Параллельное соединение проводников. При параллельном соединении все проводники (резисторы, лампы и т.д.) подключаются к одной и той же паре точек А и В (рис
При параллельном соединении все проводники (резисторы, лампы и т.д.) подключаются к одной и той же паре точек А и В (рис. 43).
Связь между общими значениями силы тока, напряжения и сопротивления с их значениями на отдельных участках цепи при этом отличается от той, что была при последовательном соединении. Теперь соответствующие формулы имеют вид
Чтобы убедиться в справедливости этих соотношений, следует собрать цепь и с помощью амперметра и вольтметра произвести необходимые измерения.
Итак, при параллельном соединении проводников напряжение на всех участках цепи одно и то же, общая сила тока равна сумме сил токов на отдельных проводниках, а общее сопротивление двух проводников находится как отношение произведения их сопротивлений к их сумме.
Первые две из этих закономерностей справедливы для любого числа параллельно соединенных проводников, последняя - только для двух.
Если R1=R2, то
Мы видим, что общее сопротивление двух одинаковых проводников в 2 раза меньше сопротивления одного проводника. Эта закономерность допускает обобщение: если параллельно соединено n одинаковых потребителей электроэнергии (резисторов, ламп и т.д.), то их общее сопротивление в п раз меньше сопротивления каждого из них:
Отсюда следует, что с увеличением числа проводников общее сопротивление будет становиться все меньше и меньше. Это может показаться странным. На самом деле ничего удивительного в этом нет: ведь при параллельном соединении проводников происходит как бы увеличение общей площади их поперечного сечения, а с увеличением площади сечения проводника, как известно, его сопротивление уменьшается.
Отличительной особенностью параллельного соединения нескольких потребителей является то, что при выключении одного из них остальные продолжают работать. Так, например, вывернув одну лампу в цепи, изображенной на рисунке 44, мы увидим, что другая будет по-прежнему гореть. Большинство потребителей электроэнергии - электронагревательные приборы, холодильники, швейные машины, магнитофоны, телевизоры и т. д. - рассчитаны на напряжение сети 220 В. Поэтому все они должны включаться в сеть параллельно, ибо только в этом случае они окажутся под одним и тем же напряжением (220 В) и будут продолжать работать при выключении одного из них.
На рисунке 45 приведена упрощенная схема квартирной электропроводки. Провода сети, между которыми существует напряжение 220 В, обозначены буквами Ф и О. Первый из них называют фазным, второй - нулевым. Нулевой провод соединен с землей. Именно с ним соединяют все потребители. И наоборот, все выключатели соединяют с фазным проводом. Такой порядок подключения потребителей и выключателей обеспечивает наибольшую безопасность человека.
На рисунке 45 приведена упрощенная схема квартирной электропроводки. Провода сети, между которыми существует напряжение 220 В, обозначены буквами Ф и О. Первый из них называют фазным, второй - нулевым. Нулевой провод соединен с землей. Именно с ним соединяют все потребители. И наоборот, все выключатели соединяют с фазным проводом. Такой порядок подключения потребителей и выключателей обеспечивает наибольшую безопасность человека.
3.Смешанное соединение проводников
Задача №1
Участок цепи состоит из двух последовательно соединенных сопротивлений (резисторов), каждое из которых равно 1Ом. То есть резисторов два, и каждый из них имеет значение 1Ом. К этим двум резисторам параллельно подключают еще одно третье сопротивление, значение которого составляет 2Ом. Всю эту цепь подключают к источнику тока, который создает на концах данного соединения напряжение 2,4 В. И необходимо определить силу тока во всей электрической цепи. То есть ту силу тока, которая протекает не по каждой веточке отдельно, не по каждому сопротивлению, а в целом по всей электрической цепи.
Итак, для решения задачи мы запишем краткое условие, т.е. дано.
Давайте рассмотрим краткое условие и схему для решения этой задачи.
Дано: Решение:
R1=R2=1Ом Рисунок R′=R1+R2=2[Ом]
R3=2Ом R=
U=2,4В
I-? Ответ: I=2,4A
Задача 2
Итак, два сопротивления, значения которых по 2 Ома каждое, соединены параллельно, и к ним прикреплено, присоединено третье сопротивление, значение которого 1Ом. Вся эта схема подключена к источнику тока, и в схему включен амперметр. Амперметр показывает значение силы тока 0,5А. Определите значение напряжения на концах участка цепи, в которой соединены наши сопротивления.
Итак, давайте посмотрим, как все это выглядит в краткой записи
Дано: Решение:
R1=R2=2Ом Схема R′=
R3=1Ом R=R′+R3=2[Ом]
I=0,5A I=; U=I.R, U=0,5.2=1[B]
U-? Ответ: U=1B
Посмотрите, пожалуйста, в дано указано, что два сопротивления R1 и R2, каждое по 2 Ома. Третье сопротивление R3=1Ом. Сила тока в цепи 0,5А. И найти надо напряжение на концах этого участка цепи, т.е. напряжение мы должны определить между точками А и В.
Обратите внимание, что в этой схеме два соединены параллельно. К ним, к этим двум, присоединено третье сопротивление. А амперметр включен в цепь таким образом, чтобы показывать значение силы тока во всей цепи сразу. Наша схема снабжена ключом. Мы замыкаем этот ключ, смотрим на показания амперметра и теперь приступаем к решению. Обратите внимание, что сначала мы здесь определим сопротивления участка цепи, которые у нас соединены параллельно. Эти самые сопротивления мы определяем как соединения резисторов при параллельном соединении.
Теперь мы можем сказать, что схема уже будет состоять из двух сопротивлений. Эти два сопротивления уже будут называться следующим образом – это сопротивление R3 и сопротивление R′. Обратите внимание, что эти сопротивления разные, но соединены последовательно, и уже сумму этих сопротивлений мы будем определять как соединения резисторов последовательно.
Это сумма сопротивлений R=R′+R3=2[Ом]
И, используя закон Ома, мы находим напряжение U=I.R
В данном случае R – это сопротивление всей электрической цепи.
А сила тока – это то значение, которое показывает амперметр, включенный в цепь.
Итак, умножая, U=0,5.2=1[B], мы получаем значение в 1В.
Таким образом, прибор, который мы называем вольтметром, в данном случае должен будет показать значение 1В.
Домашнее задание
1. Ф.Я.Божинова, Н.М.Кирюхин, Е.А.Кирюхина. Физика, 9 класс, «Ранок», Харьков, 2009. § 13-14 (с.71-84) повторить.
2. Решить задачи:
Вариант 1
1. Начертите схему последовательного соединения 2-х резисторов 1 Ом и 2 Ом. В каком из них сила тока больше.
2. Сколько одинаковых резисторов было соединено параллельно, если каждый из них имеет сопротивление 600 Ом, а их общее сопротивление составило 50 Ом?
3. Проводники сопротивлением 15 Ом и 20 Ом соединили последовательно. Чему равно их общее сопротивление?
4. Опираясь на решение задачи № 3, определить напряжение цепи при силе тока 2 А.
5. Вычислить сопротивление цепи, если R1= R2= R3=1 Ом, R4=3 Ом.
Вариант 2
1. Начертите схему параллельного соединения 2 резисторов 1 Ом и 2 Ом. В каком из них напряжение больше.
2. Сколько одинаковых резисторов было соединено последовательно, если каждый из них имеет сопротивление 50 Ом, а их общее сопротивление составило 600 Ом?
3. Проводники сопротивлением 10 Ом и 10 Ом соединили параллельно. Чему равно их общее сопротивление?
4. Опираясь на решение задачи № 3, определить силу тука при напряжении 12 В.
5. Вычислить сопротивление цепи, если R2= R3= R4=2 Ом, R1=6 Ом
3. Ответить на вопросы (устно):
1. Какое соединение проводников называют последовательным?
2. Начертите схему цепи, изображенной на рисунке 42.
3. Какие три закономерности справедливы для последовательного соединения проводников?
4. Как находится общее сопротивление последовательно соединенных проводников в случае, когда они одинаковые? Как в этом случае распределяется между проводниками общее напряжение?
5. Какое соединение называют параллельным?
6. Начертите схему цепи, изображенной на рисунке 44.
7. Какие три закономерности справедливы для параллельного соединения проводников?
8. Как находится общее сопротивление параллельно соединенных проводников, когда они одинаковые?
9. Перечислите все элементы электрической цепи, изображенной на рисунке 45.
10. Как нужно соединить четыре резистора, сопротивления которых 0,5 Ом, 2 Ом, 3,5 Ом, 4 Ом, чтобы их общее сопротивление было 1 Ом.
4.Заполнить таблицу:
| Последовательное | Параллельное | |
| Сила тока | ||
| Напряжение | ||
| Сопротивление |
5. Разгадать кроссворд
По горизонтали:
1. Отрицательно заряженная частица, входящая в состав атома.
2. Нейтральная частица, входящая в состав атомного ядра.
3. Физическая величина, характеризующая противодействие, оказываемое проводником электрическому току.
4. Единица электрического заряда.
5. Прибор для измерения силы тока.
6. Физическая величина, равная отношению работы тока к переносимому заряду.
По вертикали:
1. Процесс сообщения телу электрического заряда.
2. Положительно заряженная частица, входящая в состав атомного ядра.
3. Единица напряжения.
4. Единица сопротивления.
5. Атом, присоединивший или потерявший электрон.
6. Направленное движение заряженных частиц.
