V tomto videonávodu se podíváme na hlavní rysy sériového a paralelního zapojení vodičů. Ukážeme si také, jak se počítají složité elektrické obvody.

V tuto chvíli nemůžete sledovat ani distribuovat videolekci studentům

Chcete-li získat přístup k tomuto a dalším výukovým videím sady, musíte ji přidat do svého účtu.

Získejte neuvěřitelné příležitosti

Shrnutí lekce „Sériové a paralelní připojení vodičů“

Ze zdroje proudu může být energie přenášena prostřednictvím vodičů do zařízení, která spotřebovávají energii: elektrická lampa, rádio a tak dále.

Soubor zařízení a prvků určených pro tok elektrického proudu se nazývá elektrický obvod.

Jakýkoli elektrický obvod obsahuje za prvé zdroj proudu, který vytváří potřebné napětí, a za druhé zátěž, to znamená zařízení, ve kterém je nutné vytvořit proud a použít jednu z jeho akcí. Zátěž může být ohřívač nebo žárovka (zde se využívá tepelného účinku proudu), elektromotor nebo zvonek (využívá se magnetického účinku proudu), nebo baterie (jde o projev chemického účinku proudu ). Články řetězu jsou spojovací dráty a klíč, který slouží k pohodlí a bezpečnosti práce.

Výkresy, které ukazují způsoby připojení elektrických zařízení do obvodu, se nazývají elektrická schémata.

Zařízení na schématech jsou obvykle označena symboly, z nichž některé jsou zobrazeny na obrazovce ve formě tabulky.

Elektrické obvody, kterými se v praxi zabýváme, se většinou neskládají z jednoho vodiče, ale ze soustavy různých vodičů, které lze na sebe různě spojovat.

Uvažujme jednoduchý obvod složený ze zdroje proudu, spínače a dvou vodičů. Upozorňujeme, že v prezentovaném obvodu je konec jednoho vodiče spojen se začátkem druhého, jeho konec se začátkem třetího atd. Jednoduše řečeno, vodiče mají jeden společný bod. Toto spojení vodičů se obvykle nazývá sériové připojení.

Jak již víte, ve vodičích, kterými protéká stejnosměrný proud, se elektrický náboj neakumuluje a stejný náboj po určitou dobu protéká jakýmkoliv průřezem vodiče. Proto, Proud ve všech částech sériově zapojeného obvodu je v daném okamžiku stejný:

Napětí na koncích každého vodiče bude jiné. Pojďme to ukázat. Nechat I je síla proudu v obvodu, R1 и R2 — odpor vodiče, a U1 и U2 – napětí na koncích těchto vodičů.

ČTĚTE VÍCE
Který dům bude teplejší, dřevěný nebo zděný?

Na základě Ohmova zákona můžeme napsat, že napětí na koncích vodičů jsou úměrné síle proudu v obvodu a jejich odporům:

Vydělíme-li první rovnost druhou, dostaneme to Při sériovém zapojení jsou napětí na vodičích úměrná jejich odporům:

Pouze s takovým rozložením napětí je možný stejný proud ve všech částech obvodu.

A celkové napětí na obou vodičích (resp. napětí na pólech zdroje proudu) se rovná součtu napětí na jednotlivých vodičích:

To lze snadno zkontrolovat měřením napětí na koncích obou vodičů a na dvou vodičích současně.

Rovnost, kterou jsme zapsali, také vyplývá ze skutečnosti, že napětí je veličina měřená prací vykonanou při pohybu jednotky náboje v dané části obvodu:

Práce vykonaná pro přesun náboje ve všech sériově zapojených vodičích se rovná součtu práce vykonané na jednotlivých vodičích.

Aplikováním Ohmova zákona pro celý úsek obvodu se sériovým zapojením a pro každý vodič zvlášť je snadné ukázat, že celkový odpor části obvodu je roven součtu odporů jednotlivých vodičů:

Zcela analogickým způsobem lze ukázat, že v případě п sériově zapojené vodiče celkový odpor části obvodu sestávajícího z několika vodičů zapojených do série se rovná součtu odporů jednotlivých vodičů:

Zvýšení odporu obvodu, když se k němu přidají nové vodiče, se vysvětluje zvětšením délky vodivé části. Proto je odpor obvodu větší než odpor jednoho vodiče.

V praxi se sériové zapojení více vodičů používá velmi zřídka, například u girlandy na vánoční stromeček. Faktem je, že nevýhodou takového zapojení je, že k takovému obvodu lze připojit pouze ty spotřebiče, které jsou navrženy pro stejnou proudovou sílu. Navíc, pokud v takovém obvodu dojde k vypnutí proudu v jednom článku (například jedna z žárovek v girlandě shoří), pak se celý obvod přeruší.

Obvod, ve kterém jsou spotřebiče zapojeny paralelně, tyto nevýhody nemá.

Paralelní spojení je spojení vodičů, ve kterém jsou některé jejich konce spojeny do jednoho uzlu a druhé konce do jiného uzlu.

Uzel se obvykle nazývá bod v rozvětveném obvodu, ve kterém se sbíhají více než dva vodiče.

Důsledkem toho je, že napětí na každém paralelně zapojeném vodiči je stejné a rovné napětí na celém úseku paralelně zapojených vodičů:

ČTĚTE VÍCE
Jaký materiál potrubí se obvykle používá pro stavbu kanalizačních systémů?

Při paralelním zapojení se proud rozděluje vodiči stejným způsobem jako proud vody větvený do dvou paralelních kanálů. Množství vody protékající každou sekundu nerozvětvenou částí vodního toku se rovná součtu množství vody protékající každou sekundu každým z kanálů.

Podobně je tomu s průchodem elektrických nábojů paralelně zapojenými vodiči. Zařazením ampérmetrů do obvodu před větvením a do každé větve větvení se o to můžete ujistit proud v nerozvětvené části obvodu je roven součtu proudů tekoucích v jednotlivých paralelně zapojených vodičích:

Tato zkušenost slouží pouze jako potvrzení, že v případě ustáleného proudu se elektrické náboje v místech rozvětvení nehromadí a jak se jich mnoho přiblíží, stejný počet odchází.

Označme odpor každého z rozvětvených úseků obvodu jako R1 и R2, napětí v celém obvodu U. Nyní aplikujeme na každou větev Ohmova zákona pro část obvodu:

A vyjádřeme napětí z těchto vzorců.

Protože napětí na každém paralelně připojeném vodiči je stejné, srovnejme pravé strany posledních dvou rovností:

Odtud to zjistíme proudy v jednotlivých větvích rozvětvené části obvodu jsou nepřímo úměrné jejich odporům:

Třetí princip paralelního zapojení určuje celkový odpor rozvětveného úseku. Vezměme v úvahu, že síla proudu v obvodu je rovna součtu sil proudu ve větvích a napětí je všude stejné. Pak to na základě Ohmova zákona získáme převrácená hodnota odporu části paralelně zapojených vodičů se rovná součtu převrácených hodnot odporu jednotlivých vodičů:

V tomto případě je celkový odpor rozvětvené části obvodu menší než nejmenší z odporů jeho větví.

Je snadné ukázat, že pokud nejsou do větvení zahrnuty dva, ale několik vodičů, bude tento vzor také platit:

Z této rovnosti vyplývá, že celkový odpor části obvodu sestávající z п paralelně zapojené vodiče se stejným odporem, in п krát menší než odpor jednoho z nich:

Paralelní připojení je hlavní způsob, jak zahrnout různé spotřebiče do elektrického obvodu, protože do stejného elektrického obvodu může být zahrnuta řada spotřebičů. Je však třeba mít na paměti, že spotřebiče připojené paralelně k danému obvodu musí být dimenzovány na stejné napětí odpovídající napětí v obvodu.

Většina úloh pro výpočet obvodu spočívá v určení proudů tekoucích jeho jednotlivými sekcemi na základě daného napětí a odporu jednotlivých vodičů.

ČTĚTE VÍCE
Jak zaregistrovat pozemek zdarma?

Zvažte například obvod znázorněný na obrázku.

Uveďte celkové napětí napájející obvod a odpor rezistorů obsažených v obvodu (odpor ampérmetru zanedbáváme, protože je velmi malý). Potřebujeme najít sílu proudu procházejícího každým z rezistorů.

Nejprve musíme zjistit, z kolika po sobě jdoucích sekcí se náš řetězec skládá. Je snadné vidět, že existují tři takové sekce, přičemž druhá a třetí sekce představují větve. Označme odpor tří po sobě jdoucích úseků našeho obvodu RI, RII, RIII.

Potom bude celý odpor obvodu vyjádřen jako součet odporů těchto částí:

Musí být znám celkový odpor obvodu, protože specifikované celkové napětí lze vztáhnout pouze k celkovému celkovému odporu obvodu. Pomocí Ohmova zákona zjistíme celkový proud tekoucí naším obvodem:

Je snadné vidět, že proud v prvním odporu se rovná proudu v celém obvodu:

Pro zjištění proudů v jednotlivých větvích je nutné nejprve zjistit napětí v jednotlivých úsecích po sobě jdoucích obvodů. A k tomu nám pomůže Ohmův zákon:

Nezapomínejme na to RII и RIII jsou ekvivalentní odpory rozvětvených sekcí. Tyto odpory snadno zjistíme pomocí zákona o paralelním zapojení

Když tedy známe napětí na jednotlivých větvích, najdeme proudy v jednotlivých větvích pomocí stejného Ohmova zákona (nezapomeňte, že napětí na koncích všech paralelně zapojených vodičů je stejné):