3.2.7 Параллельное соединение проводников. Последовательное соединение проводников

Видеоурок 1: Последовательное соединение проводников

Лекция: Параллельное соединение проводников. Последовательное  соединение проводников

Электрические цепи даже в обыкновенной комнате имеют достаточно сложное строение. Такие цепи называются цепями со смешанным соединением. Однако, несмотря на это, физики привыкли все сложное разбивать на простые элементарные части. Поэтому любое сложное соединение можно разбить на части только с последовательным или параллельным соединением. Прежде, чем убедиться в этом на практике, необходимо знать некоторые основные правила и термины.

Структура и характеристика цепи

В электрической цепи имеется огромное количество различных приборов, а также других составных частей. Однако при рассмотрении любого участка нам необходимо знать величины основных физических величин. Через любую часть цепи проходит определенная сила тока, имеется некоторое значение напряжения, а также всегда есть сопротивление. Именно поэтому участки с сопротивлением обозначаются следующим образом, и называются резисторами:

Напряжением на данном резисторе считают изменение потенциалов на входе и выходе из резистора.  Как известно, в электрической цепи ток направлен от полюса "+" к полюсу "-", именно поэтому потенциал на входе в резистор всегда больше, чем потенциал на выходе. Вот эта разница и приводит к падению напряжения на данном участке.

При рассмотрении любой цепи в школьном курсе физики пользуются упрощенной схемой - считается, что сопротивление на проводах нулевое и напряжение на них не падает. Но мы знаем, что у каждого вещества, из которого состоит проводник, имеется сопротивление.

Последовательное соединение

Рассмотрим следующую цепь, где все резисторы соединены последовательно:

• Свойства последовательного соединения

1. На каждом участке цепи сила тока одинакова. Из-за того, что не происходит никакого разветвления, при одинаковом поперечном сечении проводников, за одинаковое время проходит одинаковое количество электронов.

 I = const

2. Напряжение во всей цепи равно сумме напряжений на каждом участке. Так как мы знаем, что напряжение - это величина, которая характеризуется работой, необходимой для перемещения заряда, то общая работа равна сумме работ на участках.

3. Для нахождения общего сопротивления, сопротивления всех участков следует сложить.

Все изложенные свойства не зависят от количества участков цепи - их может быть больше двух. В данном случае в формуле увеличится количество слагаемых напряжений и сопротивлений.

Параллельное соединение

При данном соединении начала всех резисторов соединяются в одной точке, а концы - в другой.

Рассмотрим все свойства параллельного соединения на примере двух параллельно соединенных резисторов. Обратите внимание на схему - на ней указаны две точки, которые названы буквами А и В. Эти точки называются узлами. Именно в данных узлах соединены участки цепи. Каждый участок, разъединенный узлом, называется веткой.

• Свойства параллельного соединения

1. На каждой ветке наблюдается одинаковое значение падения напряжения.

U = const

2. Как нам известно, ток желает идти по той цепи, где имеется меньшее сопротивление, поэтому по каждой ветви будет проходить различная величина силы тока, в зависимости от сопротивления. Поэтому сила тока во всей цепи равна сумме сил тока на ветвях.

3. Для нахождения сопротивления всей цепи следует воспользоваться следующей формулой:

Если из данного соотношения вывести прямую формулу для нахождения общего сопротивление, то получим:

Если рассматриваемая цепь состоит из бесконечного количества резисторов с одинаковым сопротивлением, то для нахождения общего сопротивления следует значение одного сопротивления разделить на количество резисторов в цепи:

Отсюда можно сделать вывод: при параллельном соединении общее значение сопротивления уменьшается.