U fizici se proučava tema paralelnog i serijskog povezivanja, a to mogu biti ne samo vodiči, 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 cesta, tada će automobili na njoj igrati ulogu otpornika. Na ravnoj cesti bez ikakvih račva, automobili voze jedan za drugim, u lancu. Serijski spoj vodiča također izgleda isto. Cesta u ovom slučaju može imati neograničen broj skretanja, ali ne i jedno raskrižje. Bez obzira na to kako je cesta (žice) vijorila, strojevi (otpornici) će uvijek biti smješteni jedan za drugim, u jednom lancu.
Sasvim je druga stvar ako se uzme u obzir paralelna veza. Tada se otpornici mogu usporediti sa sportašima u startu. Oni susvaka stoji na svojoj stazi, ali imaju isti smjer kretanja, a cilj je na istom mjestu. Slično, otpornici - svaki od njih ima svoju žicu, ali svi su spojeni u nekom trenutku.
Formule za trenutnu snagu
O tome se uvijek raspravlja u temi "Struja". Paralelne i serijske veze na različite načine utječu na količinu struje u otpornicima. Za njih se izvode formule koje se mogu zapamtiti. Ali dovoljno je samo zapamtiti značenje koje se u njih ulaže.
Dakle, struja u serijskom spoju vodiča je uvijek ista. To jest, u svakom od njih vrijednost trenutne snage nije različita. Možete povući analogiju ako usporedite 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 krugu sa serijskim spojem otpornika izgleda ovako:
I gen=ja 1=ja 2
Ovdje, slovo I označava snagu struje. Ovo je uobičajena oznaka, pa je morate zapamtiti.
Struja u paralelnoj vezi više neće biti konstantna vrijednost. Uz istu analogiju s cijevi, ispada da će voda biti podijeljena u dva toka ako glavna cijev ima granu. Isti se fenomen opaža kod struje kada se na njenom putu pojavi grananje žica. Formula za ukupnu jačinu struje kada su vodiči 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 uzme u obzir krug u kojem su vodiči spojeni u seriju, napon u cijeloj sekciji određuje se zbrojem ovih vrijednosti na svakom specifičnom otporniku. Ovu situaciju možete usporediti s pločama. Jednoj će biti lako držati jednu od njih, on će također moći uzeti drugu u blizini, ali s mukom. Jedna osoba više neće moći držati tri tanjura jedan do drugoga, bit će potrebna pomoć druge. itd. Trudi ljudi se zbrajaju.
Formula za ukupni napon dijela strujnog kruga sa serijskim spojem vodiča izgleda ovako:
U gen=U 1 + U 2, gdje je U usvojena oznaka za električni napon.
Druga situacija nastaje ako se uzme u obzir paralelno spajanje otpornika. Kada su tanjuri naslagani jedan na drugi, još uvijek ih može držati jedna osoba. Dakle, ne morate ništa dodavati. Ista analogija se opaža kada su vodiči spojeni paralelno. Napon na svakom od njih je isti i jednak onom koji je na svima njima odjednom. Formula za ukupni 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 proizlazi danapon je jednak umnošku struje i otpora. To jest, U=IR, gdje je R otpor.
Tada formula s kojom ćete morati raditi ovisi o tome kako su vodiči spojeni:
- u nizu, tako da trebate jednakost za napon - IgenRukupno=I1R1 + I2R2;
- paralelno, potrebno je koristiti formulu za trenutnu snagu - Uukupno / Rukupno=U 1/ R1 + U2 / R2 .
Slijede jednostavne transformacije, koje se temelje na činjenici da u prvoj jednakosti sve struje imaju istu vrijednost, au drugoj - naponi su jednaki. Tako da se mogu skratiti. Odnosno, dobivaju se sljedeći izrazi:
- R gen=R 1 + R 2 (za serijsko spajanje vodiča)
- 1 / R gen=1 / R 1 + 1 / R 2(kada je spojen paralelno).
Kada se poveća broj otpornika spojenih na mrežu, mijenja se broj pojmova u ovim izrazima.
Vrijedi napomenuti da paralelno i serijsko spajanje vodiča ima različit učinak na ukupni otpor. Prvi od njih smanjuje otpor dijela kruga. Štoviše, ispada da je manji od najmanjeg korištenog otpornika. Kada se spoji 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 vodiča u krugu. Stoga ih je neophodno poznavati. Što se tiče rada i moći, samo se trebate sjetiti osnovne formule. Zapisuje se na sljedeći način: A \u003d IUt, gdje je A rad struje, t je vrijeme njenog prolaska kroz vodič.
Da biste odredili ukupni rad sa serijskom vezom, trebate zamijeniti napon u izvornom izrazu. Dobivate jednakost: A \u003d I(U 1 + U 2)t, otvarajući zagrade u kojima se ispostavlja da je rad na cijeloj sekciji jednak je njihovom iznosu na svakom konkretnom trenutnom potrošaču.
Razlog se nastavlja slično ako se uzme u obzir shema paralelnog povezivanja. Trebala bi se zamijeniti samo trenutna snaga. Ali rezultat će biti isti: A=A 1 + A 2.
Trenutna snaga
Prilikom izvođenja formule za snagu (oznaka "P") odsječka kruga, ponovno morate koristiti jednu formulu: P=UI. Nakon takvog razmišljanja, ispada da su paralelne i serijske veze opisano takvom formulom za snagu: P \u003d P1 + P 2.
To jest, bez obzira na to kako su sheme sastavljene, ukupna snaga bit će zbroj onih koji su uključeni u rad. To objašnjava činjenicu da je nemoguće istovremeno uključiti mnogo moćnih uređaja u mrežu stanova. Ona jednostavno ne može podnijeti teret.
Kako spoj provodnika utječe na popravak novogodišnjeg vijenca?
Odmah nakon što jedna od žarulja pregori, postaje jasno kako su spojene. Naserijska veza, nijedan od njih neće svijetliti. To je zbog činjenice da svjetiljka koja je postala neupotrebljiva stvara prekid u krugu. Stoga morate provjeriti sve kako biste utvrdili koji je izgorio, zamijenite ga - i vijenac će početi raditi.
Ako koristi paralelnu vezu, onda ne prestaje raditi ako jedna od žarulja pokvari. Uostalom, lanac neće biti potpuno prekinut, već samo jedan paralelni dio. Da biste popravili takav vijenac, ne morate provjeravati sve elemente kruga, već samo one koji ne svijetle.
Što se događa sa 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. Stoga se električni naboj svakog kondenzatora spojenog u seriju može zapisati na sljedeći način:
q gen =q 1=q 2.
Da biste odredili napon na svakom kondenzatoru, morat ćete znati formulu: U=q / C. U njoj je C kapacitivnost kondenzatora.
Ukupni napon slijedi isti zakon kao i otpornici. Stoga, zamjenom napona u formuli kapaciteta sa zbrojem, dobivamo 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 naboja s kapacitetom. 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 zbrojem svih naboja koji se nakupljaju na pločama svih uređaja. A vrijednost napona se još uvijek određuje prema općim zakonima. Stoga je formula za ukupni kapacitet kondenzatora spojenih paralelno:
S=(q 1 + q 2) / U.
Odnosno, ova vrijednost se smatra zbrojem svakog od uređaja koji se koriste u vezi:
S=S 1 + S 2.
Kako odrediti ukupni otpor proizvoljnog spoja vodiča?
Odnosno onaj u kojem uzastopni dijelovi zamjenjuju paralelne, i obrnuto. Za njih još uvijek vrijede svi opisani zakoni. Samo ih trebate primijeniti u fazama.
Prvo, to bi trebalo mentalno proširiti shemu. Ako je to teško zamisliti, onda morate nacrtati što se događa. Objašnjenje će postati jasnije ako ga razmotrimo s konkretnim primjerom (vidi sliku).
Prikladno je početi crtati od točaka B i C. Moraju biti postavljene na određenoj udaljenosti jedna od druge i od rubova lista. S lijeve strane jedna žica se približava točki B, a dvije su već usmjerene udesno. Točka B, s druge strane, ima dvije grane s lijeve strane i jednu žicu nakon nje.
Sada trebate popuniti razmak između njihtočkice. Uz gornju žicu treba postaviti tri otpornika s koeficijentima 2, 3 i 4, a odozdo će ići onaj s indeksom 5. Prva tri su spojena u seriju. S petim otpornikom su paralelni.
Preostala dva otpornika (prvi i šesti) spojeni su u seriju s razmatranim dijelom BV. Stoga se crtež može jednostavno nadopuniti s dva pravokutnika s obje strane odabranih točaka. Ostaje primijeniti formule za izračun otpora:
- prvi dat za serijsku vezu;
- zatim za paralelno;
- i opet uzastopno.
Na ovaj način možete implementirati bilo koju, čak i vrlo složenu shemu.
Problem serijskog povezivanja vodiča
Stanje. Dvije žarulje 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. Budući da se razmatra serijska veza, poznate su formule za njezine zakonitosti. 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 svjetiljke. Ispada 30 V.
Sada kada su poznate dvije veličine, U i I (druga od njih je data u uvjetu, budući da je ukupna struja jednaka struji u svakom serijskom potrošaču), možemo izračunati otpor otpornika koristeći Ohmov zakon. Ispada da je 2,5 oma.
Odgovor. Otpor otpornika je 2,5 ohma.
Zadatakza spajanje kondenzatora, paralelnih i serijskih
Stanje. Postoje tri kondenzatora kapaciteta 20, 25 i 30 mikrofarada. Odredite njihov ukupni kapacitet kada su spojeni u seriju 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 složeniji kada se ovi kondenzatori spoje u seriju. Uostalom, prvo morate pronaći omjer jedinstva za svaki od ovih kapaciteta, a zatim ih međusobno dodati. Ispada da je jedinica podijeljena s ukupnim kapacitetom 37/300. Tada je željena vrijednost približno 8 mikrofarada.
Odgovor. Ukupni kapacitet u serijskoj vezi je 8 uF, paralelno - 75 uF.
