Типы электрических соединений

Существуют три основных типа электрических соединений:

 

1. Последовательное соединение.

При этом все аппараты и приборы соединяются в единую непрерывную цепь, как лампы в ёлочной гирлянде.

Если в такой гирлянде (с последовательным соединением) перегорит хотя бы одна лампа, то погаснет вся гирлянда. В последовательной цепи сила тока на всех её участках одинакова: I₁ = I₂ = I₃ , общее сопротивление всей цепи будет равно сумме всех сопротивлений: R_общ = R₁ + R₂ + R₃ , а общее напряжение всей цепи будет равно сумме падений напряжения на каждом её участке: U_общ = U₁ + U₂ + U_3. Для расчёта последовательной цепи применяют Закон Ома для неразветвлённой цепи.

Сила тока в неразветвлённой цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению цепи:

I = , где U - напряжение, R - сопротивление

 

2. Параллельное соединение.

Для изучения свойств электрических цепей с параллельным соединением необходимо вспомнить Первый Закон Кирхгофа: если к одной точке (узлу) подвести несколько проводников и несколько вывести, то…

Сумма токов, подходящих к узлу, будет равна сумме токов, выходящих из узла: I₁+I₂+I₃ = I₄+I₅. Алгебраическая сумма токов в общей точке будет равна нулю. Этот закон можно проиллюстрировать при помощи рисунков, расположенных ниже:

В вертикальную трубу поступает вода, в тройнике она разделяется и далее течёт в обе стороны по горизонтальной трубе. Очевидно, что количество воды, протекающей по вертикальной трубе будет равно сумме колличества воды, вытекающей из тройника в обоих направлениях, причём правый и левый потоки будут распределяться в зависимости от диаметра каждой трубы.

 

Для электрических цепей это значит, что токи, выходящие из узла (то есть, в параллельных цепях), будут распределяться в зависимости от сопротивления каждой цепи, а значит, при одинаковом сопротивлении параллельных цепей токи между ними будут разделяться поровну.

 

При параллельном соединении две и более электрических цепей имеют общее начало и общий конец.

 

Каждая электрическая цепь проводит ток в большей или меньшей степени. Способность цепи проводить электрический ток называется проводимостью. Очевидно, что чем меньше сопротивление цепи, тем лучше её проводимость и наоборот. Из этого следует, что проводимость – это величина, обратная сопротивлению, то есть:

g = Единица измерения – Сименс (Сим).

 

Если мы имеем 3 параллельные цепи, то, применив 1й Закон Кирхгофа, мы получим, что проводимость общего участка будет равна сумме проводимостей каждой цепи: g_общ = g₁ + g₂ + g₃.

Учитывая, что g = , получается, что

При этом:

U₁ = U₂ = U₃ то есть, напряжение в каждой цепи одинаково и равно напряжению на клеммах всей цепи, а I_общ = I₁ + I₂ + I₃ то есть, сила тока во всей цепи равна сумме токов в каждой цепи.

 

Чтобы рассчитать общее сопротивление для двух параллельных цепей можно воспользоваться формулой: R общ = , где R1 и R2 - сопротивления параллельных цепей.

 

Пример: рассчитаем общее сопротивление двух параллельных цепей, где R₁ = 2 Ома, а R₂ = 8 Ом:

R общ = = = 1,6 Ом. Таким образом, общее сопротивление двух параллельных цепей уменьшилось.

 

Исходя из этого, можно сделать вывод, что общее сопротивление параллельных цепей всегда будет меньше меньшего из сопротивлений и, если из нескольких параллельных цепей убрать хотя бы одну, то общее сопротивление увеличится (так как уменьшится общая проводимость)!

 

3. Смешанное соединение.

Это сочетание последовательных и параллельных цепей, то есть, цепь то разветвляется, то сходится в одну. Общее сопротивление такой цепи определяется, как сумма сопротивлений всех разветвлённых и неразветвлённых участков, рассчитанных раздельно, например, для цепи, изображённой на рисунке слева:

R общ=R1+ + R4