U fizici se proučava tema paralelnog i serijskog povezivanja, a to mogu biti ne samo provodnici, već i kondenzatori. Ovdje je važno da se ne zbunite oko toga kako svaki od njih izgleda na dijagramu. I tek onda primijeniti određene formule. Usput, morate ih zapamtiti napamet.
Kako razlikovati ova dva spoja?
Pažljivo pogledajte dijagram. Ako su žice predstavljene kao put, onda će automobili na njemu igrati ulogu otpornika. Na pravom putu bez račvanja, automobili voze jedan za drugim, u lancu. Serijski spoj provodnika također izgleda isto. Put u ovom slučaju može imati neograničen broj skretanja, ali ne i jednu raskrsnicu. Bez obzira na to kako je put (žice) vijorio, mašine (otpornici) će uvek biti smeštene jedna za drugom, u jednom lancu.
Sasvim je druga stvar ako se uzme u obzir paralelna veza. Tada se otpornici mogu uporediti sa sportistima na startu. Oni susvaka stoji na svojoj stazi, ali imaju isti smjer kretanja, a ciljna linija je na istom mjestu. Slično, otpornici - svaki od njih ima svoju žicu, ali svi su povezani u nekom trenutku.
Formule za trenutnu snagu
O tome se uvijek raspravlja u temi "Struja". Paralelne i serijske veze utiču na količinu struje u otpornicima na različite načine. Za njih se izvode formule koje se mogu zapamtiti. Ali dovoljno je samo zapamtiti značenje koje se u njih ulaže.
Dakle, struja u serijskom povezivanju provodnika je uvijek ista. Odnosno, u svakom od njih vrijednost trenutne snage nije različita. Možete povući analogiju ako uporedite žicu s cijevi. U njemu voda uvijek teče na isti način. I sve prepreke na njegovom putu bit će zbrisane istom snagom. Isto i sa strujom. Stoga formula za ukupnu struju u kolu sa serijskim spojem otpornika izgleda ovako:
I gen=I 1=I 2
Ovdje, slovo I označava jačinu struje. Ovo je uobičajena notacija, tako da je morate zapamtiti.
Struja u paralelnoj vezi više neće biti konstantna vrijednost. Uz istu analogiju s cijevi, ispada da će se voda podijeliti na dva toka ako glavna cijev ima granu. Isti fenomen se opaža i sa strujom kada se na njenom putu pojavi grananje žica. Formula za ukupnu jačinu struje kada su provodnici spojeni paralelno:
I gen=I 1 + I 2
Ako se grananje sastoji od žica kojeviše od dva, tada će u gornjoj formuli biti više pojmova za isti broj.
Formule za stres
Kada se razmatra kolo u kojem su provodnici spojeni u seriju, napon u cijeloj sekciji je određen zbirom ovih vrijednosti na svakom specifičnom otporniku. Ovu situaciju možete uporediti sa pločama. Jednoj će biti lako da drži jednu od njih, on će moći i drugu da uzme u blizini, ali sa poteškoćama. Jedna osoba više neće moći držati tri tanjira jedan pored drugog, bit će potrebna pomoć druge. itd. Trudi ljudi se zbrajaju.
Formula za ukupan napon dijela kola sa serijskim povezivanjem provodnika izgleda ovako:
U gen=U 1 + U 2, gdje je U usvojena oznaka za električni napon.
Druga situacija nastaje ako se uzme u obzir paralelna veza otpornika. Kada su tanjiri naslagani jedan na drugi, i dalje ih može držati jedna osoba. Dakle, ne morate ništa da dodajete. Ista analogija se opaža kada su provodnici spojeni paralelno. Napon na svakom od njih je isti i jednak onom koji je na svima njima odjednom. Formula za ukupan napon je:
U gen=U 1=U 2
Formule za električni otpor
Ne možete ih više zapamtiti, ali znate formulu Ohmovog zakona i iz nje izvući željenu. Iz ovog zakona proizilazi danapon je jednak proizvodu struje i otpora. To jest, U=IR, gdje je R otpor.
Tada formula sa kojom ćete morati da radite zavisi od toga kako su provodnici povezani:
- u nizu, tako da vam je potrebna jednakost za napon - IgenRukupno=I1R1 + I2R2;
- paralelno, potrebno je koristiti formulu za jačinu struje - Uukupno / Rukupno=U 1/ R1 + U2 / R2 .
Slijede jednostavne transformacije, koje se zasnivaju na činjenici da u prvoj jednakosti sve struje imaju istu vrijednost, au drugoj - naponi su jednaki. Tako da se mogu skratiti. Odnosno, dobijaju se sledeći izrazi:
- R gen=R 1 + R 2 (za serijsko povezivanje provodnika)
- 1 / R gen=1 / R 1 + 1 / R 2(kada je spojen paralelno).
Kada se poveća broj otpornika povezanih na mrežu, broj pojmova u ovim izrazima se mijenja.
Vrijedi napomenuti da paralelna i serijska veza provodnika ima različit utjecaj na ukupni otpor. Prvi od njih smanjuje otpor dijela kruga. Štaviše, ispada da je manji od najmanjeg otpornika koji se koristi. Kada se poveže u seriju, sve je logično: vrijednosti se zbrajaju, tako da će ukupan broj uvijek biti najveći.
Posao trenutno
Prethodne tri veličine čine zakone paralelnog povezivanja i serijskog rasporeda provodnika u kolu. Stoga ih je neophodno poznavati. Što se tiče rada i snage, samo trebate zapamtiti osnovnu formulu. Piše se na sljedeći način: A \u003d IUt, gdje je A rad struje, t vrijeme njenog prolaska kroz provodnik.
Da bi se odredio ukupan rad sa serijskom vezom, potrebno je zamijeniti napon u originalnom izrazu. Dobijate jednakost: A \u003d I(U 1 + U 2)t, otvarajući zagrade u kojima se ispostavlja da je rad na cijeloj sekciji jednak im je iznos na svakom konkretnom trenutnom potrošaču.
Razlog se nastavlja slično ako se uzme u obzir šema paralelne veze. Samo trenutnu snagu treba zamijeniti. Ali rezultat će biti isti: A=A 1 + A 2.
Trenutna snaga
Prilikom izvođenja formule za snagu (oznaka "P") odsječka kola, opet morate koristiti jednu formulu: P=UI. Nakon takvog razmišljanja, ispada da su paralelne i serijske veze opisano takvom formulom za snagu: P=P1 + P 2.
To jest, bez obzira na to kako su sheme sastavljene, ukupna snaga će biti zbir onih koji su uključeni u rad. To objašnjava činjenicu da je nemoguće istovremeno uključiti više moćnih uređaja u mrežu stanova. Ona jednostavno ne može podnijeti teret.
Kako spoj provodnika utiče na popravku novogodišnjeg vijenca?
Odmah nakon što jedna od sijalica pregori, postaje jasno kako su spojene. Atserijska veza, nijedan od njih neće upaliti. To je zbog činjenice da svjetiljka koja je postala neupotrebljiva stvara prekid u strujnom krugu. Stoga morate provjeriti sve da utvrdite koji je izgorio, zamijenite ga - i vijenac će početi raditi.
Ako koristi paralelnu vezu, onda ne prestaje raditi ako jedna od sijalica pokvari. Uostalom, lanac neće biti potpuno prekinut, već samo jedan paralelni dio. Da biste popravili takav vijenac, ne morate provjeriti sve elemente kola, već samo one koji ne svijetle.
Šta se događa sa strujnim krugom ako su kondenzatori uključeni umjesto otpornika?
Kada su spojeni u seriju, uočava se sljedeća situacija: naboji iz plusa izvora napajanja dolaze samo do vanjskih ploča ekstremnih kondenzatora. Oni između jednostavno prenose taj naboj duž lanca. To objašnjava činjenicu da se isti naboji pojavljuju na svim pločama, ali s različitim predznacima. Dakle, električni naboj svakog kondenzatora spojenog u seriju može se napisati na sljedeći način:
q gen =q 1=q 2.
Da biste odredili napon na svakom kondenzatoru, moraćete da znate formulu: U=q / C. U njoj je C kapacitivnost kondenzatora.
Ukupni napon slijedi isti zakon kao i otpornici. Stoga, zamjenom napona u formuli kapacitivnosti zbirom, dobijamo da se ukupna kapacitivnost uređaja mora izračunati pomoću formule:
C=q / (U 1 + U2).
Ovu formulu možete pojednostaviti okretanjem razlomaka i zamjenom omjera napona i punjenja sa kapacitivnošću. Ispada sljedeća jednakost: 1 / S=1 / S 1 + 1 / S 2.
Situacija izgleda nešto drugačije kada su kondenzatori spojeni paralelno. Tada se ukupni naboj određuje zbirom svih naboja koji se akumuliraju na pločama svih uređaja. A vrijednost napona se i dalje određuje prema općim zakonima. Stoga je formula za ukupni kapacitet kondenzatora spojenih paralelno:
S=(q 1 + q 2) / U.
Odnosno, ova vrijednost se smatra zbirom svakog od uređaja koji se koriste u vezi:
S=S 1 + S 2.
Kako odrediti ukupan otpor proizvoljnog spoja provodnika?
To jest, onaj u kojem uzastopni dijelovi zamjenjuju paralelne, i obrnuto. Za njih još uvijek vrijede svi opisani zakoni. Samo ih trebate primijeniti u fazama.
Prvo, trebalo bi da mentalno proširi šemu. Ako je to teško zamisliti, onda morate nacrtati šta se dešava. Objašnjenje će postati jasnije ako ga razmotrimo na konkretnom primjeru (vidi sliku).
Pogodno je početi crtati od tačaka B i C. Moraju biti postavljene na određenoj udaljenosti jedna od druge i od rubova lista. S lijeve strane jedna žica se približava tački B, a dvije su već usmjerene udesno. Tačka B, s druge strane, ima dvije grane na lijevoj strani i jednu žicu nakon nje.
Sada trebate popuniti razmak između njihtačke. Uz gornju žicu treba postaviti tri otpornika sa koeficijentom 2, 3 i 4, a odozdo će ići onaj sa indeksom 5. Prva tri su povezana u seriju. Sa petim otpornikom su paralelni.
Preostala dva otpornika (prvi i šesti) su povezani u seriju sa razmatranom sekcijom BV. Stoga se crtež može jednostavno dopuniti sa dva pravokutnika sa obje strane odabranih tačaka. Ostaje primijeniti formule za izračunavanje otpora:
- prvi dat za serijsku vezu;
- onda za paralelno;
- i ponovo uzastopno.
Na ovaj način možete implementirati bilo koju, čak i vrlo složenu šemu.
Problem serijskog povezivanja provodnika
Stanje. Dvije lampe i otpornik spojeni su u strujni krug jedan iza drugog. Ukupni napon je 110 V, a struja 12 A. Kolika je vrijednost otpornika ako je svaka lampa ocijenjena na 40 V?
Odluka. Pošto se razmatra serijska veza, poznate su formule njenih zakona. Samo ih trebate pravilno primijeniti. Počnite tako što ćete saznati vrijednost napona na otporniku. Da biste to učinili, morate od ukupnog iznosa oduzeti dva puta napon jedne lampe. Ispada 30 V.
Sada kada su poznate dvije veličine, U i I (druga od njih je data u uslovu, pošto je ukupna struja jednaka struji u svakom serijskom potrošaču), možemo izračunati otpor otpornika koristeći Ohmov zakon. Ispostavilo se da je 2,5 oma.
Odgovor. Otpor otpornika je 2,5 oma.
Zadatakza spajanje kondenzatora, paralelnih i serijskih
Stanje. Postoje tri kondenzatora kapaciteta 20, 25 i 30 mikrofarada. Odredite njihov ukupni kapacitet kada su povezani serijski i paralelno.
Odluka. Lakše je započeti s paralelnom vezom. U ovoj situaciji, sve tri vrijednosti samo treba dodati. Dakle, ukupni kapacitet je 75uF.
Izračuni će biti nešto komplikovaniji kada se ovi kondenzatori spoje u seriju. Na kraju krajeva, prvo morate pronaći omjer jedinstva za svaki od ovih kapaciteta, a zatim ih dodati jedan drugom. Ispada da je jedinica podijeljena sa ukupnim kapacitetom 37/300. Tada je željena vrijednost približno 8 mikrofarada.
Odgovor. Ukupni kapacitet u serijskoj vezi je 8 uF, u paralelnom - 75 uF.
