и сравнить его с напряжением на конце каждого сопротивления.

Приборы и материалы : проволочные резисторы r 1 и R 2 , вольтметр, ключ, соединительные провода, металлический планшет, источник тока ( можно использовать батарейку 4,5 В)•

Тренировочные задания и вопросы

1. Электрическое напряжение — это……………………………………………………………

3. Единица электрического напряжения:…………………………………………………………..

4. 1 кВ =………В; 1 мВ =………В; 0,5 кВ =………..В; 100 мВ =………В;

5. Как называется прибор, с помощью которого измеряется напряжение.

7. Обозначение вольтметра в схеме: ……………………………….

8. Как обозначают в электрической схеме?

источник тока………………ключ………………лампочку ………………резистор …………………

1 . Соберите электрическую цепь по схеме (рис 1). Подключите вольтметр параллельно сопротивлению R 1 (рис2) . Запишите показания вольтметра: U 1 =………..

2. Подключите вольтметр параллельно сопротивлению R 2 (рис3). Запишите показания вольтметра: U 2 =………..

3 . Подключите вольтметр параллельно сопротивлению R 1 и R 2 (рис4) . Запишите показания вольтметра: U =…………..

4. Вычислите U 1 + U 2 = ……… и сравните эту величину с U . Сделайте вывод.

а) Измерьте напряжение на источнике тока при замкнутой цепи, сравните с U, сделайте вывод.

б) Измерьте напряжение на источнике тока при разомкнутой цепи, сравните с надписью на батарейке, сделайте вывод. (Это задание выполняется, если ученики работают с батарейкой)

Лабораторная работа №7

Читайте так же:

От лампочки идет 4 провода

Измерение мощности и работы тока в электрической лампе

Цель работы . : изучение метода измерения мощности и работы тока в электрической лампе с помощью амперметра, вольтметра и секундомера

Оборудование: источник электропитания, лампа, переменный резистор, амперметр, вольтметр, ключ, часы с секундной стрелкой, соединительные провода, металлический планшет.

Тренировочные задания и вопросы

Напишите формулу работы электрического тока:……………………………………

В каких единицах измеряется работа тока.

Выразите работу через единицы измерения физических величин, входящих в формулу:

Мощность электрического тока — это……………………………………………………..

Единицы измерения мощности……………………………………………..

Запишите через Дж:

1 Вт с =……….. 1 гВт -ч =……………

1 Вт • ч =………. 1 кВт • ч =…………..

Нарисуйте в тетради схему электрической цепи, изображенной на рисунке I.

С оберите электрическую цепь, проверьте правильность сборки и включите источник питания.

Замкните ключ, одновременно с этим заметьте и запишите показания часов.

С помощью амперметра и вольтметра измерьте силу тока и напряжение на лампе. Показания приборов запишите в тетрадь.

Разомкните ключ, одновременно еще раз заметьте и запишите показания часов.

Вычислите, сколько секунд горела лампа.

Вычислите мощность и работу тока в лампе.

Результаты измерений занесите в таблицу

Опыт можно повторить, изменив реостатом силу тока в цепи и время работы лампы

Лабораторные работы по физике, 8 класс

Оборудование : источник питания, лампочка на подставке, амперметр, ключ, соединительные провода.

Указания к выполнению работы

Рассмотрите амперметр. Обратите внимание на знаки «+» и «–» у его зажимов. Перечертите шкалу амперметра (без стрелки) в тетрадь. Определите цену деления прибора.
Начертите схему электрической цепи, состоящей из последовательно соединенных приборов, перечисленных в списке оборудования. Соберите эту цепь. Для этого расположите на столе все приборы в том же порядке, в каком они изображены на схеме, после чего соедините их проводами.
Измерьте силу тока в цепи. На шкале амперметра, которая была нарисована в тетради, изобразите стрелку, указывающую соответствующую силу тока. Показания амперметра запишите в тетрадь.
Измерьте силу тока на другом участке цепи. Для этого отключите источник питания, переставьте амперметр в другое место цепи и снова включите цепь. Сравните показания амперметра с предыдущим. Сделайте вывод.

Лабораторная работа 2. Измерение напряжения на различных участках цепи

Оборудование: источник питания, вольтметр, лампочка на подставке, резистор, ключ, соединительные провода.

Указания к выполнению работы

Рассмотрите вольтметр. Обратите внимание на знаки «+» и «–» у его зажимов. Определите цену деления прибора.
Соберите цепь, последовательно соединив источник питания, ключ, лампу и резистор.
Измерьте напряжение (U₁ на лампе. Для этого присоедините к зажимам вольтметра два провода, после чего наконечниками этих проводов прикоснитесь к зажимам лампы. Начертите в тетради шкалу вольтметра со стрелкой, указывающей соответствующее напряжение. Показание вольтметра запишите в тетрадь.
Измерьте напряжение U₂ на резисторе. Для этого наконечниками проводов, присоединенных к вольтметру, прикоснитесь к зажимам резистора. Снова начертите в тетради шкалу вольтметра, но с новым положением стрелки. Показание вольтметра запишите в тетрадь.
Измерьте общее напряжение U на участке цепи, состоящем из лампы и резистора.
Начертите в тетради схемы цепи, соответствующие заданиям 3, 4 и 5.
Вычислите сумму напряжений U₁ + U₂ и сравните ее с общим напряжением U, которое было измерено ранее. Сделайте вывод.

Лабораторная работа 3. Регулирование силы тока реостатом и измерение сопротивления с помощью амперметра и вольтметра

Оборудование : источник питания, реостат, резистор, амперметр, вольтметр, ключ, соединительные провода.

Указания к выполнению работы

Рассмотрите реостат. Установите, при каком положении ползунка сопротивление реостата является наибольшим и наименьшим.
Соберите цепь, соединив последовательно источник питания, амперметр, реостат, резистор и ключ. К зажимам реостата присоедините вольтметр.
Изобразите в тетради схему цепи.
Плавно перемещая ползунок, измерьте силу тока и напряжение при его трех различных положениях. Рассчитайте сопротивление реостата, соответствующее каждому из этих случаев. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

Лабораторная работа 4. Наблюдение действия магнитного поля на ток

Оборудование : штатив с муфтой и лапкой, источник питания, проволочный моток, дугообразный магнит, ключ, соединительные провода.

Читайте так же:

Схема подключения лампочки через выключатель без распределительной коробки

Указания к выполнению работы

Соберите установку, показанную на рисунке 144, б. Поднеся к проволочному мотку магнит, замкните цепь. Обратите внимание на характер магнитного взаимодействия мотка и магнита.
Поднесите к мотку магнит другим полюсом. Как изменился характер взаимодействия мотка и магнита?
Повторите опыты, расположив магнит с другой стороны мотка.
Расположите проволочный моток между полюсами магнита так, как это показано на рисунке 144, а. Замкнув цепь, наблюдайте явление. Сделайте выводы.

Лабораторная работа 5. Изучение электромагнита

Оборудование: источник питания, электромагнит, реостат, ключ, компас, соединительные провода.

Указания к выполнению работы

Соберите электрическую цепь, соединив последовательно источник питания, катушку электромагнита, реостат и ключ. Замкните цепь и с помощью компаса определите магнитные полюсы катушки.
Отодвиньте компас вдоль оси катушки на такое расстояние, на котором действие магнитного поля катушки на стрелку компаса незначительно. Вставьте в катушку железный сердечник и пронаблюдайте действие электромагнита на магнитную стрелку. Сделайте вывод.
Измените с помощью реостата силу тока в обмотке электромагнита. Как изменилось действие электромагнита на магнитную стрелку? Пронаблюдав явление, сделайте вывод.

Лабораторная работа 6. Изучение модели электродвигателя

Оборудование: источник питания, модель электродвигателя, соединительные провода.

Указания к выполнению работы

Соберите электродвигатель. Найдите в нем якорь, а также магнит, создающий магнитное поле (индуктор). Рассмотрите скользящие контакты (кольца и щетки), с помощью которых электродвигатель подключается к источнику тока.
Подключив электродвигатель к источнику тока, приведите якорь двигателя во вращение. Под действием каких сил он начинает вращаться?

Лабораторная работа 7. Измерение фокусного расстояния и оптической силы линзы

Оборудование: собирающая (двояковыпуклая) линза, экран, линейка.

Указания к выполнению работы

Расположив линзу между окном и экраном, получите на экране резкое изображение какого-либо удаленного предмета (здания за окном, дерева или, в крайнем случае, окна кабинета, или находящейся как можно дальше от вас осветительной лампы).
Измерьте расстояние от линзы до полученного изображения. Это и есть (приблизительно) фокусное расстояние F линзы. Выразите полученный результат в сантиметрах и метрах.
Рассчитайте оптическую силу D линзы. В каких единицах она измеряется?

Лабораторная работа 8. Получение изображений с помощью линзы

Оборудование: источник питания, собирающая линза, лампа с колпачком на подставке, ключ, экран, измерительная лента, соединительные провода.

Измерьте фокусное расстояние F линзы (см. лабораторную работу 7), после чего рассчитайте удвоенное фокусное расстояние 2F. Результаты измерений и вычислений запишите в тетрадь.
Соберите электрическую цепь из лампы, ключа и источника питания. Поместив линзу на середине стола, расположите лампу на таком расстоянии d от нее, которое превышало бы фокусное более чем в 2 раза (d>2F). Перемещая экран, получите на нем резкое изображение контуров прорези, имеющейся в колпачке лампы. Измерьте расстояние f от линзы до изображения.
Расположите лампу на таком расстоянии d от линзы, чтобы F < d < 2F. Снова получите на экране резкое изображение контуров прорези в колпачке лампы. Измерьте новое расстояние f от линзы до изображения.
Заполните таблицу.

Лабораторная работа 9. Нахождение центра тяжести плоской пластины

Оборудование: плоская картонная фигура произвольной формы, штатив с лапкой и муфтой, пробка, булавка (одностержневая), линейка, отвес (грузик на нити).

Указания к выполнению работы

Зажмите пробку в лапке штатива.
Проделайте по краям картонной пластины три отверстия.
Вставив булавку в одно из отверстий, подвесьте пластину к пробке, закрепленной в лапке штатива (рис. 145).
К той же булавке прикрепите отвес.
С помощью карандаша отметьте на нижнем и верхнем краях пластины точки, лежащие на линии
Сняв пластину, проведите через отмеченные точки прямую линию.
Повторите опыт, используя два других отверстия в пластине.
Получив точку пересечения трех линий, убедитесь, что она является центром тяжести данной фигуры. Для этого, расположив пластину в горизонтальной плоскости, поместите ее центр тяжести на острие заточенного карандаша.

Читайте так же:

Расчет мощности лампочки по току

Лабораторная работа 10. Определение ускорения свободного падения

Оборудование: шарик на нити, штатив с муфтой и кольцом, измерительная лента, часы.

Лабораторная работа № 4. Измерение напряжения на разных участках электрической цепи.

Соберем цепь из источника питания, резисторов и ключа, соединив все приборы последовательно. Замкнем цепь.
Измерим напряжения U1, на концах каждого резистора и напряжение U на участке цепи, состоящем из двух резисторов.
Вычислим сумму напряжений + на обоих резисторах и сравним ее с напряжением U. Сделаем вывод.
Начертим схему собранной нами цепи и покажем на ней, куда подключается вольтметр при измерении напряжения на каждом резисторе и на двух резисторах вместе.
Дополнительное здание 1
Измерим напряжение на полюсах источника питания и на зажимах лампы. Сравним эти напряжения.
Дополнительное задание 2
Поочередно соберите электрические цепи по схемам, изображенным на рис.1. Запишите показания вольтметра.
Сделайте вывод, сравнив полученные показания вольтметра.
Поочередно соберите цепи по схемам, изображенным на рис. 2. Запишите показания вольтметра.
Сделайте вывод, сравнив полученные показания вольтметра.
Ответьте на вопросы:
Одинаково ли напряжение для проводников, соединенных последовательно? Параллельно?
К
ак найти напряжение участка цепи, состоящего из последовательно соединенных проводников, зная напряжение на каждом?
р
ис. 1
Пример выполнения работы
Р
ассмотрим следующую цепь:
И
змерим напряжение на первой спирали (см. схема 1), на второй спирали (см. схема 2) и U на двух спиралях вместе (см. схема 3). Теория предсказывает следующее соотношение: U = + .
Проверим его на практике.
Самостоятельная работа с разноуровневыми заданиями
по теме «Электрическое напряжение»
Какой физической величиной пользуются для измерения напряжения?
Каким прибором измеряют напряжение? Как его включают в цепь?
Две лампы включены в электрические цепи, в которых силы тока равны, но несмотря на это одна из ламп горит менее ярко, чем другая. О чем свидетельствует этот факт? Какой вывод о напряжении на лампах можно сделать?
На одном участке цепи при перемещении по нему 100 Кл электричества была совершена такая же работа, как и при перемещении 600 Кл электричества на другом участке. На концах какого участки напряжение больше и во сколько раз?
Чему равно напряжение на участке цепи, на котором совершена работа 500 Дж при прохождении 25 Кл электричества?
Вычислите работу, которая совершается при прохождении через спираль электроплитки 15 Кл электричества, если они включена в сеть напряжением 220 В.
При переносе 240 Кл электричества из одной точки электрической цепи в другую за 16 мин совершена работа в 1200 Дж Определите напряжение и силу тока в цепи.
Какова сила тока в лампочке велосипедного фонарика, если при напряжении 4 В в ней за 1 с расходуется 0,8 Дж электроэнергии?
Домашнее задание: §41 учебника; вопросы и задания к параграфу; № 1266, 1267, 1273,
голоса
Рейтинг статьи