Tok vodnikov vzporedno in serijsko

Skoraj vsi, ki so vpleteni v elektriko, so morali rešiti problem vzporedne in zaporedne povezave elementov vezja. Nekateri rešujejo probleme paralelne in serijske povezave vodnikov po metodi "poke", saj je veliko "ognjevarnih" vencev nepojmljivo, toda znano aksiom. Kljub temu se vsa ta in mnoga druga podobna vprašanja preprosto rešita z metodo, ki jo je na začetku XIX. Stoletja predlagal nemški fizik Georg Ohm. Zakoni, ki jih je odkril, so še vedno v veljavi, in skoraj vsi jih lahko razumejo.

Glavne električne vrednosti vezja

Da bi ugotovili, kako povezava toge ali vodnika vpliva na značilnosti vezja, je treba določiti količine, ki so značilne za poljubno električno vezje. Tukaj so glavni:

• Električna napetost je po znanstveni definiciji potencialna razlika med dvema točkama električnega tokokroga. Izmerjeno v voltih (V). Appliance vtičnica med terminalih, na primer, je enako 220 V, bo voltmeter baterija kažejo 1,5 V, in vaš pametni telefon ali tablični polnilnik izhode 5 V. Napetost je spremenljiva in konstantna, ampak v našem primeru to ni nujno.
• Električni tok je urejeno gibanje elektronov v električnem vezju. Najbližja analogija je pretok vode v cevovodu. Merjeno z amperi (A). Če vezje ni zaprto, tok ne more obstajati.
• Električna upornost. Vrednost se meri v ohmih (Ohm) in označuje sposobnost vodnika ali električnega tokokroga, da se upre prehodu električnega toka. Če nadaljujemo analogijo z vodo, bo nova gladka cev imela majhen upor, zamašen z rjo in žlindre - visoka.
• Električna energija. Ta vrednost označuje hitrost pretvorbe električne energije v katero koli drugo in se izmeri v vatih (vatov). Ogrevalni kotel z močjo 1000 W zniža vodo hitreje od sto vatov, močna svetilka sije svetlejšo itd.

Medsebojna odvisnost električnih veličin

Sedaj je treba odločiti, saj so vse zgoraj navedene vrednosti odvisne drug od drugega. Pravila odvisnosti so preprosta in jih je mogoče zmanjšati na dve osnovni formuli:

• I = U / R.
• P = I * U.

Tu je I tok v tokokrogu v amperih, U je napetost, ki se uporablja za vezje v voltih, R je odpornost vezja v ohmih, P je električna moč vezja v vatih.

Recimo, pred nami je preprosto električno vezje, sestavljeno iz napajalnika z napetostjo U in prevodnikom z uporom R (obremenitvijo).

Ker je vezje zaprto, tok teče skozi to. Kaj bo to? Izhajajoč iz zgornje formule 1, za izračun potrebujemo napetost, ki jo razvije vir energije in odpornost na obremenitev. Če na primer vzamemo spajkalnik z odpornostjo spirale 100 Ohm in ga priključimo na električno vtičnico 220 V, bo tok skozi spajkalno litino:

220/100 = 2,2 A.

Kakšna je moč tega spajkalnika?? Uporabljamo formulo 2:

2,2 * 220 = 484 vatov.

Dober dobljen spajkalnik je bil močan, najverjetneje dvoročni. Podobno je z uporabo teh dveh formul in njihovega pretvorbe mogoče poznati tok skozi moč in napetost, napetost skozi tok in upor itd. Koliko na primer porabi žarnico s 60 W v namiznem žarometu:

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

Odpornost spirale svetilk v načinu delovanja:

220 / 0,27 = 815 Ohm.

Sheme z več vodniki

Vsi obravnavani primeri so preprosti - en vir, en tovor. Toda v praksi je lahko več obremenitev in so tudi povezani na različne načine. Obstajajo trije tipi tovora:

1. Vzporedno.
2. Dosledno.
3. Mešano.

Vzporedna povezava vodnikov

Lestenec ima 3 svetilke, vsak po 60 vatov. Koliko porabi lestenec? Tako je, 180 vatov. Hitro najprej izračunamo tok skozi lestenec:

180/220 = 0,818 A.

In potem njen odpor:

220 / 0,818 = 269 ohmov.

Pred tem smo izračunali odpornost ene svetilke (815 Ω) in toka skozi (270 mA). Odpor lestve je bil trikrat nižji, in tok - trikrat višji. In zdaj je čas, da si ogledamo shemo trikotne svetilke.

Shema lestence s tremi svetilkami

Vse svetilke v njej so vzporedno priključene in priključene na omrežje. Izkazalo se je, da je skupna odpornost na obremenitev trikrat, ko so trije svetilki vzporedno priključeni? V našem primeru - da, vendar je zasebno - vse svetilke imajo enak upor in moč. Če ima vsaka od obremenitev svoj lasten upor, potem je izračunavanje skupne vrednosti preproste delitve s številom bremen majhno. Ampak tu je pot ven - dovolj je, da uporabimo to formulo:

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

Za lažjo uporabo lahko formulo enostavno pretvorimo:

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

Tukaj Robsch. - skupni upor vezja, ko je obremenitev vzporedno vklopljena. R1 ... Rn - upor vsakega bremena.

Zakaj se je tok povečal, ko ste vzporedno zamenjali tri svetilke namesto enega, je enostavno razumeti - odvisno je od napetosti (ostala je nespremenjena), deljena z uporom (zmanjšala se je). Očitno je, da se bo moč pri vzporedni povezavi povečala sorazmerno s trenutnim povečanjem.

Serijska povezava

Zdaj je čas, da ugotovimo, kako se bodo parametri vezja spremenili, če so vodniki (v našem primeru svetilke) povezani v seriji.

Sekvenčno priključena obremenitev

Izračun preprostosti s serijsko povezavo vodnikov je izjemno preprost:

Rob. = R1 + R2.

Iste tri svetilke s 60 svetilkami, ki so povezani v seriji, bodo že 2445 Ohm (glej izračune zgoraj). Kakšne so posledice povečanja odpornosti vezja? Po formulah 1 in 2 postane povsem jasno, da se bo moč in jakost toka spustil, ko bodo vodniki povezani v seriji. Toda zakaj zdaj vse svetilke tanko gorijo? To je ena izmed najbolj zanimivih lastnosti serijske povezave vodnikov, ki se zelo pogosto uporablja. Oglejmo si vence treh znanih, vendar zaporedno povezanih svetilk.

Zaporedna povezava treh svetilk v venci

Celotna napetost, ki se je nanašala na celotno vezje, je ostala 220 V. Vendar je razdeljena med vsako svetilko sorazmerno z njihovim uporom! Ker imamo svetilke enako moč in odpornost, se napetost deli enako: U1 = U2 = U3 = U / 3. To pomeni, da je vsaka svetilka sedaj dobavljena trikrat manj napetosti, zaradi česar tako sijajno svetijo. Vzemite več svetilk - njihova svetloba bo padla še več. Kako izračunati padec napetosti na vsaki svetilki, če imajo vsi različni upori? Da bi to naredili, zadostujejo štiri formule. Algoritem za izračun bo naslednji:

1. Izmerite odpornost vsake svetilke.
2. Izračunajte celoten upor vezja.
3. S skupno napetostjo in upornostjo izračunajte tok v tokokrogu.
4. S celotnim tokovnim in uporom svetlobe izračunajte padec napetosti na vsakem od njih.

Želite utrditi to znanje?? Rešite preprosto nalogo, ne da bi se obrnili nazaj na konec:

Na voljo je isti tip 15 miniaturnih žarnic ocenjeno na 13,5 Q. Lahko en narediti božični venec, ki čepi v konvencionalno električno vtičnico, in če da, kako?

Mešana spojina

Z vzporedno in serijsko povezavo vodnikov, seveda, lahko razumete. Kaj pa, če bi imeli kaj takega pred vami?

Povezava z mešanim prevodnikom

Kako določiti skupni upor vezja? Če želite to narediti, morate prekiniti shemo v več razdelkov. Zgornja zgradba je dovolj preprosta in dva dela - R1 in R2, R3. Prvič, izračuna se skupni upor vzporednih povezanih elementov R2, R3 in najdi Rs.23. Nato izračunajte skupni upor celotnega vezja, sestavljenega iz R1 in Rob.23, ki je serijsko povezan:

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

Problem je rešen, vse je zelo preprosto. In zdaj je vprašanje nekoliko bolj zapleteno.

Kompleksna mešana povezava uporov

Kako biti tukaj? Na enak način, morate samo pokazati nekaj domišljije. Rezistorji R2, R4, R5 so povezani v seriji. Izračunamo njihov skupni upor:

R.245 = R2 + R4 + R5.

Zdaj vzporedno s Rs.245 povezujemo R3:

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

No, vsekakor je vse očitno, saj so bili R1, R6 in jih našli nas Robshch.2345, povezani v seriji:

Rci = R1 + Rgt 2345 + R6.

To je vse!

Odgovor na problem božičnega drevesa

Svetilke imajo delovno napetost samo 13,5 V in vtičnico 220 V, zato jih je treba serijsko povezati.

Ker svetilk istega tipa, je napetost enakomerno razdeli med njimi, in vsaka žarnica bo 220/15 = 14,6 W. Svetilke so namenjeni za napetosti 13,5 V, zato, tako venec, čeprav deluje, vendar zelo hitro pregori. Da bi uresničili idejo, boste potrebovali najmanj 220 / 13,5 = 17, in po možnosti 18-19 žarnice.

Shema božičnega drevesa iz miniaturnih žarnic