На прошлом уроке мы рассматривали последовательное соединение проводников. Вспомним, что это такое соединение, при котором соединяемые проводники имеют по одной общей точке.
Как мы отмечали, недостатком такого соединения является то, что в такую цепь можно подключать только тех потребителей, которые рассчитаны на одинаковую силу тока. Кроме того, если в такой цепи выключить ток в одном звене, то разрывается вся цепь. Этих недостатков лишена цепь, в которой потребители соединены параллельно. С параллельным соединением проводников вы уже встречались: так, например, присоединяют вольтметр к проводнику, напряжение на котором нужно измерить.
На рисунках изображено параллельное соединение двух резисторов и схема этого соединения. Обратите внимание на важную особенность: при параллельном соединении проводников они имеют по две общие точки. Следствием этого является то, что напряжение между этими точками есть напряжение на каждом отдельном проводнике.
Проверим это на опыте. Для чего соберём цепь, состоящую из источника тока, ключа и двух лампочек, соединённых параллельно. С помощью вольтметра будем измерять напряжение на каждой лампе и на обеих лампах одновременно.
Таким образом, действительно напряжение на каждом параллельно соединённом проводнике одинаково и равно напряжению на всём участке параллельно соединённых проводников: U 1 = U 2 = … = U.
Теперь разберёмся с силой тока. Для чего, с помощью амперметра, измерим силу тока во всей цепи и в её ветвях.
Таким образом видим, что при параллельном соединении ток, текущий по цепи, в точке А разветвляется на два тока: часть тока идёт через одну лампу, а часть через другую. В точке В токи снова сходятся. Это можно сравнить с потоком воды в реке, когда он распределяется по двум каналам, а затем вновь сливается воедино.
|
|
Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов в ветвях: I = I 1 + I 2 + ….
Эта закономерность параллельного соединения вытекает из того, что движущийся направленно в цепи электрический заряд не исчезает и не возникает из ничего. Он только делится на части.
Третья закономерность параллельного соединения определяет общее сопротивление разветвлённого участка. Учтём, что сила тока в цепи равна сумме сил токов в ветвях, а напряжение везде одинаково. Тогда, на основании закона Ома, получим, что величина, обратная сопротивлению участка параллельно соединённых проводников, равна сумме величин, обратных сопротивлению отдельных проводников:
Из записанной формулы следует, что добавление к параллельному участку новых проводников уменьшает сопротивление этого участка. Так, если вместо одного проводника взять три параллельно соединённых (свитых вместе или расположенных отдельно друг от друга), то происходит как бы увеличение площади поперечного сечения проводника, не увеличивая при этом его длины. В этом случае, у электрического тока появляется возможность двигаться более свободно и испытывать меньшее сопротивление со стороны кристаллической решётки.
Величину, обратную сопротивлению проводника, называют проводимостью проводника:
Такое название логично. Оно подчёркивает, что если проводник имеет большое сопротивление, то у проводника малая проводимость. С учётом этого третью закономерность можно сформулировать так: п роводимость разветвлённого участка цепи равна сумме проводимостей его ветвей:
|
|
G = G 1 + G 2 + ….
Теперь становится понятным ответ на вопрос: почему параллельное соединение используется чаще, чем последовательное?
Параллельное соединение позволяет подключать к источнику независимо друг от друга различные потребители, несмотря на допустимое значение силы тока в них. Именно поэтому параллельно соединены все электроприборы в наших квартирах, в автомобилях, на предприятиях и так далее. При разрыве одной ветви остальная часть цепи работает и ток не прерывается. Кроме того, все потребители и устройства могут изготавливаться в расчёте на одинаковое напряжение.
Пример решения задачи.
Задача. Найдите сопротивление изображённой на рисунке электрической цепи, если R 1 = 20 Ом и R 2 = 80 Ом соответственно, а сопротивление спирали лампы составляет 150 Ом.
