Prúd vodičov v paralelnom a sériovom prepojení

Takmer každý, kto sa zaoberá elektrickými zariadeniami, musel vyriešiť problém paralelného a postupného pripojenia obvodových prvkov. Niektorí riešia problémy s paralelným a sériovým zapojením vodičov metódou "poke", pretože mnohé "ohňovzdorné" vence sú nevysvetliteľnou, ale známymi axiómami. Napriek tomu sa všetky tieto a mnohé ďalšie podobné otázky jednoducho vyriešia metódou navrhnutou na začiatku XIX storočia nemeckým fyzikom Georgom Ohmom. Zákony, ktoré zistil, sú stále účinné a takmer každý ich môže pochopiť.

Hlavné elektrické hodnoty obvodu

Aby bolo zistené, ako toto alebo toto spojenie vodičov ovplyvňuje charakteristiky obvodu, je potrebné určiť množstvá, ktoré charakterizujú každý elektrický obvod. Tu sú hlavné:

• Elektrické napätie je podľa vedeckej definície potenciálnym rozdielom medzi dvoma bodmi elektrického obvodu. Merané vo voltoch (V). Zásuvka medzi terminálmi, napr. Je rovný 220 V pre voltmeter batérie ukáže 1,5 V, a váš smartfón alebo tablet nabíjačka výstupmi 5 V. Napätie je variabilný a konštantný, ale v našom prípade to nie je podstatné.
• Elektrický prúd je usporiadaný pohyb elektrónov v elektrickom obvode. Najbližšou analogiou je prietok vody v potrubí. Merané v ampéroch (A). Ak obvod nie je zatvorený, prúd nemôže existovať.
• Elektrický odpor. Hodnota sa meria v ohmoch (Ohm) a charakterizuje schopnosť vodiča alebo elektrického obvodu odolávať prechodu elektrického prúdu. Ak budeme pokračovať v analógii s vodovodnou rúrkou, potom nová hladká rúra bude mať malý odpor, upchatý hrdzou a trosky - vysoký.
• Elektrická energia. Táto hodnota charakterizuje rýchlosť premeny elektrickej energie na akúkoľvek inú hodnotu a je meraná vo wattoch (wattách). Kotol 1000 W varí vodu rýchlejšie ako sto wattov, silné žiarivo svieti, atď.

Vzájomná závislosť elektrických veličín

Teraz je potrebné rozhodnúť, pretože všetky vyššie uvedené hodnoty závisia na sebe. Pravidlá závislosti sú jednoduché a môžu sa znížiť na dve základné vzorce:

• I = U / R.
• P = I * U.

Tam, kde I - prúd v obvode v ampéroch, U - napätie privedené na obvode vo voltoch, R - odpor obvod v ohmoch, P - elektrickej energie obvodu vo wattoch.

Predpokladáme, že pred nami je jednoduchý elektrický obvod pozostávajúci z napájacieho zdroja s napätím U a vodiča s odporom R (zaťaženie).

Keď je okruh zatvorený, prúd preteká cez to. Čo to bude? Vychádzajúc z vyššie uvedeného vzorca 1, pre jeho výpočet musíme poznať napätie vyvinuté zdrojom energie a odpor voči zaťaženiu. Ak vezmeme, napríklad spájkovanie s odporom špirálové 100 ohmov a pripojiť ho k výstupnému osvetlenie napätie 220 V, prúd cez spájkovaním bude:

220/100 = 2,2 A.

Aká je sila tohto spájkovačky?? Používame vzorec 2:

2,2 * 220 = 484 wattov.

Bolo získané dobré spájkovadlo, silné, s najväčšou pravdepodobnosťou obe ruky. Podobne, ovládaním týchto dvoch vzorcov a ich konverziou je možné poznať prúd cez napájanie a napätie, napätie cez prúd a odpor, atď. Koľko napríklad spotrebuje 60-wattovú žiarovku v stolnom svetle:

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

Odpor spirály svietidla v prevádzkovom režime:

220 / 0,27 = 815 Ohm.

Schémy s viacerými vodičmi

Všetky vyššie uvedené prípady sú jednoduché - jeden zdroj, jedno zaťaženie. V praxi však môže dôjsť k viacerým zaťaženiam a sú spojené aj rôznymi spôsobmi. Existujú tri typy pripojenia záťaže:

1. Rovnobežné.
2. Konzistentné.
3. Zmiešané.

Paralelné zapojenie vodičov

Luster má 3 žiarovky, každá 60 wattov. Koľko spotrebuje luster? To je pravda, 180 wattov. Rýchlo najprv vypočítame prúd cez luster:

180/220 = 0,818 A.

A potom jej odpor:

220 / 0,818 = 269 ohmov.

Predtým sme vypočítali odpor jednej lampy (815 Ω) a prúd cez to (270 mA). Odpor lusteru bol trikrát nižší a prúd - trikrát vyšší. A teraz je čas pozrieť sa na schému trojsmernej lampy.

Schéma lustra s tromi svietidlami

Všetky svietidlá sú zapojené paralelne a pripojené k sieti. Ukazuje sa, že keď sú tri svietidlá zapojené paralelne, celkový odpor sa znížil trojnásobne? V našom prípade - áno, ale je to súkromné ​​- všetky lampy majú rovnaký odpor a silu. Ak každé z nákladu má vlastný odpor, potom vypočítať celkovú hodnotu jednoduchého rozdelenia podľa počtu záťaží je malá. Ale tu je cesta von - stačí použiť tento vzorec:

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

Pre jednoduchosť používania je možné vzorec ľahko previesť:

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

Tu Robsch. - celkový odpor obvodu pri paralelnom zapnutí záťaže. R1 ... Rn - odpor každého nákladu.

Prečo sa prúd zvýšil pri zapnutí troch paralelných žiaroviek namiesto jedného, ​​je ľahké pochopiť - závisí to od napätia (zostalo nezmenené), delené odporom (znižuje sa). Je zrejmé, že výkon pri paralelnom pripojení sa bude zvyšovať v pomere k aktuálnemu nárastu.

Sériové pripojenie

Teraz je čas zistiť, ako sa parametre obvodu zmení, ak sú vodiče (v našom prípade svietidlá) zapojené do série.

Sekvenčne pripojené zaťaženie

Výpočet odporu so sériovým zapojením vodičov je výnimočne jednoduchý:

Robsch. = R1 + R2.

Rovnaké tri svietidlá 60 svietidiel zapojené do série budú už 2445 Ohm (pozri výpočty vyššie). Aké sú dôsledky zvýšenia odporu okruhu? Podľa vzorcov 1 a 2 je úplne jasné, že výkon a prúd prúdu prúdu klesnú, keď sú vodiče zapojené do série. Ale prečo teraz všetky lampy horenie? Toto je jedna z najzaujímavejších vlastností sériového zapojenia vodičov, ktorá je veľmi široko používaná. Pozrime sa na veniec troch známych, ale postupne pripojených svietidiel.

Nasledujúce spojenie troch svietidiel v girlande

Celkové napätie aplikované na celý okruh a zostalo 220 V. Ale je rozdelený medzi každú lampu v pomere k ich odporu! Pretože svietidlá majú rovnaký výkon a odpor, napätie je rovnomerne rozdelené: U1 = U2 = U3 = U / 3. To znamená, že každá zo svietidiel je teraz napájaná trikrát nižším napätím, čo je dôvodom, prečo sa rozsvieti tak slabo. Vezmite viac žiariviek - ich jasnosť klesne ešte viac. Ako vypočítať pokles napätia na každom zo svietidiel, ak majú všetky rôzne odpory? Na to stačí štyri vzorce. Algoritmus výpočtu bude nasledovný:

1. Zmerajte odpor každého svietidla.
2. Vypočítajte celkový odpor obvodu.
3. Podľa celkového napätia a odporu vypočítajte prúd v obvode.
4. Podľa celkového odporu prúdu a svietidla vypočítajte pokles napätia na každom z nich.

Chcete tieto vedomosti konsolidovať?? Vyriešte jednoduchú úlohu bez toho, aby ste sa na konci pozreli:

K dispozícii je 15 podobných miniatúrnych žiaroviek navrhnutých pre 13,5 V. Môžem vytvoriť vianočný veniec pripojený k štandardnej zásuvke a ak je to možné, ako?

Zmiešaná zlúčenina

S paralelným a sériovým zapojením vodičov je samozrejme ľahko pochopiteľné. Ale čo keby ste mali pred sebou niečo také?

Zmiešané vodiče

Ako zistiť celkový odpor obvodu? Ak to chcete urobiť, musíte rozdeliť schému na niekoľko sekcií. Vyššie uvedená konštrukcia je dosť jednoduchá a existujú dve časti - R1 a R2, R3. Najskôr vypočítejte celkový odpor paralelne pripojených prvkov R2, R3 a nájdite Rs.23. Potom vypočítajte celkový odpor celého obvodu, ktorý pozostáva z R1 a Rob.23, zapojených do série:

• R23 = (R2 * R3) / (R2 + R3).
• R = R +

Problém je vyriešený, všetko je veľmi jednoduché. A teraz je otázka o niečo komplikovanejšia.

Komplexné zmiešané spojenie odporov

Ako tu byť? Rovnako, stačí len ukázať nejakú predstavivosť. Rezistory R2, R4, R5 sú zapojené do série. Vypočítavame ich celkový odpor:

R.245 = R2 + R4 + R5.

Teraz súbežne s Rs.245 pripojujeme R3:

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

No a ďalej všetko je zrejmé, pretože tam boli R1, R6 a našiel nás Robshch.2345, spojený v sérii:

Rc1 = R1 + Rg 2345 + R6.

To je všetko!

Odpoveď na problém vianočného stromčeka

Svietidlá majú prevádzkové napätie len 13,5 V a zásuvku 220 V, takže je potrebné ich zapojiť do série.

Vzhľadom k tomu, svetelných zdrojov rovnakého druhu, napájacie napätie je rozdelená rovnomerne medzi nimi, a každá žiarovka bude 220/15 = 14,6 W. Žiarovky sú určené pre napätie 13,5 V, teda taký veniec, keď pracuje, ale veľmi rýchlo vyhorí. Na realizáciu tejto myšlienky potrebujete najmenej 220 / 13,5 = 17 a lepšie 18-19 žiaroviek.

Schéma vianočného stromčeka z miniatúrnych žiaroviek