Proud vodičů v paralelním i sériovém zapojení

Téměř každý, kdo se zabývá elektrikou, musel vyřešit problém paralelního a sekvenčního připojení obvodových prvků. Někteří vyřešit problém paralelním a sériovým zapojením vodičů od „kopí“ pro mnohé „nehořlavého“ věncoví je nevysvětlitelné, ale obvykle axiom. Nicméně všechny tyto a mnoho dalších podobných otázek lze snadno vyřešit metodou navrženou na počátku 19. století německým fyzikem Georgem Ohmem. Zákony, které zjistil, jsou stále platné a téměř je každý může rozumět.

Hlavní elektrické hodnoty obvodu

Abychom zjistili, jak toto nebo toto spojení vodičů ovlivňuje charakteristiky obvodu, je nutné určit množství, která charakterizují jakýkoli elektrický obvod. Zde jsou hlavní:

• Elektrické napětí podle vědecké definice je potenciální rozdíl mezi dvěma body elektrického obvodu. Měřeno ve voltech (V). Zásuvka mezi terminály, např. Je roven 220 V pro voltmetr baterie ukáže 1,5 V, a váš chytrý telefon nebo tablet nabíječka výstupy 5 V. Napětí je variabilní a konstantní, ale v našem případě to není podstatné.
• Elektrický proud je uspořádaný pohyb elektronů v elektrickém obvodu. Nejbližší analogií je průtok vody v potrubí. Měří se v ampérech (A). Pokud obvod není uzavřen, proud nemůže existovat.
• Elektrický odpor. Hodnota je měřena v ohmech (Ohm) a charakterizuje schopnost vodiče nebo elektrického obvodu odolat průchodu elektrického proudu. Pokud budeme pokračovat v analogii s vodovodní trubkou, pak nová hladká trubka bude mít malý odpor, ucpaný hrdlem a strusky - vysoký.
• Elektrická energie. Tato hodnota charakterizuje rychlost přeměny elektrické energie na jinou a měří se ve wattech (wattách). Kotel s výkonem 1000 W vaří vodu rychleji než sto wattů, silná žárovka svítí jasněji atd.

Vzájemná závislost elektrických veličin

Nyní je nutné se rozhodnout, protože všechny výše uvedené hodnoty závisí na sobě. Pravidla pro závislost jsou jednoduchá a lze je zkrátit na dvě základní vzorce:

• I = U / R.
• P = I * U.

Zde je proud v obvodu v ampérech, U je napětí aplikované na obvod ve voltech, R je odpor okruhu v ohmech, P je elektrický výkon obvodu ve wattech.

Předpokládejme, že před námi je jednoduchý elektrický obvod sestávající z napájecího zdroje s napětím U a vodiče s odporem R (zatížení).

Jakmile je obvod uzavřen, protéká proudem. Co to bude? Vycházíme z výše uvedeného vzorce 1, abychom pro jeho výpočet potřebovali znát napětí vyvinuté zdrojem energie a odpor zátěže. Pokud například vezmeme páječku se spirálovým odporem 100 Ohm a připojíme ji k napájecímu zdroji 220 V, bude proud přes páječku:

220/100 = 2,2 A.

Jaká je síla tohoto páječky?? Používáme vzorec 2:

2,2 * 220 = 484 wattů.

Byla získána dobrá páječka, silná, s největší pravděpodobností obouruční. Stejně tak, ovládáním těchto dvou vzorců a jejich převodem je možné znát proud přes napájení a napětí, napětí přes proud a odpor atd. Kolik, například, spotřebuje 60-wattovou žárovku v stolní lampě:

60/220 = 0,27 A nebo 270 mA.

Odpor spirály lampy v provozním režimu:

220 / 0,27 = 815 Ohm.

Schémata s více vodiči

Všechny výše uvedené případy jsou jednoduché - jeden zdroj, jedna zátěž. V praxi však může být několik zátěží a jsou také spojeny různými způsoby. Existují tři typy připojení zátěže:

1. Paralelní.
2. Konzistentní.
3. Smíšené.

Paralelní připojení vodičů

Lustr má 3 žárovky, každá 60 wattů. Kolik spotřebuje lustr? To je pravda, 180 wattů. Rychle nejprve vypočítáme proud pomocí lustru:

180/220 = 0,818 A.

A pak její odpor:

220 / 0,818 = 269 ohmů.

Předtím jsme vypočítali odpor jedné lampy (815 Ω) a proud (270 mA). Odpor lustru byl třikrát nižší a proud - třikrát vyšší. A teď je čas podívat se na schéma tříkolové lampy.

Schéma lustru se třemi lampami

Všechny svítidla jsou zapojeny paralelně a připojeny k síti. Ukazuje se, že když jsou tři svítilny zapojeny paralelně, celkový odpor zátěže se snížil třikrát? V našem případě - ano, ale je to soukromé - všechny lampy mají stejný odpor a sílu. Pokud má každé zatížení vlastní odpor, pak vypočítat celkovou hodnotu jednoduchého rozdělení podle počtu zatížení je malá. Ale zde je cesta - stačí použít tento vzorec:

1 / Rob. = 1 / R1 + 1 / R2 + ... 1 / Rn.

Pro snadné použití lze vzorec snadno převést:

Rob. = (R1 * R2 * ... Rn) / (R1 + R2 + ... Rn).

Tady Robsch. - celkový odpor obvodu, když je zátěž zapnuto paralelně. R1 ... Rn - odpor každého zatížení.

Proč se proud zvýšil při zapnutí tří svítilen paralelně než jednoho, je snadné pochopit - záleží na napětí (zůstává nezměněno), vydělené odporem (sníženo). Je zřejmé, že výkon při paralelním připojení se zvýší v poměru ke současnému zvýšení.

Sériové připojení

Nyní je čas zjistit, jak se parametry obvodu změní, pokud jsou vodiče (v našem případě svítidla) zapojeny do série.

Sekvenčně připojené zatížení

Výpočet odporu sériovým zapojením vodičů je mimořádně jednoduchý:

Rob. = R1 + R2.

Stejné tři svítilny s 60 žárovkami zapojené do série budou již 2445 Ohm (viz výpočty výše). Jaké jsou důsledky zvýšení odolnosti okruhu? Podle vzorců 1 a 2 je zcela zřejmé, že výkon a intenzita proudu se sníží, když jsou vodiče zapojeny do série. Ale proč teď všechny lampy spálily tlumeně? Jedná se o jednu z nejzajímavějších vlastností sériového propojení vodičů, která je velmi rozšířená. Podívejme se na věnec tří známých, ale postupně připojených lamp.

Postupné spojení tří svítilen ve věnce

Celkové napětí bylo aplikováno na celý okruh a zůstalo 220 V. Ale je rozděleno mezi každou ze svítilen v poměru k jejich odporu! Vzhledem k tomu, že svítidla mají stejný výkon a odpor, napětí je rovnoměrně rozděleno: U1 = U2 = U3 = U / 3. To znamená, že každá ze svítidel je nyní napájena třikrát méně napětí, což je důvod, proč září tak slabě. Vezměte více lamp - jejich jas bude klesat ještě více. Jak vypočítat pokles napětí na každé svítidlo, pokud mají všechny různé odporové charakteristiky? K tomu je postačující čtyři vzorce. Výpočetní algoritmus bude následující:

1. Změřte odpor každé lampy.
2. Vypočítejte celkový odpor obvodu.
3. Celkovým napětím a odporem vypočítejte proud v obvodu.
4. Celkovým proudem a odolností lampy vypočítejte pokles napětí na každém z nich.

Chcete tyto znalosti konsolidovat?? Řešení jednoduchého úkolu bez zpětného pohledu:

K dispozici je stejný typ 15 miniaturních žárovek dimenzovány na 13,5 Q. Může někdo udělat vánoční věnec, který se zapojuje do konvenční elektrické zásuvky, a pokud ano, jak?

Smíšená směs

S paralelním a sériovým zapojením vodičů je samozřejmě snadno pochopitelné. Ale co kdybys měla před tebou něco takového?

Připojení smíšeného vodiče

Jak zjistit celkový odpor obvodu? Chcete-li to provést, je třeba přerušit schéma do několika sekcí. Výše uvedená konstrukce je dostatečně jednoduchá a tam budou dvě části - R1 a R2, R3. Nejprve vypočítáte celkový odpor paralelně připojených prvků R2, R3 a najděte Rs.23. Potom vypočítat celkový odpor celého obvodu, který se skládá z R1 a Rob.23, zapojených do série:

• R.23 = (R2 * R3) / (R2 + R3).
• R = R +

Problém je vyřešen, vše je velmi jednoduché. A teď je otázka poněkud komplikovanější.

Komplexní smíšené spojení odporů

Jak se stát tady? Stejně tak stačí ukázat nějakou představivost. Rezistory R2, R4, R5 jsou zapojeny do série. Vypočítáme jejich celkový odpor:

R.245 = R2 + R4 + R5.

Nyní paralelně k Rs.245 připojujeme R3:

Rp.2345 = (R3 * Rg.245) / (R3 + Rgt.245).

No a všechno je zřejmé, protože tam byly R1, R6 a našel nás Robshch.2345, zapojený do série:

Rcc = R1 + Rg 2345 + R6.

To je všechno!

Odpověď na problém vánočního stromku

Svítidla mají provozní napětí pouze 13,5 V a zásuvku 220 V, takže je třeba je zapojit do série.

Vzhledem k tomu, světelných zdrojů stejného druhu, napájecí napětí je rozdělena rovnoměrně mezi nimi, a každá žárovka bude 220/15 = 14,6 W. Žárovky jsou určeny pro napětí 13,5 V, tedy takový věnec, když pracuje, ale velice rychle vyhoří. Chcete-li realizovat tuto myšlenku, potřebujete alespoň 220 / 13,5 = 17 a lepší 18-19 žárovky.

Schéma vánočního stromečku z miniaturních žárovkových svítidel