Закономерности последовательного соединения проводников

Сопротивление или резистор

На электрических схемах все элементы имеют свои символические обозначения. Элемент, который используется в схемах для ограничения электрической мощности с помощью регулирования силы тока называется сопротивлением или резистором (англ. слово resistor — сопротивление) и изображается в виде прямоугольника (в России и Европе), либо “кусочка пилы” (в США). Величина рабочих резисторов зависит от их сопротивления, которое измеряется в омах — единицах, получивших свое название в честь немецкого естествоиспытателя Георга Симона Ома.

Рис. 1. Графическое обозначение сопротивлений и резисторов в Европе и США

Для проектирования и расчета электрических цепей применяется формула закона Ома:

R — сопротивление, Ом;

I — сила тока в амперах, А.

Напряжение и ток измеряются с помощью приборов — вольтметра и амперметра. Прибор, которым измеряют значения сопротивлений резисторов, называется омметром.

Что такое последовательное соединение

Если взять два резистора R₁ и R₂ и соединить их друг за другом, то это и будет последовательное соединение.

Рис. 2. Схема последовательного соединения двух резисторов

Резисторы соединяют между собой проводами, сопротивление которых очень мало (обычно это медные провода), и им можно пренебречь. Когда требуются более тщательные расчеты для схем повышенной точности, то необходимо учитывать вклад этих сопротивлений.

Определение общего сопротивления цепи из двух резисторов

Если подключить напряжение U к левому концу R₁ и правому концу R₂, то в этой замкнутой цепи потечет ток I, величина которого одинакова для обоих резисторов. Падение напряжений U₁ и U₂ на сопротивлениях согласно закону Ома будут равны:

Полное напряжение U равно сумме этих напряжений:

Применяя закон Ома для всей цепи, можно записать:

где R_общ — общее сопротивление всей цепи. Из формул 1, 2, 3 и 4 следует, что:

Сокращая обе части уравнения на I, получим:

Последовательное соединение большого числа резисторов

Если последовательно соединить N резисторов — R_1,R_2… R_N, то, пользуясь вышеприведенными соображениями и формулами (1) – (5), можно получить выражение для величины общего сопротивления такой цепи R_N:

Таким образом, можно сформулировать общее правило: при последовательном соединении нескольких резисторов величина общего сопротивления цепи равна сумме сопротивлений включенных резисторов.

Если последовательно соединить N одинаковых резисторов величиной R то, пользуясь последней формулой (6), получим общее сопротивление цепи:

Рис. 3. Схема последовательного соединения нескольких резисторов R_1,R_2… R_N

Смешанное соединение проводников

Обычно электрические схемы представляют собой комбинацию из отдельных участков либо с параллельно соединенными проводниками, либо с последовательно соединенными. Такое соединение называют смешанным. Для расчета сопротивлений таких схем производится разбивка цепи на простые, составные части, которые рассчитываются отдельно, а потом складываются друг с другом.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали законы последовательного соединения проводников (сопротивлений) в электрических цепях. Нами был получены формулы для расчетов сопротивления цепи, состоящей из двух и более резисторов.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.7 . Всего получено оценок: 28.

Не понравилось? — Напиши в комментариях, чего не хватает.

Содержание

Сопротивление или резистор
Что такое последовательное соединение
Определение общего сопротивления цепи из двух резисторов
Последовательное соединение большого числа резисторов
Смешанное соединение проводников
Что мы узнали?

Бонус

Тест по теме

Закон Ома для участка цепи
Закон Джоуля-Ленца
Мощность электрического тока
Электроскоп
Удельное сопротивление
Параллельное соединение проводников Последовательное соединение проводников
Зависимость силы тока от напряжения
Направление электрического тока
Электрическое напряжение
Взаимодействие заряженных тел
Электрический ток в металлах
Расчет сопротивления проводника
Нагревание проводников электрическим током
Непроводники электричества
Электрическая цепь и ее составные части
Измерение силы тока
Электрический ток и его источники
Единица измерения напряжения
Единица силы тока
Делимость электрического заряда
Электрическое сопротивление проводника
Единица измерения напряжения

показать все

По многочисленным просьбам теперь можно: сохранять все свои результаты, получать баллы и участвовать в общем рейтинге.

1. Данил Лысогорский 504
2. Parlefiano Fuello 301
3. анастасия паранина 228
4. Ксю Пашнина 143
5. Игорь Проскуренко 142
6. Антон Огурцов 125
7. Мария Корнеева 123
8. Валерий Рубцов 104
9. No-Name No-Famili 100
10. Алина Сайбель 84

1. Мария Николаевна 13,550
2. Лариса Самодурова 12,820
3. Liza 12,355
4. Кристина Волосочева 11,720
5. TorkMen 11,551
6. Ekaterina 11,386
7. Юлия Бронникова 11,260
8. Влад Лубенков 11,225
9. Лиса 11,070
10. Вячеслав 10,940

Самые активные участники недели:

1. Виктория Нойманн — подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.
2. Bulat Sadykov — подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.
3. Дарья Волкова — подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.

Три счастливчика, которые прошли хотя бы 1 тест:

1. Наталья Старостина — подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.
2. Николай З — подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.
3. Давид Мельников — подарочная карта книжного магазина на 500 рублей.

Карты электронные(код), они будут отправлены в ближайшие дни сообщением Вконтакте или электронным письмом.

Цели урока:

познакомить учащихся с последовательным и параллельным соединениями проводников;
познакомить учащихся с закономерностями, существующими в цепи с последовательным и параллельным соединениями проводников;

развивать способности учащихся анализировать, сравнивать, делать выводы.
развивать умение решать задачи.

воспитывать самореализацию у учащихся, взаимопонимание и уверенность в знаниях

Наглядные пособия и оборудование:

презентация (приложение);
мультимедийный проектор;
цепи с последовательно и параллельно соединёнными лампочками.

План урока:

Вводная часть. – Сообщение учителя.
Актуализация знаний. – Фронтальный опрос.
Последовательное и параллельное соединение проводников. – Демонстрация, беседа, презентация, объяснение нового материала, работа с таблицей.
Физкультминутка.
Закрепление изученного материала. – Работа с презентацией. Решение задач.
Подведение итогов, домашнее задание. – Сообщение учителя.

Ход урока

Актуализация знаний

Вопросы для учащихся находятся на слайдах презентации:

Что называется сопротивлением?
В чём причина сопротивления?
От каких параметров зависит сопротивление проводника?
Сформулируйте закон Ома для участка цепи.
Силу тока в цепи увеличили в два раза. Как изменилось сопротивление проводника?
Напряжение в цепи уменьшили в два раза. Как изменилось сопротивление проводника?
Длину проводника уменьшили в три раза. Как изменилось сопротивление проводника?
Проволоку согнули пополам. Как изменилось сопротивление проволоки?

Последовательное и параллельное соединения проводников:

На слайде появляется таблица, учащиеся переносят её в тетрадь.

Обсуждается последовательное соединение проводников.

Последовательное соединение – соединение, при котором конец первого проводника соединяют с началом второго, конец второго – с началом третьего и т.д.

Учитель демонстрирует опыты с цепью с последовательно соединёнными лампочками.

Учащиеся делают выводы:

сила тока в цепи при последовательном соединении проводников в любых частях цепи одинакова: I = I₁ = I₂
общее напряжение в цепи равно сумме напряжений на каждом участке: U = U₁ + U₂

Обсуждается вопрос: Чему рано общее сопротивление цепи при последовательном соединении проводников?

С помощью закономерностей и закона Ома для участка цепи выводится формула для общего сопротивления проводников: R = R₁ + R₂.

Обсуждается вопрос: Как найти сопротивление n последовательно соединённых одинаковых проводников? R = nR₁

Обсуждается параллельное соединение проводников.

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

Учитель демонстрирует опыты с цепью с параллельно соединёнными лампочками.

Учащиеся делают выводы:

cила тока в неразветвлённой цепи равна сумме токов в разветвлениях: I = I₁ + I₂
yапряжение на каждом из параллельно соединённых проводников одинаково: U = U₁ = U₂

Обсуждается вопрос: Чему рано общее сопротивление цепи при параллельном соединении проводников?

С помощью закономерностей и закона Ома для участка цепи выводится формула для общего сопротивления проводников:

1	=	1	+	1
R	=	R₁	+	R₂

R =	R₁R₂
	R₁ + R₂

Обсуждается вопрос: Как найти сопротивление n параллельно соединённых одинаковых проводников?

R =	R₁
	n

Преимущества и недостатки соединений.

Пример последовательного соединения: гирлянда.

Пример параллельного соединения: потребители в жилых помещениях.

Преимущества и недостатки соединений:

Последовательное – защита цепей от перегрузок: при увеличении силы тока выходит из строя предохранитель, и цепь автоматически отключается. При выходе из строя одного из элементов соединения отключаются и остальные.

Параллельное – при выходе из строя одного из элементов соединения, остальные действуют. При включении элемента с меньшим возможным напряжением в цепь элемент перегорит.

Учащиеся заполняют таблицу в тетради с помощью учебника и самостоятельно проверяют по слайду презентации:

Закрепление изученного материала

Решение задач на последовательное и параллельное соединения с использованием слайдов презентации .№ 1382,1386 из «Сборника задач по физике 7-9» В.И. Лукашик и др.

Домашнее задание: § 48,49, упр. 22 (1), 23 (1).

Рефлексия

Проведите стрелочки к тем утверждениям, которые соответствуют вашему состоянию в конце урока.

Течение тока в электрической цепи осуществляется по проводникам, в направлении от источника к потребителям. В большинстве подобных схем используются медные провода и электрические приемники в заданном количестве, обладающие различным сопротивлением. В зависимости выполняемых задач, в электрических цепях используется последовательное и параллельное соединение проводников. В некоторых случаях могут быть применены оба типа соединений, тогда этот вариант будет называться смешанным. Каждая схема имеет свои особенности и отличия, поэтому их нужно обязательно заранее учитывать при проектировании цепей, ремонте и обслуживании электрооборудования.

Последовательное соединение проводников

В электротехнике большое значение имеет последовательное и параллельное соединение проводников в электрической цепи. Среди них часто используется схема последовательного соединения проводников предполагающая такое же соединение потребителей. В этом случае включение в цепь выполняется друг за другом в порядке очередности. То есть, начало одного потребителя соединяется с концом другого при помощи проводов, без каких-либо ответвлений.

Свойства такой электрической цепи можно рассмотреть на примере участков цепи с двумя нагрузками. Силу тока, напряжение и сопротивление на каждом из них следует обозначить соответственно, как I1, U1, R1 и I2, U2, R2. В результате, получились соотношения, выражающие зависимость между величинами следующим образом: I = I1 = I2, U = U1 + U2, R = R1 + R2. Полученные данные подтверждаются практическим путем с помощью проведения измерений амперметром и вольтметром соответствующих участков.

Таким образом, последовательное соединение проводников отличается следующими индивидуальными особенностями:

Сила тока на всех участках цепи будет одинаковой.
Общее напряжение цепи составляет сумму напряжений на каждом участке.
Общее сопротивление включает в себя сопротивления каждого отдельного проводника.

Данные соотношения подходят для любого количества проводников, соединенных последовательно. Значение общего сопротивления всегда выше, чем сопротивление любого отдельно взятого проводника. Это связано с увеличением их общей длины при последовательном соединении, что приводит и к росту сопротивления.

Если соединить последовательно одинаковые элементы в количестве n, то получится R = n х R1, где R – общее сопротивление, R1 – сопротивление одного элемента, а n – количество элементов. Напряжение U, наоборот, делится на равные части, каждая из которых в n раз меньше общего значения. Например, если в сеть с напряжением 220 вольт последовательно включаются 10 ламп одинаковой мощности, то напряжение в любой из них составит: U1 = U/10 = 22 вольта.

Проводники, соединенные последовательно, имеют характерную отличительную особенность. Если во время работы отказал хотя-бы один из них, то течение тока прекращается во всей цепи. Наиболее ярким примером является елочная гирлянда, когда одна перегоревшая лампочка в последовательной цепи, приводит к выходу из строя всей системы. Для установления перегоревшей лампочки понадобится проверка всей гирлянды.

Параллельное соединение проводников

В электрических сетях проводники могут соединяться различными способами: последовательно, параллельно и комбинированно. Среди них параллельное соединение это такой вариант, когда проводники в начальных и конечных точках соединяются между собой. Таким образом, начала и концы нагрузок соединяются вместе, а сами нагрузки располагаются параллельно относительно друг друга. В электрической цепи могут содержаться два, три и более проводников, соединенных параллельно.

Если рассматривать последовательное и параллельное соединение, сила тока в последнем варианте может быть исследована с помощью следующей схемы. Берутся две лампы накаливания, обладающие одинаковым сопротивлением и соединенные параллельно. Для контроля к каждой лампочке подключается собственный амперметр. Кроме того, используется еще один амперметр, контролирующий общую силу тока в цепи. Проверочная схема дополняется источником питания и ключом.

После замыкания ключа нужно контролировать показания измерительных приборов. Амперметр на лампе № 1 покажет силу тока I1, а на лампе № 2 – силу тока I2. Общий амперметр показывает значение силы тока, равное сумме токов отдельно взятых, параллельно соединенных цепей: I = I1 + I2. В отличие от последовательного соединения, при перегорании одной из лампочек, другая будет нормально функционировать. Поэтому в домашних электрических сетях используется параллельное подключение приборов.

С помощью такой же схемы можно установить значение эквивалентного сопротивления. С этой целью в электрическую цепь добавляется вольтметр. Это позволяет измерить напряжение при параллельном соединении, сила тока при этом остается такой же. Здесь также имеются точки пересечения проводников, соединяющих обе лампы.

В результате измерений общее напряжение при параллельном соединении составит: U = U1 = U2. После этого можно рассчитать эквивалентное сопротивление, условно заменяющее все элементы, находящиеся в данной цепи. При параллельном соединении, в соответствии с законом Ома I = U/R, получается следующая формула: U/R = U1/R1 + U2/R2, в которой R является эквивалентным сопротивлением, R1 и R2 – сопротивления обеих лампочек, U = U1 = U2 – значение напряжения, показываемое вольтметром.

Следует учитывать и тот фактор, что токи в каждой цепи, в сумме составляют общую силу тока всей цепи. В окончательном виде формула, отражающая эквивалентное сопротивление будет выглядеть следующим образом: 1/R = 1/R1 + 1/R2. При увеличении количества элементов в таких цепях – увеличивается и число слагаемых в формуле. Различие в основных параметрах отличают друг от друга и источников тока, позволяя использовать их в различных электрических схемах.

Параллельное соединение проводников характеризуется достаточно малым значением эквивалентного сопротивления, поэтому сила тока будет сравнительно высокой. Данный фактор следует учитывать, когда в розетки включается большое количество электроприборов. В этом случае сила тока значительно возрастает, приводя к перегреву кабельных линий и последующим возгораниям.

Законы последовательного и параллельного соединения проводников

Данные законы, касающиеся обоих видов соединений проводников, частично уже были рассмотрены ранее.

Для более четкого их понимания и восприятия в практической плоскости, последовательное и параллельное соединение проводников, формулы следует рассматривать в определенной последовательности:

Последовательное соединение предполагает одинаковую силу тока в каждом проводнике: I = I1 = I2.
Закон ома параллельное и последовательное соединение проводников объясняет в каждом случае по-своему. Например, при последовательном соединении, напряжения на всех проводниках будут равны между собой: U1 = IR1, U2 = IR2. Кроме того, при последовательном соединении напряжение составляет сумму напряжений каждого проводника: U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.
Полное сопротивление цепи при последовательном соединении состоит из суммы сопротивлений всех отдельно взятых проводников, независимо от их количества.
При параллельном соединении напряжение всей цепи равно напряжению на каждом из проводников: U1 = U2 = U.
Общая сила тока, измеренная во всей цепи, равна сумме токов, протекающих по всем проводникам, соединенных параллельно между собой: I = I1 + I2.

Для того чтобы более эффективно проектировать электрические сети, нужно хорошо знать последовательное и параллельное соединение проводников и его законы, находя им наиболее рациональное практическое применение.

Смешанное соединение проводников

В электрических сетях как правило используется последовательное параллельное и смешанное соединение проводников, предназначенное для конкретных условий эксплуатации. Однако чаще всего предпочтение отдается третьему варианту, представляющему собой совокупность комбинаций, состоящих из различных типов соединений.

В таких смешанных схемах активно применяется последовательное и параллельное соединение проводников, плюсы и минусы которых обязательно учитываются при проектировании электрических сетей. Эти соединения состоят не только из отдельно взятых резисторов, но и довольно сложных участков, включающих в себя множество элементов.

Смешанное соединение рассчитывается в соответствии с известными свойствами последовательного и параллельного соединения. Метод расчета заключается в разбивке схемы на более простые составные части, которые считаются отдельно, а потом суммируются друг с другом.