In fisica si studia il tema del collegamento in parallelo e in serie, e può essere non solo conduttori, ma anche condensatori. È importante qui non confondersi sull'aspetto di ciascuno di essi sul diagramma. E solo allora applica formule specifiche. A proposito, devi ricordarli a memoria.
Come distinguere tra questi due composti?
Guarda da vicino il diagramma. Se i fili sono rappresentati come una strada, le auto su di essa svolgeranno il ruolo di resistori. Su un rettilineo senza biforcazioni, le macchine percorrono una dopo l' altra, in catena. Anche la connessione in serie dei conduttori ha lo stesso aspetto. La strada in questo caso può avere un numero illimitato di svolte, ma non un solo incrocio. Non importa come la strada (cavi) si muovesse, le macchine (resistenze) saranno sempre posizionate una dopo l' altra, in una catena.
Diversa è una questione se si considera una connessione parallela. Quindi le resistenze possono essere confrontate con gli atleti alla partenza. Sonoognuno sta sulla propria pista, ma hanno la stessa direzione di movimento e il traguardo è nello stesso punto. Allo stesso modo, i resistori: ognuno di essi ha il proprio filo, ma ad un certo punto sono tutti collegati.
Formule per la forza attuale
Se ne parla sempre nell'argomento "Elettricità". Le connessioni in parallelo e in serie influiscono sulla quantità di corrente nei resistori in modi diversi. Per loro, vengono derivate formule che possono essere ricordate. Ma basta solo ricordare il significato che viene investito in loro.
Quindi, la corrente nel collegamento in serie dei conduttori è sempre la stessa. Cioè, in ciascuno di essi il valore della forza attuale non è diverso. Puoi tracciare un'analogia se confronti un filo con un tubo. In esso, l'acqua scorre sempre allo stesso modo. E tutti gli ostacoli sul suo cammino saranno spazzati via con la stessa forza. Lo stesso con la corrente. Pertanto, la formula per la corrente totale in un circuito con una connessione in serie di resistori è simile alla seguente:
I gen=I 1=I 2
Qui, la lettera I denota la forza della corrente. Questa è una notazione comune, quindi è necessario ricordarla.
La corrente in collegamento in parallelo non sarà più un valore costante. Con la stessa analogia con un tubo, si scopre che l'acqua sarà divisa in due flussi se il tubo principale ha un ramo. Lo stesso fenomeno si osserva con la corrente quando sul suo percorso appare una ramificazione di fili. La formula per l'intensità di corrente totale quando i conduttori sono collegati in parallelo:
I gen=I 1 + I 2
Se la ramificazione è composta da fili chepiù di due, quindi nella formula sopra ci saranno più termini dello stesso numero.
Formule per lo stress
Quando si considera un circuito in cui i conduttori sono collegati in serie, la tensione nell'intera sezione è determinata dalla somma di questi valori su ogni specifico resistore. Puoi confrontare questa situazione con i piatti. Sarà facile per una persona tenerne uno, potrà anche prendere il secondo vicino, ma con difficoltà. Una persona non potrà più tenere tre piatti uno accanto all' altro, sarà necessario l'aiuto di un secondo. Eccetera. Gli sforzi delle persone si sommano.
La formula per la tensione totale di una sezione di un circuito con un collegamento in serie di conduttori si presenta così:
U gen=U 1 + U 2, dove U è la designazione adottata per tensione elettrica.
Si verifica un' altra situazione se si considera un collegamento in parallelo di resistori. Quando i piatti sono impilati uno sopra l' altro, possono ancora essere tenuti da una persona. Quindi non devi aggiungere nulla. La stessa analogia si osserva quando i conduttori sono collegati in parallelo. La tensione su ciascuno di essi è la stessa e uguale a quella che è su tutti loro in una volta. La formula per la tensione totale è:
U gen=U 1=U 2
Formule per la resistenza elettrica
Non puoi più memorizzarli, ma conoscere la formula della legge di Ohm e ricavarne quella desiderata. Da questa legge deriva chela tensione è uguale al prodotto di corrente e resistenza. Cioè, U=IR, dove R è la resistenza.
Allora la formula con cui dovrai lavorare dipende da come sono collegati i conduttori:
- in serie, quindi è necessaria l'uguaglianza per la tensione - IgenRtotal=I1R1 + I2R2;
- in parallelo, è necessario utilizzare la formula per la forza attuale - Utotal / Rtotal=U 1/ R1 + U2 / R2 .
Seguito da semplici trasformazioni, che si basano sul fatto che nella prima uguaglianza tutte le correnti hanno lo stesso valore, e nella seconda - le tensioni sono uguali. Quindi possono essere accorciati. Ovvero si ottengono le seguenti espressioni:
- R gen=R 1 + R 2 (per il collegamento in serie dei conduttori).
- 1 / R gen=1 / R 1 + 1 / R 2(se collegato in parallelo).
Quando il numero di resistori collegati alla rete aumenta, il numero di termini in queste espressioni cambia.
Vale la pena notare che il collegamento in parallelo e in serie dei conduttori ha un effetto diverso sulla resistenza totale. Il primo riduce la resistenza della sezione del circuito. Inoltre, risulta essere inferiore al più piccolo dei resistori utilizzati. Quando sono collegati in serie, tutto è logico: i valori si sommano, quindi il numero totale sarà sempre il più grande.
Attuale lavoro
Le tre quantità precedenti costituiscono le leggi del collegamento in parallelo e della disposizione in serie dei conduttori in un circuito. Pertanto, è indispensabile conoscerli. A proposito di lavoro e potere, devi solo ricordare la formula di base. È scritto come segue: A \u003d IUt, dove A è il lavoro della corrente, t è il tempo del suo passaggio attraverso il conduttore.
Per determinare il lavoro totale con una connessione seriale, è necessario sostituire la tensione nell'espressione originale. Ottieni l'uguaglianza: A \u003d I(U 1 + U 2)t, aprendo le parentesi in cui risulta che il il lavoro sull'intera sezione è uguale al loro importo su ogni specifico consumatore attuale.
Il ragionamento procede in modo simile se si considera uno schema di connessione parallela. Solo la forza attuale dovrebbe essere sostituita. Ma il risultato sarà lo stesso: LA=LA 1 + LA 2.
Potenza attuale
Quando si ricava una formula per la potenza (notazione "P") di una sezione del circuito, è necessario utilizzare nuovamente una formula: P \u003d UI. Dopo tale ragionamento, risulta che le connessioni parallele e in serie sono descritto da una tale formula per la potenza: P \u003d P1 + P 2.
Ovvero, indipendentemente da come vengono elaborati gli schemi, la potenza totale sarà la somma di coloro che sono coinvolti nel lavoro. Questo spiega il fatto che è impossibile includere contemporaneamente molti dispositivi potenti nella rete dell'appartamento. Non riesce proprio a sopportare il carico.
In che modo il collegamento dei conduttori influisce sulla riparazione della ghirlanda di Capodanno?
Subito dopo che una delle lampadine si è esaurita, diventa chiaro come erano collegate. Inconnessione seriale, nessuno di essi si accende. Ciò è dovuto al fatto che una lampada diventata inutilizzabile crea un'interruzione nel circuito. Pertanto, è necessario controllare tutto per determinare quale è bruciato, sostituirlo e la ghirlanda inizierà a funzionare.
Se utilizza una connessione parallela, non smette di funzionare se una delle lampadine si guasta. Dopotutto, la catena non sarà completamente rotta, ma solo una parte parallela. Per riparare una tale ghirlanda, non è necessario controllare tutti gli elementi del circuito, ma solo quelli che non brillano.
Cosa succede a un circuito se sono inclusi dei condensatori invece dei resistori?
Quando sono collegati in serie, si osserva la seguente situazione: le cariche dei vantaggi della fonte di alimentazione arrivano solo alle piastre esterne dei condensatori estremi. Quelli in mezzo passano semplicemente quella carica lungo la catena. Questo spiega il fatto che le stesse accuse compaiono su tutte le lastre, ma con segni diversi. Pertanto, la carica elettrica di ogni condensatore collegato in serie può essere scritta come segue:
q gen =q 1=q 2.
Per determinare la tensione su ciascun condensatore, dovrai conoscere la formula: U=q / C. In essa, C è la capacità del condensatore.
La tensione totale segue la stessa legge dei resistori. Pertanto, sostituendo la tensione nella formula della capacità con la somma, otteniamo che la capacità totale dei dispositivi deve essere calcolata utilizzando la formula:
C=q / (U 1 + U2).
Puoi semplificare questa formula capovolgendo le frazioni e sostituendo il rapporto tra tensione e carica con la capacità. Risulta la seguente uguaglianza: 1 / С=1 / С 1 + 1 / С 2.
La situazione appare alquanto diversa quando i condensatori sono collegati in parallelo. Quindi la carica totale è determinata dalla somma di tutte le cariche che si accumulano sulle piastre di tutti i dispositivi. E il valore della tensione è ancora determinato secondo le leggi generali. Pertanto, la formula per la capacità totale dei condensatori collegati in parallelo è:
С=(q 1 + q 2) / U.
Ovvero, questo valore è considerato come la somma di ciascuno dei dispositivi utilizzati nella connessione:
S=S 1 + S 2.
Come determinare la resistenza totale di una connessione arbitraria di conduttori?
Ovvero, quello in cui le sezioni successive sostituiscono quelle parallele e viceversa. Per loro, tutte le leggi descritte sono ancora valide. Solo tu devi applicarli in più fasi.
In primo luogo, dovrebbe espandere mentalmente lo schema. Se è difficile immaginarlo, allora devi disegnare cosa succede. La spiegazione risulterà più chiara se la consideriamo con un esempio specifico (vedi figura).
È conveniente iniziare a disegnare dai punti B e C. Devono essere posti a una certa distanza l'uno dall' altro e dai bordi del foglio. A sinistra, un filo si avvicina al punto B e due sono già diretti a destra. Il punto B, invece, ha due rami a sinistra e un filo dopo.
Ora devi riempire lo spazio tra questipunti. Tre resistori con coefficienti di 2, 3 e 4 dovrebbero essere posizionati lungo il filo superiore e quello con un indice di 5 andrà dal basso I primi tre sono collegati in serie. Con la quinta resistenza sono in parallelo.
I restanti due resistori (il primo e il sesto) sono collegati in serie con la sezione considerata del BV. Pertanto, il disegno può essere semplicemente integrato con due rettangoli su entrambi i lati dei punti selezionati. Resta da applicare le formule per il calcolo della resistenza:
- prima quella data per la connessione seriale;
- quindi per il parallelo;
- e di nuovo per consecutive.
In questo modo puoi implementare qualsiasi schema, anche molto complesso.
Il problema della connessione seriale dei conduttori
Condizione. Due lampade e un resistore sono collegati in un circuito uno dietro l' altro. La tensione totale è 110 V e la corrente è 12 A. Qual è il valore della resistenza se ciascuna lampada ha una potenza nominale di 40 V?
Decisione. Poiché si considera una connessione in serie, si conoscono le formule per le sue leggi. Devi solo applicarli correttamente. Inizia scoprendo il valore di tensione attraverso il resistore. Per fare ciò, è necessario sottrarre due volte la tensione di una lampada dal totale. Risulta 30 V.
Ora che sono note due quantità, U e I (la seconda è data nella condizione, poiché la corrente totale è uguale alla corrente in ogni utenza in serie), possiamo calcolare la resistenza del resistore usando Legge di Ohm. Risulta essere 2,5 ohm.
Risposta. La resistenza del resistore è di 2,5 ohm.
Compitoper il collegamento di condensatori, in parallelo e in serie
Condizione. Ci sono tre condensatori con capacità di 20, 25 e 30 microfarad. Determina la loro capacità totale quando sono collegati in serie e in parallelo.
Decisione. È più facile iniziare con una connessione parallela. In questa situazione, tutti e tre i valori devono solo essere aggiunti. Pertanto, la capacità totale è 75uF.
I calcoli saranno un po' più complicati quando questi condensatori sono collegati in serie. Dopotutto, devi prima trovare il rapporto di unità con ciascuna di queste capacità, quindi aggiungerle l'una all' altra. Si scopre che l'unità divisa per la capacità totale è 37/300. Quindi il valore desiderato è di circa 8 microfarad.
Risposta. La capacità totale in collegamento in serie è 8 uF, in parallelo - 75 uF.
