Послідовне і паралельне з’єднання провідників

В електроланцюзі струм рухається від джерела до навантаження. У цих схемах застосовуються всілякі елементи, що мають конкретний опір. Відповідно до виконуваних завдань в електроланцюгах може практикуватися послідовне і паралельне з’єднання провідників.

Однак іноді доводиться використовувати поєднання цих видів підключення. Такий варіант названий змішаним. На етапі проєктування електроланцюгів необхідно враховувати всі їх особливості.

Послідовне з’єднання провідників

При даному типі підключення провідники монтуються один за іншим. В результаті кінець першого є початком другого і т. д. Особливість такого з’єднання полягає у відсутності розгалужень. З властивостями створеного цим способом електроланцюга можна познайомитися на прикладі схеми з двома споживачами, вимикачем і джерелом живлення.

Послідовне під’єднання провідників володіє декількома особливостями:

• сила струму при послідовному з’єднанні однакова в будь-якому споживачеві;
• загальна напруга відповідає сумі напруг на всіх навантаженнях;
• опір електроланцюга складають показники опору кожного споживача.

Цей тип підключення передбачає можливість використання будь-якого числа навантажень.

На етапі конструювання ланцюга слід пам’ятати, що показник загального опору обов’язково буде перевищувати рівень опору окремої ділянки. Цей факт пояснюється збільшенням довжини проводів. В результаті можна отримати формулу для визначення опору всього ланцюга:

R = R * n

де

• n дорівнює числу провідників.

Що стосується напруги (U), то цей показник на будь-якій ділянці електроланцюга буде менше сумарного показника в n разів. Наприклад, якщо в побутову електромережу з U = 220 В підключити 5 лампочок рівної потужності, то напруга на кожному елементі складе 44 вольта.

Також в процесі конструювання електроланцюгів важливо пам’ятати ще про одну найважливішу особливість послідовного під’єднання.

Якщо в процесі роботи виходить з ладу навіть один провідник, то струм не зможе проходити по всій схемі.

Відмінним прикладом, що ілюструє цю властивість, буде ялинкова гірлянда. Досить згоріти одній лампі, і вся конструкція перестане функціонувати. Щоб виявити елемент, що вийшов з ладу, доведеться перевірити всю гірлянду.

Паралельне з’єднання провідників

Цей тип під’єднання передбачає установку провідників в загальних початкових і кінцевих точках. В результаті навантаження монтуються паралельно, а їх кількість може бути будь-якою.

Для дослідження головних властивостей такого електроланцюга необхідно зібрати просту схему, що складається з:

• джерела живлення;
• вимикача;
• двох ламп.

До всіх навантажень також необхідно приєднати по амперметру. Ще один прилад цього типу призначений для вимірювання показника загального опору.

Якщо замкнути ключ, то вимірювальні прилади, приєднані до навантаження, покажуть значення струмового навантаження I1 і I2. На загальному амперметрі в такій ситуації можна буде побачити сумарне значення струмів на кожній з двох ділянок схеми.

Це істотно відрізняє паралельне з’єднання від послідовного. У разі якщо одне навантаження виходить з ладу, то інші продовжать свою роботу. Саме тому в побутових електромережах використовується паралельне під’єднання.

Завдяки застосуванню аналогічної схеми, з’явиться можливість визначити напругу при паралельному з’єднанні. Для цього потрібно додати в неї ще один прилад – вольтметр. Отриманий з його допомогою результат вимірювання буде загальним для будь-якої ділянки схеми. Після цього можна провести розрахунок паралельного з’єднання резисторів. Щоб вирішити таке завдання, потрібно застосувати закон Ома. Він говорить, що сила струму дорівнює відношенню напруги до опору.

Це дозволяє вивести наступну формулу:

U/R = U1/R1 + U2/R2

• У ній R і U – показники сумарного опору і напруги електроланцюга відповідно.
• U1, U2, R1 і R2 — значення напруги і опору на першому і другому споживачеві.

Оскільки електрострум однаковий для всієї схеми, то формула для визначення опору при паралельному з’єднанні набуде вигляду:

1/R = 1/R1 + 1/R2

Це говорить про те, що при цьому виді приєднання споживачів опір має невисоке значення. Отже, струмове навантаження струму істотно збільшиться.

Даний факт необхідно враховувати при підключенні до домашньої електричної мережі великого числа електроприладів. У такій ситуації можливий перегрів проводів.

Основні закони

Проєктування електричних ланцюгів передбачає наявність хороших знань основних закономірностей послідовного і паралельного підключення навантаження. Це стосується не тільки закону Ома, а й постулатів Кірхгофа. Ці фізики зробили великий внесок у розвиток електротехніки.

Для простого сприйняття основних законів всі формули варто розглядати в наступній послідовності:

• при послідовному з’єднанні через кожну ділянку ланцюга протікає струм однакової сили;
• загальний опір схеми при послідовному підключенні дорівнює сумі опору всіх провідників;
• напруга в електромережі при паралельному з’єднанні однакова для кожної ділянки.

Відповідно до першого закону Кірхгофа, алгебраїчна сума струмів у вузлі завжди дорівнює нулю.

Завдяки цьому, можна отримати формулу для знаходження еквівалентного опору ланцюга, якщо відомий опір кожного навантаження. Вона має наступний вигляд:

R₀=R1*R2/R1+R2

Для послідовного з’єднання навантажень застосуємо другий закон Кірхгофа. Згідно з ним, сума ЕРС в замкнутому електричному контурі дорівнює сумі падінь напруг на кожному навантаженні. В результаті загальний опір можна визначити за допомогою наступної формули:

R₀ = R1 + R2

Також можна розрахувати і індуктивність при різних видах з’єднання котушок. У випадку з послідовним все досить просто, досить використовувати наступну формулу:

L₀ = L1 + L2

По суті, замість двох елементів можна встановити один з відповідним показником індуктивності.

При паралельному приєднанні котушок ситуація ускладнюється, оскільки можливі три варіанти розрахунку:

• магнітні поля котушок не перетинаються: L₀ = L1 * L2/L1 + L2;
• котушки приєднані в одному напрямку і їх поля перетинаються: L₀ = L1 * L2-М2/L1 + L2 – 2 М;
• перетин полів спостерігається при зустрічному приєднанні: Lo = L1 * L2-М2/L1 + L2 + 2 м.

Сьогодні часто для розрахунку цих та інших показників, наприклад, ємності конденсатора, можна використовувати онлайн-калькулятор.

Особливості застосування

Кожен з методів підключення навантаження знайшов своє застосування в побуті і промисловості. Паралельний спосіб доцільно використовувати в ситуації, коли електроприлад потрібно цілеспрямовано відключати. Прикладом тут може стати електричний дзвінок, з’єднаний послідовно з джерелом живлення і кнопкою. Відповідно до цього ж принципу працює і ручний ліхтарик, що складається зі світлодіода, ключа і батарейки.

Однак послідовне включення приладів не завжди дозволяє вирішити поставлені завдання. У кожній квартирі присутня велика кількість освітлювальних приладів. Якщо всі їх з’єднати послідовно, то вони будуть включатися і відключатися одночасно, що потрібно вкрай рідко. Саме люстри заведено підключати паралельно.

В результаті у споживача з’явиться можливість активувати потрібну наразі кількість ламп. Завдяки цьому, досягається необхідна освітленість приміщення і економиться електрична енергія.

У побуті найчастіше використовується змішане підключення навантажень. Цей вид приєднання провідників є поєднанням паралельного і послідовного з’єднання.

При цьому на стадії проєктування електромережі вкрай важливо враховувати всі переваги і недоліки кожного типу приєднання. Для визначення необхідних показників загальний ланцюг слід розділити на прості ділянки, а отримані результати потім підсумовуються.