Параллельное соединение источников эдс: The page cannot be found

Содержание

Параллельное и последовательное соединение источников напряжения (ЭДС)

Составитель: Н.Н. Муравлева

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЬНОГО ДИОДА. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ P-N ПЕРЕХОДА. Методические указания к самостоятельной виртуальной практической работе по дисциплине «Электротехника и электроника» для студентов всех

Подробнее

ВОДОСНАБЖЕНИЕ И ВОДООТВЕДЕНИЕ

Федеральное агентство по образованию Томский государственный архитектурно-строительный университет Институт заочного и дистанционного обучения Водоснабжение и водоотведение: исходные данные к выполнению

Подробнее

Составители М.

В. Бадина Н.Г. Иванникова

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Томский государственный архитектурно-строительный

Подробнее

Расчет производительности конвейеров

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Томский государственный архитектурно-строительный

Подробнее

Моделирование в Electronics Workbench (Multisim)

Институт электронного обучения НИ ТПУ Моделирование в Electronics Workbench (Multisim) Дисциплина «Программные средства профессиональной деятельности» Лектор: К.т.н., доцент Инженерной Школы Энергетики

Подробнее

РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный архитектурно-строительный университет»

Подробнее

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Министерство образования и науки Российской федерации Федеральное агентство по образованию Саратовский государственный технический университет ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Методические указания к

Подробнее

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ ФОРМУЛЫ

На рисунке показана цепь постоянного тока.

Внутренним сопротивлением источника тока можно пренебречь. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать (

Подробнее

Электротехника и электроника

Котов В.Л., Бурков В.М., Фролов А.Н., Донцов М.Г., Шмуклер М.В. Электротехника и электроника Сборник задач по электротехнике E R 5 R с R a Пр1 А R 4 Пр2 R в Пр3 В С u i i L i C X к Х С Иваново 2007 Министерство

Подробнее

КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Министерство образования и науки Российской Федерации Саратовский государственный технический университет КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ Методические указания к лабораторной работе по спецкурсу «Проектирование

Подробнее

ИЗУЧЕНИЕ ОДНОФАЗНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ

Министерство образования и науки Российской Федерации Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина ИЗУЧЕНИЕ ОДНОФАЗНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ Методические указания по выполнению

Подробнее

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ по курсу физики

Ю. В. Тихомиров ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ по курсу физики С ЭЛЕМЕНТАМИ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ. ОПТИКА для студентов всех специальностей всех форм обучения МОСКВА — 2012 ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Подробнее

Составитель Ю.М. Чарыков

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Томский государственный архитектурно-строительный

Подробнее

Соединения конденсаторов

И. В. Яковлев Материалы по физике MathUs.ru Содержание Соединения конденсаторов 1 Всероссийская олимпиада школьников по физике. ……………… 3 2 Московская физическая олимпиада………………………

Подробнее

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА ЗДАНИЯ

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Томский государственный архитектурно-строительный

Подробнее

АМПЛИТУДНЫЕ ДИОДНЫЕ ОГРАНИЧИТЕЛИ

Федеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения Кафедра «Электроника» 1 М. А. Оськина АМПЛИТУДНЫЕ ДИОДНЫЕ ОГРАНИЧИТЕЛИ Екатеринбург 2009 Федеральное

Подробнее

Эдс параллельно соединенных источников. Последовательное и параллельное соединения источников тока

1 Найти разность потенциалов между точками а и b в схеме, изображенной на рис. 118. Э. д. с. источников тока e1= 1 В и e2 =1,3 В, сопротивления резисторов R1 = 10 Ом и R2 = 5 Ом.

Поскольку e2>e1 то ток I будет идти в направлении, указанном на рис. 118, при этом разность потенциалов между точками а и b

2 Два элемента с э. д. с. e1 = 1,5 B и e2 = 2 В и внутренними сопротивлениями r1=0,6 Ом и r2 = 0,4 Ом соединены по схеме, изображенной на рис. 119. Какую разность потенциалов между точками а и b покажет вольтметр, если сопротивление вольтметра велико по сравнению с внутренними сопротивлениями элементов?

Поскольку e2>e1, то ток I будет идти в направлении, указанном на рис. 119. Током через вольтметр пренебрегаем ввиду

того, что его сопротивление велико по сравнению с внутренними сопротивлениями элементов. Падение напряжения на внутренних сопротивлениях элементов должно равняться разности э. д. с. элементов, так как они включены навстречу друг другу:

Разность потенциалов между точками а и b (показание вольтметра)

Последовательное и параллельное соединения источников тока.

Правило Кирхгофа

3 Два элемента с э. д. с. e1=1.4B и e2 = 1,1 В и внутренними сопротивлениями r =0,3 Ом и r2 = 0,2 Ом замкнуты разноименными полюсами (рис. 120). Найти напряжение на зажимах элементов. При каких условиях разность потенциалов между точками а и b равна нулю?

4 Два источника тока с одинаковыми э. д. с. e= 2 В и внутренними сопротивлениями r1 =0,4 Ом и r2 = 0,2 Ом соединены последовательно. При каком внешнем сопротивлении цепи R напряжение на зажимах одного из источников будет равным нулю?

Ток в цепи

Решая первые два уравнения при условии V1=0, получим

Условие V2=0 неосуществимо, так как совместное решение первого и третьего уравнений приводит к значению R

5 Найти внутреннее сопротивление r1 первого элемента в схеме, изображенной на рис. 121, если напряжение на его зажимах равно нулю. Сопротивления резисторов R1 = ЗОм, R2 = 6 0м, внутреннее сопротивление второго элемента r2 = 0,4 Ом, э. д. с. элементов одинаковы.

Ток в общей цепи

По условию задачи напряжение на зажимах первого элемента

6 При каком соотношении между сопротивлениями резисторов R1, R2, R3 и внутренними сопротивлениями элементов r1, r2 (рис. 122) напряжение на зажимах одного из элементов будет равно нулю? Э. д. с. элементов одинаковы.

7 Два генератора с одинаковыми э. д. с. e = 6 В и внутренними сопротивлениями r1 =0,5 Ом и r2 = 0,38 Ом включены по схеме, изображенной на рис. 123. Сопротивления резисторов R1 = 2 Ом, R2 = 4 Ом, R3 = 7 Ом. Найти напряжения V1 и V2 на зажимах генераторов.

Ток в общей цепи

где внешнее сопротивление цепи

Напряжения на зажимах первого и второго генератора

напряжение на зажимах второго генератора

8 Три элемента с э. д. с. e1 = 2,2 В, e2 = 1,1 В и e3 = 0,9 В и внутренними сопротивлениями r1 = 0,2 Ом, r2 = 0,4 Ом и rз = 0,5 Ом включены в цепь последовательно. Внешнее сопротивление цепи R=1 Ом. Найти напряжение на зажимах каждого элемента.

По закону Ома для полной цепи ток

Напряжение на зажимах каждого элемента равно разности э. д. с. и падения напряжения на внутреннем сопротивлении элемента:


Напряжение на зажимах батареи элементов равно падению напряжения на внешнем сопротивлении цепи:

Напряжение на зажимах третьего элемента оказалось отрицательным, так как ток определяется всеми сопротивлениями цепи и суммарной э.

д.с, а падение напряжения на внутреннем сопротивлении r3 больше, чем э.д.с. e3.

9 Батарея из четырех последовательно включенных в цепь элементов с э. д. с. e= 1,25 В и внутренним сопротивлением r = 0,1 Ом питает два параллельно соединенных проводника с сопротивлениями R1 = 50 Ом и R2 = 200 Ом. Найти напряжение на зажимах батареи.

10 Сколько одинаковых аккумуляторов с э. д. с. e=1,25B и внутренним сопротивлением r = 0,004 Ом нужно взять, чтобы составить батарею, которая давала бы на зажимах напряжение V=115 В при токе I=25 А?

Напряжение на зажимах батареи

Следовательно,

11 Батарея из n= 40 последовательно включенных в цепь аккумуляторов с э. д. с. e = 2,5 В и внутренним сопротивлением r = 0,2 Ом заряжается от сети с напряжением V=121 В. Найти зарядный ток, если последовательно в цепь введен проводник с сопротивлением R = 2 Ом.

12 Два элемента с э. д. с. e1 = 1,25 В и e2 = 1,5 В и одинаковыми внутренними сопротивлениями r = 0,4 Ом соединены параллельно (рис. 124). Сопротивление резистора R= 10 Ом. Найти токи, текущие через резистор и каждый элемент.

Падение напряжения на резисторе, если токи текут в направлениях, указанных на рис. 124,

Учитывая, что I=I1+I2, находим

Заметим, что I1

13 Два элемента с э. д. с. e1 =6 В и e2 = 5 В и внутренними сопротивлениями r1 = 1 Ом и r2 = 20м соединены по схеме, изображенной на рис. 125. Найти ток, текущий через резистор с сопротивлением R= 10 Ом.

Выбрав направления токов, указанные на рис. 362, составим уравнения Кирхгофа. Для узла b имеем I1+I2-I=0; для контура abef (обход по часовой стрелке)

и для контура bcde (обход против часовой стрелки)

Из этих уравнений найдем

14 Три одинаковых элемента с э. д. с. e= 1,6 В и внутренним сопротивлением r=0,8 Ом включены в цепь по схеме, изображенной на рис. 126. Миллиамперметр показывает ток I=100 мА. Сопротивления резисторов R1 = 10Ом и R2 = 15 0м, сопротивление резистора R неизвестно. Какое напряжение V показывает вольтметр? Сопротивление вольтметра очень велико, сопротивление миллиамперметра пренебрежимо мало.

Внутреннее сопротивление элементов

Сопротивление параллельно включенных резисторов

Общая э. д. с. элементов e0=2e Согласно закону Ома для полной цепи

15 Сопротивления резисторов R1 и R2 и э. д. с. e1 и e2 источников тока в схеме, изображенной на рис. 127, известны. При какой э.д.с. e3 третьего источника ток через резистор R3 не течет?

Выберем направления токов I1, I2 и I3 через резисторы R1, R2 и R3, указанные на рис. 363. Тогда I3=I1+I2. Разность потенциалов между точками а и b будет равна

Исключая I1 находим

16 Цепь из трех одинаковых последовательно соединенных элементов с э.д.с. e и внутренним сопротивлением r замкнута накоротко (рис. 128). Какое напряжение покажет вольтметр, подключенный к зажимам одного из элементов?

Рассмотрим ту же схему без вольтметра (рис. 364). Из закона Ома для полной цепи находим

Из закона Ома для участка цепи между точками а и b получим

Подключение вольтметра к точкам, разность потенциалов между которыми равна нулю, ничего не может изменить в цепи. Поэтому вольтметр будет показывать напряжение, равное нулю.

17 Источник тока с э.д.с. e0 включен в схему, параметры которой даны на рис. 129. Найти э.д.с. e источника тока и направление его подключения к выводам а и b, при которых ток через резистор с сопротивлением R2 не идет.

Подключим источник тока к выводам а и b и выберем направления токов, указанные на рис. 365. Для узла е имеем I=I0+I2. При обходе контуров aefb и ecdf по часовой стрелке получим

Используя условие I2 = 0, находим

Знак минус показывает, что полюсы источника тока на рис. 365 нужно поменять местами.

18 Два элемента с одинаковыми э.д.с. e включены в цепь последовательно. Внешнее сопротивление цепи R = 5 Ом. Отношение напряжения на зажимах первого элемента к напряжению на зажимах второго элемента равно 2/3. Найти внутренние сопротивления элементов r1 и r2, если r1=2r2.

19 Два одинаковых элемента с э.д.с. e=1,5 В и внутренним сопротивлением r = 0,2 Ом замкнуты на резистор, сопротивление которого составляет в одном случае R1=0,2 Oм, В другом — R2 = 20 Ом. Как нужно соединить элементы (последовательно или параллельно) в первом и во втором случаях, чтобы получить наибольший ток в цепи?

При параллельном соединении двух элементов внутреннее сопротивление и э.д.с. равны r/2 и e при последовательном соединении они равны 2r и 2e. Через резистор R при этом текут токи

Отсюда видно, что I2>I1, если R/2+rr. Поэтому ток больше при последовательном соединении.

20 Два элемента с э.д.с. e1=4В и e2 = 2В и внутренними сопротивлениями r1 = 0,25 Ом и r2 = 0,75 Ом включены в схему, изображенную на рис. 130. Сопротивления резисторов R1 = 1 Ом и R2 = 3 Ом, емкость конденсатора С=2 мкФ. Найти заряд на конденсаторе.

21 К батарее из двух параллельно включенных элементов с э.д.с. e1 и e2 и внутренними сопротивлениями r1 и r2 подключен резистор с сопротивлением R. Найти ток I, текущий через резистор R, и токи I1 и I2 в первом и втором элементах. При каких условиях токи в отдельных цепях могут быть равными нулю или изменять свое направление на обратное?

Выберем направления токов, указанные на рис. 366. Для узла b имеем I-I1-I2=0. При обходе контуров abef и bcde по часовой стрелке получим

Из этих уравнений находим

Ток I=0 тогда, когда изменена полярность включения одного из элементов и, кроме того, выполнено условие

Ток I1=0 при

а ток I2 = 0 при

Токи I1 и I2 имеют направления, указанные на рис.366, если

Они меняют свое направление при

22 Батарея из n одинаковых аккумуляторов, соединенных в одном случае последовательно, в другом- параллельно, замыкается на резистор с сопротивлением R. При каких условиях ток, текущий через резистор, в обоих случаях будет один и тот же?

При n(R-r) = R-r. Если R=r, то число элементов произвольно; если R№r, задача не имеет решения (n=1).

23 Батарея из n = 4 одинаковых элементов с внутренним сопротивлением r=2 Ом, соединенных в одном случае последовательно, в другом — параллельно, замыкается на резистор с сопротивлением R=10Ом. Во сколько раз показание вольтметра н одном случае отличается от показания вольтметра в другом случае? Сопротивление вольтметра велико по сравнению с R и r.

где V1 — показание вольтметра при последовательном соединении элементов, V2-при параллельном.

24 Как изменится ток, текущий через резистор с сопротивлением R = 2 Ом, если n =10 одинаковых элементов, соединенных последовательно с этим резистором, включить параллельно ему? Э.д.с. элемента e = 2 В, его внутреннее сопротивление r = 0,2 Ом.

25 Батарея составлена из N=600 одинаковых элементов так, что п групп соединены последовательно и в каждой из них содержится т элементов, соединенных параллельно. Э.д.с. каждого элемента e = 2 В, его внутреннее сопротивление r = 0,4 Ом. При каких значениях n и m батарея, будучи замкнута на внешнее сопротивление R = 0,6 Ом, отдаст во внешнюю цепь максимальную мощность? Найти при этом ток, текущий через сопротивление R.

Общее число элементов N=nm (рис. 367). Ток во внешней цепи

Необходимость в параллельном соединении источников питания (ИП) возникает обычно по одной из следующих причин:

Резервирование ИП для увеличения надежности работы радиоэлектронной аппаратуры;

Увеличение общей выходной мощности ИП.

Примеры для обоих случаев очевидны и известны из практики. Так, резервирование ИП применяют в военной технике, на конвейерных линиях, в железнодорожном и электротранспорте. В быту резервированием ИП можно назвать применение источников бесперебойного питания (ИБП) в устройствах охраны и сигнализации, а также в компьютерной технике. Увеличение выходной мощности

путем параллельного подключения ИП оправдано для питания мощной нагрузки, например радиопередатчика (трансивера) с максимальным током потребления более 20 А.

В большинстве случаев параллельное соединение источников требует реализации функции распределения тока между ними.

Защита источников без распределения тока

Такая защита часто необходима, когда требуется избежать нежелательной поломки электронных устройств вследствие отказа ИП. С этой целью соединяют два ИП в параллель способом, представленным на рис. 1.32.

Рис. 1.32. Способ параллельного соединения ИП

Допустим, ИП-2 настроен на более низкое выходное напряжение относительно ИП-1. Поэтому только первый источник питания PS1 поставляет ток в нагрузку, так как только его последовательный диод проводит ток.

Мощность на нагрузке создается только одним ИП, а не является удвоенной. Напряжение нагрузки равно напряжению источника питания минус падение напряжения на диоде (U„ – U n . uVD i)-

ИП-2 при этом находится в режиме ожидания под более низким напряжением и в случае прекращения работы ИП-1 вместо него поставляет ток в нагрузку.

При такой схеме соединения источников напряжение на нагрузке снижается при росте тока нагрузки (LOAD REGULATION), а паде-

ние напряжения на проводящем диоде растет по мере повышения тока («естественное распределение тока»).

Главным недостатком данной схемы является нестабильность напряжения на нагрузке. При изменении тока нагрузки (LOAD REGULATION) падение напряжения на диоде колеблется от О В без нагрузки до 0,6 В под нагрузкой.

Это падение напряжения уменьшает напряжение на нагрузке в зависимости от выходного тока. Поэтому эта конфигурация не используется при напряжениях ниже 12 В, когда падение напряжения на диоде составляет значительную долю от напряжения на выходе.

В этой схеме из-за отличия напряжений источников нет возможности применять корректирующие линии SENSE, так как ИП, настроенный на более низкое напряжение и находящийся в режиме ожидания, обнаружив в своих линиях SENSE повышенное по отношению к своей настройке напряжение, сразу прекратит процесс преобразования.

Защита источников с распределением тока

В этой схеме линии SENSE обоих источников подсоединены к нагрузке и между источниками питания включена линия распределе-

Для того чтобы при защите иметь стабильное напряжение на нагрузке, необходимо ввести «активное распределение тока» между ИП. При параллельном соединении источников добавляется специальная линия распределения тока, которая соединяет между собой соответствующие терминалы источников питания. Такое соединение выполняется по схеме на рис. 1.33.

Рис. 1.33. Схема с линией распределения тока

ния тока (PC). Каждый из источников питания отдает нагрузке половину своей мощности.

Источники должны быть настроены по напряжению как можно ближе друг к другу, а сопротивления соединительных проводов от каждого из источников к нагрузке должны быть равны друг другу.

Эта конфигурация позволяет соединять в параллель более ИП (N+1), когда дополнительно включается еще один резервный ИП, который в случае неисправности одного из источников начинает работать вместо отказавшего источника.

Принцип работы устройства с активным распределением тока

ИП на выходе контролирует напряжение путем сравнения напряжения, измеряемого на линиях SENSE, с внутренним эталонным напряжением. Для того чтобы источник мог эффективно делить ток с другим источником, он должен непрерывно получать информацию о своем токе и о токе другого источника. Эту информацию источник обрабатывает и использует во время контроля и регулирования выходного напряжения. При этом если ток источника слишком велик, его выходное напряжение начнет снижаться, и наоборот. Фактически поступает информация о разности токов двух источников, в случае положительной разности токов следует понизить напряжение источника, в случае отрицательной разности – повысить это напряжение. В это же время соседний источник питания получает информацию, обратную по знаку, и выполняет обратные действия. Так осуществляется балансировка токов источников.

При параллельном соединении более чем двух ИП число переменных, участвующих в процессе распределения тока между ними, велико (каждый источник нуждается в информации о своем токе и токе всех остальных). Поскольку каждый из источников осуществляет контроль и регулирование выходного напряжения и тока на основании всех переменных, то появляется опасность, что такой сложный контур регулирования может потерять стабильность, поэтому количество источников, включаемых параллельно по такой схеме соединения, ограничено.

Особенности электрической цепи

Фактически каждый источник питания представляет источник напряжения, зависящий от его тока. Положительный терминал выходного напряжения соединен с точкой контроля выходного напряжения, а отрицательный терминал выходного напряжения – с отрицательным терминалом выходного напряжения соседнего источника питания. Разность между V(I1) и V(I2) влияет на распределение напряжения между источниками так, что если она положительна, выходное напряжение первого источника должно падать, чтобы сохранять положение, когда точка контроля равняется эталонному напряжению.

Соединение для получения большей мощности

Для получения высокой мощности от двух ИП их соединение выполняется по схеме на рис. 1.34.

Рис. 1.34. Электрическая схема соединения двух ИП в параллель

В этой схеме, так же как и в предыдущей, ИП соединяются между собой линией распределения тока. Без активного распределения тока параллельное соединение источников не будет нормально функционировать из-за очевидной разницы выходных напряжений ИП. Вследствие этой разницы ИП с более высоким выходным напряжением выдает на выходе максимально возможный для него ток.

Подключение к мощной нагрузке приводит к тому, что в какой-то момент времени максимальный ток ИП оказывается недостаточен. При ограничении тока напряжение источника начинает снижаться.

Это заставит источник питания с более низким выходным напряжением поставлять необходимый остаток тока. При введении активного распределения тока необходимо следить за тем, чтобы общая мощность ИП была таковой, чтобы ни от одного из источников не требовалось более 90% от расчетного (для него) максимального тока.

Основы > Задачи и ответы > Постоянный электрический ток

Последовательное и параллельное соединения источников тока
Правило Кирхгофа


1 Найти разность потенциалов между точками а и b в схеме, изображенной на рис. 118. Э. д. с. источников тока e 1 = 1 В и e 2 =1,3 В, сопротивления резисторов R 1 = 10 Ом и R 2 = 5 Ом.
Решение:
Поскольку e 2 > e 1 то ток I будет идти в направлении, указанном на рис. 118, при этом разность потенциалов между точками а и b

2 Два элемента с э. д. с. e 1 = 1 ,5 B и e 2 r1 =0,6 Ом и r 2 = 0,4 Ом соединены по схеме, изображенной на рис. 119. Какую разность потенциалов между точками а и b покажет вольтметр, если сопротивление вольтметра велико по сравнению с внутренними сопротивлениями элементов?

Решение:
Поскольку e 2 > e 1 , то ток I будет идти в направлении, указанном на рис. 119. Током через вольтметр пренебрегаем ввиду
того, что его сопротивление велико по сравнению с внутренними сопротивлениями элементов. Падение напряжения на внутренних сопротивлениях элементов должно равняться разности э. д. с. элементов, так как они включены навстречу друг другу:
отсюда

Разность потенциалов между точками а и b (показание вольтметра)

3 Два элемента с э. д. с. e 1 =1.4B и e 2 = 1,1 В и внутренними сопротивлениями r =0,3 Ом и r 2 = 0,2 Ом замкнуты разноименными полюсами (рис. 120). Найти напряжение на зажимах элементов. При каких условиях разность потенциалов между точками а и b равна нулю?

Решение:

4 Два источника тока с одинаковыми э. д. с. e = 2 В и внутренними сопротивлениями r1 =0,4 Ом и r 2 = 0,2 Ом соединены последовательно. При каком внешнем сопротивлении цепи R напряжение на зажимах одного из источников будет равным нулю?

Решение:
Ток в цепи

(рис.361). Напряжения на зажимах источников тока

Решая первые два уравнения при условии V1=0, получим

Условие V2=0 неосуществимо, так как совместное решение первого и третьего уравнений приводит к значению R


5 Найти внутреннее сопротивление r1 первого элемента в схеме, изображенной на рис. 121, если напряжение на его зажимах равно нулю. Сопротивления резисторов R 1 = ЗОм, R 2 = 6 0м, внутреннее сопротивление второго элемента r 2 = 0,4 Ом, э. д. с. элементов одинаковы.

Решение:
Ток в общей цепи


По условию задачи напряжение на зажимах первого элемента

отсюда

6 При каком соотношении между сопротивлениями резисторов R 1 , R2, R3 и внутренними сопротивлениями элементов r1, r2 (рис. 122) напряжение на зажимах одного из элементов будет равно нулю? Э. д. с. элементов одинаковы.

Решение:

7 Два генератора с одинаковыми э. д. с. e = 6 В и внутренними сопротивлениями r1 =0,5 Ом и r2 = 0,38 Ом включены по схеме, изображенной на рис. 123. Сопротивления резисторов R 1 = 2 Ом, R2 = 4 Ом, R3 = 7 Ом. Найти напряжения V 1 и V2 на зажимах генераторов.

Решение:
Ток в общей цепи

где внешнее сопротивление цепи

Напряжения на зажимах первого и второго генератора
напряжение на зажимах второго генератора

8 Три элемента с э. д. с. e 1 = 2,2 В, e 2 = 1 ,1 В и e 3 = 0,9 В и внутренними сопротивлениями r 1 = 0,2 Ом, r 2 = 0,4 Ом и r з = 0,5 Ом включены в цепь последовательно. Внешнее сопротивление цепи R= 1 Ом. Найти напряжение на зажимах каждого элемента.

Решение:
По закону Ома для полной цепи ток

Напряжение на зажимах каждого элемента равно разности э. д. с. и падения напряжения на внутреннем сопротивлении элемента:


Напряжение на зажимах батареи элементов равно падению напряжения на внешнем сопротивлении цепи:

Напряжение на зажимах третьего элемента оказалось отрицательным, так как ток определяется всеми сопротивлениями цепи и суммарной э. д.с, а падение напряжения на внутреннем сопротивлении r3 больше, чем э.д.с. e 3 .

9 Батарея из четырех последовательно включенных в цепь элементов с э. д. с. e = 1,25 В и внутренним сопротивлением r = 0,1 Ом питает два параллельно соединенных проводника с сопротивлениями R1 = 50 Ом и R 2 = 200 Ом. Найти напряжение на зажимах батареи.

Решение:

10 Сколько одинаковых аккумуляторов с э. д. с. e = 1 ,25B и внутренним сопротивлением r = 0,004 Ом нужно взять, чтобы составить батарею, которая давала бы на зажимах напряжение V= 11 5 В при токе I =25 А?

Решение:
Напряжение на зажимах батареи

Следовательно,

11 Батарея из n = 40 последовательно включенных в цепь аккумуляторов с э. д. с. e = 2,5 В и внутренним сопротивлением r = 0,2 Ом заряжается от сети с напряжением V=121 В. Найти зарядный ток, если последовательно в цепь введен проводник с сопротивлением R = 2 Ом.

Решение:

12 Два элемента с э. д. с. e 1 = 1,25 В и e 2 = 1,5 В и одинаковыми внутренними сопротивлениями r = 0,4 Ом соединены параллельно (рис. 124). Сопротивление резистора R = 10 Ом. Найти токи, текущие через резистор и каждый элемент.

Решение:
Падение напряжения на резисторе, если токи текут в направлениях, указанных на рис. 124,

Учитывая, что I=I1+I2, находим

Заметим, что I1
13 Два элемента с э. д. с. e 1 =6 В и e 2 = 5 В и внутренними сопротивлениями r1 = 1 Ом и r2 = 20м соединены по схеме, изображенной на рис. 125. Найти ток, текущий через резистор с сопротивлением R = 10 Ом.

Решение:
Выбрав направления токов, указанные на рис. 362, составим уравнения Кирхгофа. Для узла b имеем I1+I2-I=0; для контура abef (обход по часовой стрелке)

и для контура bcde (обход против часовой стрелки)

Из этих уравнений найдем

14 Три одинаковых элемента с э. д. с. e = 1,6 В и внутренним сопротивлением r =0,8 Ом включены в цепь по схеме, изображенной на рис. 126. Миллиамперметр показывает ток I =100 мА. Сопротивления резисторов R 1 = 10Ом и R2 = 15 0м, сопротивление резистора R неизвестно. Какое напряжение V показывает вольтметр? Сопротивление вольтметра очень велико, сопротивление миллиамперметра пренебрежимо мало.

Решение:
Внутреннее сопротивление элементов

Сопротивление параллельно включенных резисторов

Общая э. д. с. элементов e 0 =2 e Согласно закону Ома для полной цепи

15 Сопротивления резисторов R 1 и R 2 и э. д. с. e 1 и e 2 источников тока в схеме, изображенной на рис. 127, известны. При какой э.д.с. e 3 третьего источника ток через резистор R3 не течет?

Решение:
Выберем направления токов I1, I2 и I3 через резисторы R1, R2 и R3, указанные на рис. 363. Тогда I3=I1+I2. Разность потенциалов между точками а и b будет равна

Если

Исключая I1 находим

16 Цепь из трех одинаковых последовательно соединенных элементов с э.д.с. e и внутренним сопротивлением r замкнута накоротко (рис. 128). Какое напряжение покажет вольтметр, подключенный к зажимам одного из элементов?

Решение:
Рассмотрим ту же схему без вольтметра (рис. 364). Из закона Ома для полной цепи находим

Из закона Ома для участка цепи между точками а и b получим

Подключение вольтметра к точкам, разность потенциалов между которыми равна нулю, ничего не может изменить в цепи. Поэтому вольтметр будет показывать напряжение, равное нулю.
17 Источник тока с э.д.с. e 0 включен в схему, параметры которой даны на рис. 129. Найти э.д.с. e источника тока и направление его подключения к выводам а и b , при которых ток через резистор с сопротивлением R2 не идет.

Решение:
Подключим источник тока к выводам а и b и выберем направления токов, указанные на рис. 365. Для узла е имеем I=I0+I2. При обходе контуров aefb и ecdf по часовой стрелке получим
Используя условие I2 = 0, находим

Знак минус показывает, что полюсы источника тока на рис. 365 нужно поменять местами.
18 Два элемента с одинаковыми э.д.с. e включены в цепь последовательно. Внешнее сопротивление цепи R = 5 Ом. Отношение напряжения на зажимах первого элемента к напряжению на зажимах второго элемента равно 2/3. Найти внутренние сопротивления элементов r1 и r 2, если r 1=2 r 2.

Решение:

19 Два одинаковых элемента с э.д.с. e = 1 ,5 В и внутренним сопротивлением r = 0,2 Ом замкнуты на резистор, сопротивление которого составляет в одном случае R1=0,2 Oм, В другом — R 2 = 20 Ом. Как нужно соединить элементы (последовательно или параллельно) в первом и во втором случаях, чтобы получить наибольший ток в цепи?

Решение:
При параллельном соединении двух элементов внутреннее сопротивление и э.д.с. равны r/2 и e при последовательном соединении они равны 2r и 2 e . Через резистор R при этом текут токи
Отсюда видно, что I2>I1, если R/2+rr. Поэтому ток больше при последовательном соединении.
20 Два элемента с э.д.с. e 1 =4В и e 2 = 2В и внутренними сопротивлениями r1 = 0,25 Ом и r 2 = 0,75 Ом включены в схему, изображенную на рис. 130. Сопротивления резисторов R1 = 1 Ом и R2 = 3 Ом, емкость конденсатора С=2 мкФ. Найти заряд на конденсаторе.

Решение:

21 К батарее из двух параллельно включенных элементов с э. д.с. e 1 и e 2 и внутренними сопротивлениями r1 и r 2 подключен резистор с сопротивлением R. Найти ток I , текущий через резистор R, и токи I1 и I 2 в первом и втором элементах. При каких условиях токи в отдельных цепях могут быть равными нулю или изменять свое направление на обратное?

Решение:
Выберем направления токов, указанные на рис. 366. Для узла b имеем I-I1-I2=0. При обходе контуров abef и bcde по часовой стрелке получим

Из этих уравнений находим

Ток I=0 тогда, когда изменена полярность включения одного из элементов и, кроме того, выполнено условие

Ток I1=0 при

а ток I2 = 0 при

Токи I1 и I2 имеют направления, указанные на рис.366, если

Они меняют свое направление при

22 Батарея из n одинаковых аккумуляторов, соединенных в одном случае последовательно, в другом- параллельно, замыкается на резистор с сопротивлением R. При каких условиях ток, текущий через резистор, в обоих случаях будет один и тот же?

Решение:
При n(R-r) = R-r. Если R=r, то число элементов произвольно; если R № r, задача не имеет решения (n =1).
23 Батарея из n = 4 одинаковых элементов с внутренним сопротивлением r =2 Ом, соединенных в одном случае последовательно, в другом — параллельно, замыкается на резистор с сопротивлением R =10Ом. Во сколько раз показание вольтметра н одном случае отличается от показания вольтметра в другом случае? Сопротивление вольтметра велико по сравнению с R и r.

Решение:

где V1 — показание вольтметра при последовательном соединении элементов, V2-при параллельном.
24 Как изменится ток, текущий через резистор с сопротивлением R = 2 Ом, если n =10 одинаковых элементов, соединенных последовательно с этим резистором, включить параллельно ему? Э.д.с. элемента e = 2 В, его внутреннее сопротивление r = 0,2 Ом.

Решение:

25 Батарея составлена из N=600 одинаковых элементов так, что п групп соединены последовательно и в каждой из них содержится т элементов, соединенных параллельно. Э.д.с. каждого элемента e = 2 В, его внутреннее сопротивление r = 0,4 Ом. При каких значениях n и m батарея, будучи замкнута на внешнее сопротивление R = 0,6 Ом, отдаст во внешнюю цепь максимальную мощность? Найти при этом ток, текущий через сопротивление R.

Решение:
Общее число элементов N=nm (рис. 367). Ток во внешней цепи

где r/ m — внутреннее сопротивление группы из т параллельно соединенных элементов, а n r/ m — внутреннее сопротивление n групп, соединенных последовательно. Максимальная мощность (см. задачу 848) отдается во внешнюю цепь при равенстве сопротивления R внутреннему сопротивлению батареи элементов n r/ m , т. е.
При этом через сопротивление R течет точек I=46 А.

26 Емкость аккумулятора =80 А Ч ч. Найти емкость батареи из n = 3 таких аккумуляторов, включенных последовательно и параллельно.

Решение:
При последовательном соединении через все аккумуляторы батареи течет один и тот же ток, поэтому все они разрядятся в течение одного и того же времени. Следовательно, емкость батареи будет равна емкости каждого аккумулятора:
При параллельном соединении n аккумуляторов через каждый из них течет 1/n часть общего тока; поэтому при том же разрядном токе в общей цепи батареи будет разряжаться в n раз дольше, чем один аккумулятор, т. е. емкость батареи в п раз больше емкости отдельного аккумулятора:

Заметим, однако, что энергия

отдаваемая батареей в цепь, и при последовательном и при параллельном соединении n аккумуляторов в n раз больше энергии, отдаваемой одним аккумулятором. Это происходит потому, что при последовательном соединении э. д. с. батареи в n раз больше э. д. с. одного аккумулятора, а при параллельном соединении э.д.с. батареи остается той же, что и для каждого аккумулятора, но Q увеличивается в n раз.
27 Найти емкость батареи аккумуляторов, включенных по схеме, изображенной на рис.131. Емкость каждого аккумулятора Qo =64 А Ч ч .

Решение:
Каждая группа из пяти аккумуляторов, включенных последовательно, имеет емкость

Три параллельно включенные группы дают общую емкость батареи

28 Мост для измерения сопротивлений сбалансирован так, что ток через гальванометр не идет (рис. 132). Ток в правой ветви I =0,2 А. Найти напряжение V на зажимах источника тока. Сопротивления резисторов R1 = 2 Ом, R2 = 4 Ом, R3 = 1 Ом.

Решение:

29 Найти токи, протекающие в каждой ветви цепи, изображенной на рис. 133. Э.д.с. источников тока e 1 = 6,5 В и e 2 = 3,9 В. Сопротивления резисторов R1=R2=R3=R4=R5=R6=R=10 Ом.

Решение:
Составляем уравнения Кирхгофа в соответствии с направлениями токов, указанными на рис. 133: I1 + I2 — I3 = 0 для узла b;
I3 — I4 — I5 =0 для узла h; I5 — I1 — I6 = 0 для узла f: при этом | Электромашины | Оборудование | Нормы |

На практике несколько источников электрической энергии соединяются в группу — батарею источников электрической энергии. Соединение в батарею может быть последовательное, параллельное и смешанное.

При последовательном соедине­нии положительный полюс предыду­щего источника соединяется с отрица­тельным полюсом последующего. Дневники скромные апортаменты mrloft.ru/apartamenty .

Полная ЭДС цепи равна алгебраи­ческой сумме ЭДС отдельных элемен­тов, а внутреннее сопротивление бата­реи равно сумме сопротивлений источников:

Объяснить это можно тем, что при последовательном соедине­нии электрический заряд поочередно проходит через источник электрической энергии и в каждом из них приобретает энергию. Внутреннее сопротивление батареи также увеличивается.

При последовательном соединении одинаковых источников с ЭДС е и внутренним сопротивлением г ЭДС батареи и ее внут­реннее сопротивление равны.

где п — число источников.

Закон Ома для полной цепи при последовательном соедине­нии одинаковых источников тока записывается в виде;

где e и r — ЭДС и внутреннее сопротивление одного источника, R — сопротивление внешнего участка цепи, I — сила тока в цепи.

Например, полная цепь со­держит несколько источников тока, ЭДС которых равны E1,E2,E3 а внутренние сопротивле­ния-r1,r2,r3, соответственно. ЭДС, действующая в цепи, равна:

eб=e1 -e2+e3-e4

Сопротивление батареи равно:

r, = r, + r, + r, + г.

При этом учитываем, что положительными являются те ЭДС, которые повышают потенциал в направлении обхода цепи, т.е. направление обхода цепи совпадает с переходом внутри источни­ка от отрицательного полюса источника к положительному.

Последовательное соединение источников тока применяется в тех случаях, когда нужно повысить напряжение на внешней цепи, причем сопротивление внешней цепи велико по сравнению с внутренним сопротивлением одного источника.

Рис. 9

При параллельном соединении источников все их положительные

полюсы присоединены к одному проводнику, а отрицательные-к другому.

Полная ЭДС цепи (всей батареи равна ЭДС одного источника: eб= e,а внутреннее сопротивление батареи равно:

где п — число параллельно соединенных источников.

При параллельном соединении ток одного источника элект­рической энергии уже не проходит через другие, и поэтому каж­дый заряд получает энергию только в одном источнике. Сопротив­ление батареи меньше сопротивления одного источника, так как через каждый источник электрической энергии проходит только часть зарядов, перемещающихся во внешней цепи.

Закон Ома для полной цепи при параллельном соединении одинаковых источников тока записывается в виде:

Если заменить один источник тока батареей параллельно со­единенных источников, то ток в цепи возрастает.

Параллельное соединение источников тока применяется в тех случаях, когда нужно усилить ток во внешней цепи, не изменяя напряжения, причем сопротивление внешней цепи мало по срав­нению с сопротивлением одного источника.

Если ЭДС источников различны, то для источников тока на­пряжений и ЭДС в различных участках цепи удобно пользоваться правилами Кирхгофа, сформулированными в 1847 г. немецким Физиком Густавом Робертом Кирхгофом (1824-1887).

1. Первое правило (правило узлов).

Алгебраическая сумма сил токов, сходящихся в любом узле, равна нулю:

где п — число проводников, сходя­щихся в узле. Узлом в разветвлен­ной цепи называется точка, в кото­рой сходится не менее трех проводников. Токи, теку­щие к узлу, считаются положи­тельными, а токи, текущие от узла, отрицательными.

Рис. 10

Узел токов. I1+I2+I4=I3+I5 или I1+I2-I3+I4-I5=0.

2 Второе правило (правило контуров).

Соединение проводников Закон Ома для полной цепи Электродвижущая сила

Урок № 36-169 Соединение проводников. Закон Ома для полной цепи. Электродвижущая сила. Д/з: 8.6; п.8.7; п.8.9 [1]

1. Соединение проводников.

1.1 Последовательное — соединение, при котором конец предыдущего проводника соединяется с началом последующего.

При последовательном соединении: I1=I2 (если ток постоянен, то за время t через любое сечение проводника протекают одинаковые заряды)

U=U1+U2 (работа электростатических сил при перемещении единичного заряда по участкам 1 и 2 равна сумме работ на этих участках).

Эквивалентный проводник (сопротивление) — проводник, заменяющий группу проводников (сопротивлений) без изменения токов и напряжений на рассматриваемом участке цепи.

По закону Ома: U=IR, т.е. U1=IR1; U2=IR2; IR=IR1+IR2= I(R1+R2) , т.е R= R1+R2 или иначе R=

Частный случай: R1= R2=…=Rn , тогда R=nR, где n — число проводников с одинаковым сопротивлением.

При последовательном соединении эквивалентное сопротивление всей цепи равно сумме сопротивлений отдельных участков цепи. Поскольку I1=I2; I1=; I2 =; то U1=I1R1 а U2=I2R2 следовательно, =
При последовательном соединении проводников напряжение, действующее на проводниках, прямо пропорционально их сопротивлениям.

Недостаток: при размыкании цепи у одного из последовательно соединенных потребителей ток исчезает по всей цепи (неудобно па практике).

1.2 Параллельное — соединение, при котором начала проводников соединяют в один узел, а концы — в другой.

U=U1=U2; I= I1=I2 По закону Ома: I= I1=; I2=, т.е. =+=+ или = ; q =q1+ q2

Проводимость всего разветвления (все вместе параллельно соединенные проводники) равна сумме проводимостей отдельных ветвей (каждый параллельно соединенный проводник).

Частный случай: R1= R2=…=Rn , тогда R=, где n — число проводников с одинаковым сопротивлением.

Из соотношений U1=U2;U1=; U2= следует, что =- при параллельном соединении проводников силы токов в ветвях обратно пропорциональны их сопротивлениям.

Преимущество: если напряжение между узлами остается постоянным, то токи в ветвях не зависят друг от друга

2.Закон Ома для полной цепи

Полная цепь содержит:

внешний участок — потребитель тока, регулирующие, контролирующие и т. п. устройства с общим сопротивлением R

— внутренний участок — источник тока с эдс ε и с внутренним сопротивлением г (сопротивление, которым обладает источник электрической энергии, т. к. является проводником, ток выделяет в нем тепло).

Рассмотрим замкнутую цепь, состоящую из внешней части, имеющей сопро­тивление R, и внутренней — источника тока, сопротивление которого г.

Согласно закону сохранения энергии, ЭДС источника тока равна сумме падений напряжений на

внешнем и внутреннем участках цепи, так как при перемещении по замкнутой цепи заряд возвращается в исходное положение — в точку с тем же потенциалом (т. е. φА = φ В): ε = IR+Ir,

где IR и Ir — падения напряжения на внешнем и внутреннем участках цепи. Отсюда закон Ома для полной цепи:

I=

Закон Ома для полной цепи: сила тока цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивле­ния источника.

3.ЭДС Действие сторонних сил характеризуется физической величиной, называемой электродвижущей силой ( ЭДС)

Электродвижущая сила в замкнутом контуре представ­ляет собой отношение работы сторонних сил при пере­мещении заряда вдоль контура к заряду: ε=

Если на батарейке написано 1,5 В, то это означает, что сторонние силы (хи­мические в данном случае) совершают работу 1,5 Дж при перемещении заряда в 1 Кл от одного полюса батарейки к другому. Постоянный ток не может существовать в замк­нутой цепи, если в ней не действуют сторонние силы, т. е. нет ЭДС.

ЭДС, как и сила тока,- величина алгебраическая. Если ЭДС способствует дви­жению положительных зарядов в

выбранном направлении, то она считается по­ложительной (ε > 0). Если ЭДС препятствует движению положительных заря­дов в выбранном направлении, то она считается отрицательной (ε

Следует иметь в виду, что данной формулой можно пользоваться лишь тогда, когда ток идет внутри источника от отрицательного полюса к положительному, а во внешней цепи — от положительного к отрицательному.

3. Соединение источников электрической энергии в батарею.

3.1. Последовательное соединение. «+» полюс предыдущего источника соединяется с»—» полюса последующего. Закон Ома для всей цепи при последовательном соединении. I =

3.2. Параллельное соединение. «+» полюс присоединяют к одной клемме,

а «—» полюс — к другой. Закон Ома для всей цепи при параллельном

соединении: I =

3.3 Смешанное соединение. Закон Ома для всей цепи при смешанном соединении:

I =

Экзаменационные вопросы

28. Рассчитать общее сопротивление соединения резисторов, если R1=2 Ом, R2=3 Ом

А. 1,2 Ом Б. 5,2 Ом В. 5 Ом

29. Рассчитать общее сопротивление соединения резисторов, если R1=2 Ом, R2=3 Ом

А. 1,2 Ом Б. 5,2 Ом В. 5 Ом

30. Рассчитать общее сопротивление соединения резисторов,

если R1=2 Ом, R2=3 Ом, R3=4 Ом А. 1,2 Ом Б. 5,2 Ом В. 5 Ом

31. Какая физическая величина определяется отношением работы, совершаемой сторонними силами при перемещении заряда q по всей замкнутой электрической цепи, к значению этого заряда?

А. Сила тока. Б. Напряжение. В. Электрическое сопротивление. Г. Удельное электрическое сопротивление. Д. Электродвижущая сила.

32. Какая из приведенных ниже формул выражает закон Ома для полной цепи?

А. I =; Б. I = ; В. IUΔt; Г. P=UI; Д. ρ = ρ0(1+α t).

33. Источник тока с ЭДС 18 В имеет внутреннее сопротивление 30 Ом. Какое значение будет иметь сила тока при подключении к этому источнику резистора с электрическим сопротивлением 60 Ом? А. 0,6 А. Б. 0,3 А. В. 0,2 А. Г. 0,9 А.Д. 0,4 А.

Задачи

№ 1. Гальванический элемент с ЭДС 5,0 В и внутренним сопротивлением равным 0,2 Ом замкнут на проводник сопротивлением 40,0 Ом. Чему равно напряжение U на этом проводнике?

№ 2 В сеть с напряжением 220 В включены последовательно две электрические лампы

сопротивлением 200 Ом каждая. Определить силу тока, проходящего через каждую лампу.

№ 3 Найти общее сопротивление участка цепи, изображенной на рисунке,

если R1=20 Ом, R2=R.3=R4=15 Ом, R5=3 Ом, R6=90 Ом.

№ 4. Даны четыре резистора по 60 Ом каждый. Начертить схемы соединений всех четырех резисторов, чтобы общее сопротивление оказалось равным соответственно: 15, 45, 60, 80, 150 и 240 Ом. Возле каждой схемы написать расчет общего сопротивления.

№ 5. ЭДС источника электрической энергии равна 100 В. При внешнем сопротивлении 49 Ом сила тока в цепи

2 А. Найти падение напряжения внутри источника и его внутреннее сопротивление.

№ 6. Разность потенциалов на клеммах разомкнутого источника тока 4 В. Определить внутреннее сопротивление источника тока, если при сопротивлении внешнего участка цепи 4 Ом сила тока равна 0,8 А.

№ 7.Источник тока с ЭДС 220 В и внутренним сопротивлением 2 Ом замкнут проводником сопротивлением 108 Ом. Определить падение напряжения внутри источника тока.

№ 8. Определить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока, если при внешнем сопротивлении 3,9 Ом сила тока в цепи равна 0,5 А, а при внешнем сопротивлении 1.9 Ом сила тока равна 1 А.

№ 9. Определить силу тока при коротком замыкании батареи с ЭДС 12 В, если при замыкании ее на внешнее сопротивление 4 Ом сила тока в цепи равна 2 А. Почему при коротком замыкании падение напряжения на внешнем участке цепи близко к нулю, хотя в этом случае в цепи существует наибольший ток?

№ 10. ЭДС источника тока равна 220 В, внутреннее сопротивление 1,5 Ом. Какое надо взять сопротивление внешнего участка цепи, чтобы сила тока была равна 4 А?

/promo/fra/

Несколько источников ЭДС в цепи

Если в цепи присутствует несколько ЭДС подключенных последовательно, то:

1. При правильном (положительный полюс одного источника присоединяется к отрицательному другого) подключении источников общее ЭДС всех источников и их внутреннее сопротивление может быть найдено по формулам:

Например, такое подключение источников осуществляется в пультах дистанционного управления, фотоаппаратах и других бытовых приборах, работающих от нескольких батареек.

2. При неправильном (источники соединяются одинаковыми полюсами) подключении источников их общее ЭДС и сопротивление рассчитывается по формулам:

В обоих случаях общее сопротивление источников увеличивается.

При параллельном подключении имеет смысл соединять источники только c одинаковой ЭДС, иначе источники будут разряжаться друг на друга. Таким образом суммарное ЭДС будет таким же, как и ЭДС каждого источника, то есть при параллельном соединении мы не получим батарею с большим ЭДС. При этом уменьшается внутреннее сопротивление батареи источников, что позволяет получать большую силу тока и мощность в цепи:

В этом и состоит смысл параллельного соединения источников. В любом случае при решении задач сначала надо найти суммарную ЭДС и полное внутреннее сопротивление получившегося источника, а затем записать закон Ома для полной цепи.

 

Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца

К оглавлению…

РаботаAэлектрического тока I, протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R, преобразуется в теплоту Q, выделяющееся на проводнике. Эту работу можно рассчитать по одной из формул (с учетом закона Ома все они следуют друг из друга):



Закон преобразования работы тока в тепло был экспериментально установлен независимо друг от друга Дж.Джоулем и Э.Ленцем и носит названиезакона Джоуля–Ленца. Мощность электрического тока равна отношению работы тока A к интервалу времени Δt, за которое эта работа была совершена, поэтому она может быть рассчитана по следующим формулам:

Работа электрического тока в СИ, как обычно, выражается в джоулях (Дж), мощность – в ваттах (Вт).

 

Энергобаланс замкнутой цепи

К оглавлению. ..

Рассмотрим теперь полную цепь постоянного тока, состоящую из источника с электродвижущей силой ε и внутренним сопротивлением r и внешнего однородного участка с сопротивлением R. В этом случае полезная мощность или мощность, выделяемая во внешней цепи:

Максимально возможная полезная мощность источника достигается, если R = r и равна:

Если при подключении к одному и тому же источнику тока разных сопротивлений R1 и R2 на них выделяются равные мощности то внутреннее сопротивление этого источника тока может быть найдено по формуле:

Мощность потерь или мощность внутри источника тока:

Полная мощность, развиваемая источником тока:

КПД источника тока:

 

Электролиз

К оглавлению…

Электролитами принято называть проводящие среды, в которых протекание электрического тока сопровождается переносом вещества. Носителями свободных зарядов в электролитах являются положительно и отрицательно заряженные ионы. К электролитам относятся многие соединения металлов с металлоидами в расплавленном состоянии, а также некоторые твердые вещества. Однако основными представителями электролитов, широко используемыми в технике, являются водные растворы неорганических кислот, солей и оснований.

Прохождение электрического тока через электролит сопровождается выделением вещества на электродах. Это явление получило название электролиза.

Электрический ток в электролитах представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях. Положительные ионы движутся к отрицательному электроду (катоду), отрицательные ионы – к положительному электроду (аноду). Ионы обоих знаков появляются в водных растворах солей, кислот и щелочей в результате расщепления части нейтральных молекул. Это явление называется электролитической диссоциацией.

Закон электролиза был экспериментально установлен английским физиком М.Фарадеем в 1833 году. Закон Фарадея определяет количества первичных продуктов, выделяющихся на электродах при электролизе. Итак, масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду Q, прошедшему через электролит:

Величину k называют электрохимическим эквивалентом. Он может быть рассчитан по формуле:

где: n – валентность вещества, NA – постоянная Авогадро, M – молярная масса вещества, е – элементарный заряд. Иногда также вводят следующее обозначение для постоянной Фарадея:

 


Формулы сопротивления проводника при параллельном соединении

Последовательное соединение сопротивлений

Возьмем три постоянных сопротивления R1, R2 и R3 и включим их в цепь так, чтобы конец первого сопротивления R1 был соединен с началом второго сопротивления R 2, конец второго — с началом третьего R 3, а к началу первого сопротивления и к концу третьего подведем проводники от источника тока (рис. 1 ).

Такое соединение сопротивлений называется последовательным. Очевидно, что ток в такой цепи будет во всех ее точках один и тот же.

Рис 1 . Последовательное соединение сопротивлений

Как определить общее сопротивление цепи, если все включенные в нее последовательно сопротивления мы уже знаем? Используя положение, что напряжение U на зажимах источника тока равно сумме падений напряжений на участках цепи, мы можем написать:

U1 = IR1 U2 = IR2 и U3 = IR3

IR = IR1 + IR2 + IR3

Вынеся в правой части равенства I за скобки, получим IR = I(R1 + R2 + R3) .

Поделив теперь обе части равенства на I , будем окончательно иметь R = R1 + R2 + R3

Таким образом, мы пришли к выводу, что при последовательном соединении сопротивлений общее сопротивление всей цепи равно сумме сопротивлений отдельных участков.

Проверим этот вывод на следующем примере. Возьмем три постоянных сопротивления, величины которых известны (например, R1 == 10 Ом, R 2 = 20 Ом и R 3 = 50 Ом). Соединим их последовательно (рис. 2 ) и подключим к источнику тока, ЭДС которого равна 60 В (внутренним сопротивлением источника тока пренебрегаем).

Рис. 2. Пример последовательного соединения трех сопротивлений

Подсчитаем, какие показания должны дать приборы, включенные, как показано на схеме, если замкнуть цепь. Определим внешнее сопротивление цепи: R = 10 + 20 + 50 = 80 Ом.

Найдем ток в цепи по закону Ома: 60 / 80 = 0 ,75 А

Зная ток в цепи и сопротивления ее участков, определим падение напряжения на каждое участке цепи U 1 = 0,75 х 10 = 7,5 В, U 2 = 0,75 х 20=15 В, U3 = 0,75 х 50 = 37,5 В.

Зная падение напряжений на участках, определим общее падение напряжения во внешней цепи, т. е. напряжение на зажимах источника тока U = 7,5+15 + 37,5 = 60 В.

Мы получили таким образом, что U = 60 В, т. е. несуществующее равенство ЭДС источника тока и его напряжения. Объясняется это тем, что мы пренебрегли внутренним сопротивлением источника тока.

Замкнув теперь ключ выключатель К, можно убедиться по приборам, что наши подсчеты примерно верны.

Параллельное соединение сопротивлений

Возьмем два постоянных сопротивления R1 и R2 и соединим их так, чтобы начала этих сопротивлений были включены в одну общую точку а, а концы — в другую общую точку б. Соединив затем точки а и б с источником тока, получим замкнутую электрическую цепь. Такое соединение сопротивлений называется параллельным соединением.

Рис 3. Параллельное соединение сопротивлений

Проследим течение тока в этой цепи. От положительного полюса источника тока по соединительному проводнику ток дойдет до точки а. В точке а он разветвится, так как здесь сама цепь разветвляется на две отдельные ветви: первую ветвь с сопротивлением R1 и вторую — с сопротивлением R2. Обозначим токи в этих ветвях соответственно через I1 и I 2. Каждый из этих токов пойдет по своей ветви до точки б. В этой точке произойдет слияние токов в один общий ток, который и придет к отрицательному полюсу источника тока.

Таким образом, при параллельном соединении сопротивлений получается разветвленная цепь. Посмотрим, какое же будет соотношение между токами в составленной нами цепи.

Включим амперметр между положительным полюсом источника тока (+) и точкой а и заметим его показания. Включив затем амперметр (показанный «а рисунке пунктиром) в провод, соединяющий точку б с отрицательным полюсом источника тока (—), заметим, что прибор покажет ту же величину силы тока.

Значит, сила тока в цепи до ее разветвления (до точки а) равна силе тока после разветвления цепи (после точки б).

Будем теперь включать амперметр поочередно в каждую ветвь цепи, запоминая показания прибора. Пусть в первой ветви амперметр покажет силу тока I1 , а во второй — I 2. Сложив эти два показания амперметра, мы получим суммарный ток, по величине равный току I до разветвления (до точки а).

Следовательно, сила тока, протекающего до точки разветвления, равна сумме сил токов, утекающих от этой точки. I = I1 + I2 Выражая это формулой, получим

Это соотношение, имеющее большое практическое значение, носит название закона разветвленной цепи .

Рассмотрим теперь, каково будет соотношение между токами в ветвях.

Включим между точками а и б вольтметр и посмотрим, что он нам покажет. Во-первых, вольтметр покажет напряжение источника тока, так как он подключен, как это видно из рис. 3 , непосредственно к зажимам источника тока. Во-вторых, вольтметр покажет падения напряжений U1 и U2 на сопротивлениях R 1 и R2, так как он соединен с началом и концом каждого сопротивления.

Следовательно, при параллельном соединении сопротивлений напряжение на зажимах источника тока равно падению напряжения на каждом сопротивлении.

Это дает нам право написать, что U = U1 = U2 ,

где U — напряжение на зажимах источника тока; U 1 — падение напряжения на сопротивлении R 1 , U2 — падение напряжения на сопротивлении R2. Вспомним, что падение напряжения на участке цепи численно равно произведению силы тока, протекающего через этот участок, на сопротивление участка U = IR .

Поэтому для каждой ветви можно написать: U1 = I1R1 и U2 = I2R2 , но так как U 1 = U2, то и I1R1 = I2R2 .

Применяя к этому выражению правило пропорции, получим I1/ I2 = U2 / U1 т. е. ток в первой ветви будет во столько раз больше (или меньше) тока во второй ветви, во сколько раз сопротивление первой ветви меньше (или больше) сопротивления второй ветви.

Итак, мы пришли к важному выводу, заключающемуся в том, что при параллельном соединении сопротивлений общий ток цепи разветвляется на токи, обратно пропорциональные величинам сопротивлении параллельных ветвей. Иначе говоря, чем больше сопротивление ветви, тем меньший ток потечет через нее, и, наоборот, чем меньше сопротивление ветви, тем больший ток потечет через эту ветвь.

Убедимся в правильности этой зависимости на следующем примере. Соберем схему, состоящую из двух параллельно соединенных сопротивлений R1 и R 2, подключенных к источнику тока. Пусть R1 = 10 Ом, R2 = 20 Ом и U = 3 В.

Подсчитаем сначала, что покажет нам амперметр, включенный в каждую ветвь:

I1 = U / R1 = 3 / 10 = 0 ,3 А = 300 мА

I 2 = U / R 2 = 3 / 20 = 0,15 А = 150 мА

Общий ток в цепи I = I1 + I2 = 300 + 150 = 450 мА

Проделанный нами расчет подтверждает, что при параллельном соединении сопротивлений ток в цепи разветвляется обратно пропорционально сопротивлениям.

Действительно, R1 == 10 Ом вдвое меньше R 2 = 20 Ом, при этом I1 = 300 мА вдвое больше I2 = 150 мА. Общий ток в цепи I = 450 мА разветвился на две части так, что большая его часть ( I1 = 300 мА) пошла через меньшее сопротивление ( R1 = 10 Ом), а меньшая часть ( R2 = 150 мА) — через большее сопротивление ( R 2 = 20 Ом).

Такое разветвление тока в параллельных ветвях сходно с течением жидкости по трубам. Представьте себе трубу А, которая в каком-то месте разветвляется на две трубы Б и В различного диаметра (рис. 4). Так как диаметр трубы Б больше диаметра трубок В, то через трубу Б в одно и то же время пройдет больше воды, чем через трубу В, которая оказывает потоку воды большее сопротивление.

Рис. 4 . Через тонкую трубу в один и тот же промежуток времени пройдет воды меньше, чем через толстую

Рассмотрим теперь, чему будет равно общее сопротивление внешней цепи, состоящей из двух параллельно соединенных сопротивлений.

Под этим общим сопротивлением внешней цепи надо понимать такое сопротивление, которым можно было бы заменить при данном напряжении цепи оба параллельно включенных сопротивления, не изменяя при этом тока до разветвления. Такое сопротивление называется эквивалентным сопротивлением.

Вернемся к цепи, показанной на рис. 3, и посмотрим, чему будет равно эквивалентное сопротивление двух параллельно соединенных сопротивлений. Применяя к этой цепи закон Ома, мы можем написать: I = U/R , где I — ток во внешней цепи (до точки разветвления), U — напряжение внешней цепи, R — сопротивление внешней цепи, т. е. эквивалентное сопротивление.

Точно так же для каждой ветви I1 = U1 / R1 , I2 = U2 / R2 , где I1 и I 2 — токи в ветвях; U 1 и U2 — напряжение на ветвях; R1 и R2 — сопротивления ветвей.

По закону разветвленной цепи: I = I1 + I2

Подставляя значения токов, получим U / R = U1 / R1 + U2 / R2

Так как при параллельном соединении U = U1 = U2 , то можем написать U / R = U / R1 + U / R2

Вынеся U в правой части равенства за скобки, получим U / R = U (1 / R1 + 1 / R2 )

Разделив теперь обе части равенства на U , будем окончательно иметь 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2

Помня, что проводимостью называется величина, обратная сопротивлению , мы можем сказать, что в полученной формуле 1 / R – проводимость внешней цепи; 1 / R1 проводимость первой ветви; 1 / R2- проводимость второй ветви.

На основании этой формулы делаем вывод: при параллельном соединении проводимость внешней цепи равна сумме проводимостей отдельных ветвей.

Следовательно, чтобы определить эквивалентное сопротивление включенных параллельно сопротивлений, надо определить проводимость цепи и взять величину, ей обратную.

Из формулы также следует, что проводимость цепи больше проводимости каждой ветви, а это значит, что эквивалентное сопротивление внешней цепи меньше наименьшего из включенных параллельно сопротивлений.

Рассматривая случай параллельного соединения сопротивлений, мы взяли наиболее простую цепь, состоящую из двух ветвей. Однако на практике могут встретиться случаи, когда цепь состоит из трех и более параллельных ветвей. Как же поступать в этих случаях?

Оказывается, все полученные нами соотношения остаются справедливыми и для цепи, состоящей из любого числа параллельно соединенных сопротивлений.

Чтобы убедиться в этом, рассмотрим следующий пример.

Возьмем три сопротивления R1 = 10 Ом, R2 = 20 Ом и R3 = 60 Ом и соединим их параллельно. Определим эквивалентное сопротивление цепи (рис. 5 ).

Рис. 5. Цепь с тремя параллельно соединенными сопротивлениями

Применяя для этой цепи формулу 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 , можем написать 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 и, подставляя известные величины, получим 1 / R = 1 / 10 + 1 / 20 + 1 / 60

Сложим эта дроби: 1/R = 10 / 60 = 1 / 6, т. е.. проводимость цепи 1 / R = 1 / 6 Следовательно, эквивалентное сопротивление R = 6 Ом.

Таким образом, эквивалентное сопротивление меньше наименьшего из включенных параллельно в цепь сопротивлений , т. е. меньше сопротивления R1.

Посмотрим теперь, действительно ли это сопротивление является эквивалентным, т. е. таким, которое могло бы заменить включенные параллельно сопротивления в 10, 20 и 60 Ом, не изменяя при этом силы тока до разветвления цепи.

Допустим, что напряжение внешней цепи, а следовательно, и напряжение на сопротивлениях R1, R2, R3 равно 12 В. Тогда сила токов в ветвях будет: I1 = U/R1 = 12 / 10 = 1 ,2 А I 2 = U/R 2 = 12 / 20 = 1 ,6 А I 3 = U/R1 = 12 / 60 = 0, 2 А

Общий ток в цепи получим, пользуясь формулой I = I1 + I2 + I3 = 1,2 + 0,6 + 0,2 = 2 А.

Проверим по формуле закона Ома, получится ли в цепи ток силой 2 А, если вместо трех параллельно включенных известных нам сопротивлений включено одно эквивалентное им сопротивление 6 Ом.

I = U / R = 12 / 6 = 2 А

Как видим, найденное нами сопротивление R = 6 Ом действительно является для данной цепи эквивалентным.

В этом можно убедиться и на измерительных приборах, если собрать схему с взятыми нами сопротивлениями, измерить ток во внешней цепи (до разветвления), затем заменить параллельно включенные сопротивления одним сопротивлением 6 Ом и снова измерить ток. Показания амперметра и в том и в другом случае будут примерно одинаковыми.

На практике могут встретиться также параллельные соединения, для которых рассчитать эквивалентное сопротивление можно проще, т. е. не определяя предварительно проводимостей, сразу найти сопротивление.

Например, если соединены параллельно два сопротивления R1 и R2 , то формулу 1 / R = 1 / R1 + 1 / R2 можно преобразовать так: 1/R = (R2 + R1) / R1 R2 и, решая равенство относительно R, получить R = R1 х R2 / ( R1 + R2 ), т. е. при параллельном соединении двух сопротивлений эквивалентное сопротивление цепи равно произведению включенных параллельно сопротивлений, деленному на их сумму.

Ток в электроцепи проходит по проводникам от источника напряжения к нагрузке, то есть к лампам, приборам. В большинстве случаев в качестве проводника используются медные провода. В цепи может быть предусмотрено несколько элементов с разными сопротивлениями. В схеме приборов проводники могут быть соединены параллельно или последовательно, также могут быть смешанные типы.

Элемент схемы с сопротивлением называется резистором, напряжение данного элемента является разницей потенциалов между концами резистора. Параллельное и последовательное электрическое соединение проводников характеризуется единым принципом функционирования, согласно которому ток протекает от плюса к минусу, соответственно потенциал уменьшается. На электросхемах сопротивление проводки берется за 0, поскольку оно ничтожно низкое.

Параллельное соединение предполагает, что элементы цепы подсоединены к источнику параллельно и включаются одновременно. Последовательное соединение означает, что проводники сопротивления подключаются в строгой последовательности друг за другом.

При просчете используется метод идеализации, что существенно упрощает понимание. Фактически в электрических цепях потенциал постепенно снижается в процессе перемещения по проводке и элементам, которые входят в параллельное или последовательное соединение.

Последовательное соединение проводников

Схема последовательного соединения подразумевает, что они включаются в определенной последовательности один за другим. Причем сила тока во всех из них равна. Данные элементы создают на участке суммарное напряжение. Заряды не накапливаются в узлах электроцепи, поскольку в противном случае наблюдалось бы изменение напряжения и силы тока. При постоянном напряжении ток определяется значением сопротивления цепи, поэтому при последовательной схеме сопротивление меняется в случае изменения одной нагрузки.

Недостатком такой схемы является тот факт, что в случае выхода из строя одного элемента остальные также утрачивают возможность функционировать, поскольку цепь разрывается. Примером может служить гирлянда, которая не работает в случае перегорания одной лампочки. Это является ключевым отличием от параллельного соединения, в котором элементы могут функционировать по отдельности.

Последовательная схема предполагает, что по причине одноуровневого подключения проводников их сопротивление в любой точки сети равно. Общее сопротивление равняется сумме уменьшения напряжений отдельных элементов сети.

При данном типе соединения начало одного проводника подсоединяется к концу другого. Ключевая особенность соединения состоит в том, что все проводники находятся на одном проводе без разветвлений, и через каждый из них протекает один электроток. Однако общее напряжение равно сумме напряжений на каждом. Также можно рассмотреть соединение с другой точки зрения – все проводники заменяются одним эквивалентным резистором, и ток на нем совпадает с общим током, который проходит через все резисторы. Эквивалентное совокупное напряжение является суммой значений напряжения по каждому резистору. Так проявляется разность потенциалов на резисторе.

Использование последовательного подключения целесообразно, когда требуется специально включать и выключать определенное устройство. К примеру, электрозвонок может звенеть только в момент, когда присутствует соединение с источником напряжения и кнопкой. Первое правило гласит, что если тока нет хотя бы на одном из элементов цепи, то и на остальных его не будет. Соответственно при наличии тока в одном проводнике он есть и в остальных. Другим примером может служить фонарик на батарейках, который светит только при наличии батарейки, исправной лампочки и нажатой кнопки.

В некоторых случаях последовательная схема нецелесообразна. В квартире, где система освещения состоит из множества светильников, бра, люстр, не стоит организовывать схему такого типа, поскольку нет необходимости включать и выключать освещение во всех комнатах одновременно. С этой целью лучше использовать параллельное соединение, чтобы иметь возможность включения света в отдельно взятых комнатах.

Параллельное соединение проводников

В параллельной схеме проводники представляют собой набор резисторов, одни концы которых собираются в один узел, а другие – во второй узел. Предполагается, что напряжение в параллельном типе соединения одинаковое на всех участках цепи. Параллельные участки электроцепи носят название ветвей и проходят между двумя соединительными узлами, на них имеется одинаковое напряжение. Такое напряжение равно значению на каждом проводнике. Сумма показателей, обратных сопротивлениям ветвей, является обратной и по отношению к сопротивлению отдельного участка цепи параллельной схемы.

При параллельном и последовательном соединениях отличается система расчета сопротивлений отдельных проводников. В случае параллельной схемы ток уходит по ветвям, что способствует повышению проводимости цепи и уменьшает совокупное сопротивление. При параллельном подключении нескольких резисторов с аналогичными значениями совокупное сопротивление такой электроцепи будет меньше одного резистора число раз, равное числу резисторов в схеме.

В каждой ветви предусмотрено по одному резистору, и электроток при достижении точки разветвления делится и расходится к каждому резистору, его итоговое значение равно сумме токов на всех сопротивлениях. Все резисторы заменяются одним эквивалентным резистором. Применяя закон Ома, становится понятным значение сопротивления – при параллельной схеме суммируются значения, обратные сопротивлениям на резисторах.

При данной схеме значение тока обратно пропорционально значению сопротивления. Токи в резисторах не взаимосвязаны, поэтому при отключении одного из них это никоим образом не отразится на остальных. По этой причине такая схема используется во множестве устройств.

Рассматривая возможности применения параллельной схемы в быту, целесообразно отметить систему освещения квартиры. Все лампы и люстры должны быть соединены параллельно, в таком случае включение и отключение одного из них никак не влияет на работу остальных ламп. Таким образом, добавляя выключатель каждой лампочки в ветвь цепи, можно включать и отключать соответствующий светильник по необходимости. Все остальные лампы работают независимо.

Все электроприборы объединяются параллельно в электросеть с напряжением 220 В, затем они подключаются к распределительному щитку. То есть все приборы подключаются независимо от подключения прочих устройств.

Законы последовательного и параллельного соединения проводников

Для детального понимания на практике обоих типов соединений, приведем формулы, объясняющие законы данных типов соединений. Расчет мощности при параллельном и последовательном типе соединения отличается.

При последовательной схеме имеется одинаковая сила тока во всех проводниках:

Согласно закону Ома, данные типы соединений проводников в разных случаях объясняются иначе. Так, в случае последовательной схемы, напряжения равны друг другу:

U1 = IR1, U2 = IR2.

Помимо этого, общее напряжение равно сумме напряжений отдельно взятых проводников:

U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.

Полное сопротивление электроцепи рассчитывается как сумма активных сопротивлений всех проводников, вне зависимости от их числа.

В случае параллельной схемы совокупное напряжение цепи аналогично напряжению отдельных элементов:

А совокупная сила электротока рассчитывается как сумма токов, которые имеются по всем проводникам, расположенным параллельно:

Чтобы обеспечить максимальную эффективность электрических сетей, необходимо понимать суть обоих типов соединений и применять их целесообразно, используя законы и рассчитывая рациональность практической реализации.

Смешанное соединение проводников

Последовательная и параллельная схема соединения сопротивления могут сочетаться в одной электросхеме при необходимости. К примеру, допускается подключение параллельных резисторов по последовательной схеме к другому резистору или их группе, такое тип считается комбинированным или смешанным.

В таком случае совокупное сопротивление рассчитывается посредством получения сумм значений для параллельного соединения в системе и для последовательного. Сначала необходимо рассчитывать эквивалентные сопротивления резисторов в последовательной схеме, а затем элементов параллельного. Последовательное соединение считается приоритетным, причем схемы такого комбинированного типа часто используются в бытовой технике и приборах.

Итак, рассматривая типы подключений проводников в электроцепях и основываясь на законах их функционирования, можно полностью понять суть организации схем большинства бытовых электроприборов. При параллельном и последовательном соединениях расчет показателей сопротивления и силы тока отличается. Зная принципы расчета и формулы, можно грамотно использовать каждый тип организации цепей для подключения элементов оптимальным способом и с максимальной эффективностью.

В электрических цепях элементы могут соединяться по различным схемам, в том числе они имеют последовательное и параллельное соединение.

Последовательное соединение

При таком соединении проводники соединяются друг с другом последовательно, то есть, начало одного проводника будет соединяться с концом другого. Основная особенность данного соединения заключается в том, что все проводники принадлежат одному проводу, нет никаких разветвлений. Через каждый из проводников будет протекать один и тот же электрический ток. Но суммарное напряжение на проводниках будет равняться вместе взятым напряжениям на каждом из них.

Рассмотрим некоторое количество резисторов, соединенных последовательно. Так как нет разветвлений, то количество проходящего заряда через один проводник, будет равно количеству заряда, прошедшего через другой проводник. Силы тока на всех проводниках будут одинаковыми. Это основная особенность данного соединения.

Это соединение можно рассмотреть иначе. Все резисторы можно заменить одним эквивалентным резистором.

Ток на эквивалентном резисторе будет совпадать с общим током, протекающим через все резисторы. Эквивалентное общее напряжение будет складываться из напряжений на каждом резисторе. Это является разностью потенциалов на резисторе.

Если воспользоваться этими правилами и законом Ома, который подходит для каждого резистора, можно доказать, что сопротивление эквивалентного общего резистора будет равно сумме сопротивлений. Следствием первых двух правил будет являться третье правило.

Применение

Последовательное соединение используется, когда нужно целенаправленно включать или выключать какой-либо прибор, выключатель соединяют с ним по последовательной схеме. Например, электрический звонок будет звенеть только тогда, когда он будет последовательно соединен с источником и кнопкой. Согласно первому правилу, если электрический ток отсутствует хотя бы на одном из проводников, то его не будет и на других проводниках. И наоборот, если ток имеется хотя бы на одном проводнике, то он будет и на всех других проводниках. Также работает карманный фонарик, в котором есть кнопка, батарейка и лампочка. Все эти элементы необходимо соединить последовательно, так как нужно, чтобы фонарик светил, когда будет нажата кнопка.

Иногда последовательное соединение не приводит к нужным целям. Например, в квартире, где много люстр, лампочек и других устройств, не следует все лампы и устройства соединять последовательно, так как никогда не требуется одновременно включать свет в каждой из комнат квартиры. Для этого последовательное и параллельное соединение рассматривают отдельно, и для подключения осветительных приборов в квартире применяют параллельный вид схемы.

Параллельное соединение

В этом виде схемы все проводники соединяются параллельно друг с другом. Все начала проводников объединены в одну точку, и все концы также соединены вместе. Рассмотрим некоторое количество однородных проводников (резисторов), соединенных по параллельной схеме.

Этот вид соединения является разветвленным. В каждой ветви содержится по одному резистору. Электрический ток, дойдя до точки разветвления, разделяется на каждый резистор, и будет равняться сумме токов на всех сопротивлениях. Напряжение на всех элементах, соединенных параллельно, является одинаковым.

Все резисторы можно заменить одним эквивалентным резистором. Если воспользоваться законом Ома, можно получить выражение сопротивления. Если при последовательном соединении сопротивления складывались, то при параллельном будут складываться величины обратные им, как записано в формуле выше.

Применение

Если рассматривать соединения в бытовых условиях, то в квартире лампы освещения, люстры должны быть соединены параллельно. Если их соединить последовательно, то при включении одной лампочки мы включим все остальные. При параллельном же соединении мы можем, добавляя соответствующий выключатель в каждую из ветвей, включать соответствующую лампочку по мере желания. При этом такое включение одной лампы не влияет на остальные лампы.

Все электрические бытовые устройства в квартире соединены параллельно в сеть с напряжением 220 В, и подключены к распределительному щитку. Другими словами, параллельное соединение используется при необходимости подключения электрических устройств независимо друг от друга. Последовательное и параллельное соединение имеют свои особенности. Существуют также смешанные соединения.

Работа тока

Последовательное и параллельное соединение, рассмотренное ранее, было справедливо для величин напряжения, сопротивления и силы тока, являющихся основными. Работа тока определяется по формуле:

А = I х U х t, где А – работа тока, t – время течения по проводнику.

Для определения работы при последовательной схеме соединения, необходимо заменить в первоначальном выражении напряжение. Получаем:

А=I х (U1 + U2) х t

Раскрываем скобки и получаем, что на всей схеме работа определяется суммой на каждой нагрузке.

Точно также рассматриваем параллельную схему соединения. Только меняем уже не напряжение, а силу тока. Получается результат:

А = А1+А2

Мощность тока

При рассмотрении формулы мощности участка цепи снова необходимо пользоваться формулой:

Р=U х I

После аналогичных рассуждений выходит результат, что последовательное и параллельное соединение можно определить следующей формулой мощности:

Р=Р1 + Р2

Другими словами, при любых схемах общая мощность равна сумме всех мощностей в схеме. Этим можно объяснить, что не рекомендуется включать в квартире сразу несколько мощных электрических устройств, так как проводка может не выдержать такой мощности.

Влияние схемы соединения на новогоднюю гирлянду

После перегорания одной лампы в гирлянде можно определить вид схемы соединения. Если схема последовательная, то не будет гореть ни одной лампочки, так как сгоревшая лампочка разрывает общую цепь. Чтобы выяснить, какая именно лампочка сгорела, нужно проверять все подряд. Далее, заменить неисправную лампу, гирлянда будет функционировать.

При применении параллельной схемы соединения гирлянда будет продолжать работать, даже если одна или несколько ламп сгорели, так как цепь не разорвана полностью, а только один небольшой параллельный участок. Для восстановления такой гирлянды достаточно увидеть, какие лампы не горят, и заменить их.

Последовательное и параллельное соединение для конденсаторов

При последовательной схеме возникает такая картина: заряды от положительного полюса источника питания идут только на наружные пластины крайних конденсаторов. Конденсаторы, находящиеся между ними, передают заряд по цепи. Этим объясняется появление на всех пластинах равных зарядов с разными знаками. Исходя из этого, заряд любого конденсатора, соединенного по последовательной схеме, можно выразить такой формулой:

qобщ= q1 = q2 = q3

Для определения напряжения на любом конденсаторе, необходима формула:

U= q/С

Где С — емкость. Суммарное напряжение выражается таким же законом, который подходит для сопротивлений. Поэтому получаем формулу емкости:

С= q/(U1 + U2 + U3)

Чтобы сделать эту формулу проще, можно перевернуть дроби и заменить отношение разности потенциалов к заряду емкости. В результате получаем:

1/С= 1/С1 + 1/С2 + 1/C3

Немного иначе рассчитывается параллельное соединение конденсаторов.

Общий заряд вычисляется как сумма всех зарядов, накопившихся на пластинах всех конденсаторов. А величина напряжения также вычисляется по общим законам. В связи с этим формула суммарной емкости при параллельной схеме соединения выглядит так:

С= (q1 + q2 + q3)/U

Это значение рассчитывается как сумма каждого прибора в схеме:

С=С1 + С2 + С3

Смешанное соединение проводников

В электрической схеме участки цепи могут иметь и последовательное и параллельное соединение, переплетающихся между собой. Но все законы, рассмотренные выше для отдельных видов соединений, справедливы по-прежнему, и используются по этапам.

Сначала нужно мысленно разложить схему на отдельные части. Для лучшего представления ее рисуют на бумаге. Рассмотрим наш пример по изображенной выше схеме.

Удобнее всего ее изобразить, начиная с точек Б и В. Они расставляются на некотором расстоянии между собой и от края листа бумаги. С левой стороны к точке Б подключается один провод, а справа отходят два провода. Точка В наоборот, слева имеет две ветки, а после точки отходит один провод.

Далее нужно изобразить пространство между точками. По верхнему проводнику расположены 3 сопротивления с условными значениями 2, 3, 4. Снизу будет идти ток с индексом 5. Первые 3 сопротивления включены в схему последовательно, а пятый резистор подключен параллельно.

Остальные два сопротивления (первый и шестой) подключены последовательно с рассматриваемым нами участком Б-В. Поэтому схему дополняем 2-мя прямоугольниками по сторонам от выбранных точек.

Теперь используем формулу расчета сопротивления:

  • Первая формула для последовательного вида соединения.
  • Далее, для параллельной схемы.
  • И окончательно для последовательной схемы.

Аналогичным образом можно разложить на отдельные схемы любую сложную схему, включая соединения не только проводников в виде сопротивлений, но и конденсаторов. Чтобы научиться владеть приемами расчета по разным видам схем, необходимо потренироваться на практике, выполнив несколько заданий.

Параллельное соединение резисторов

Физика > Параллельное соединение резисторов

 

Чему равно сопротивление резисторов при параллельном соединении: общее сопротивление цепи, схема параллельного соединения, формула закона Ома, расчет.

В параллельной цепи полное сопротивление достигает суммы инверсии каждого.

Задача обучения

  • Определить общее сопротивление.

Основные пункты

  • В параллельном соединении полное сопротивление меньше, чем наименьшее из отдельных.
  • Каждый резистор наделен одним напряжением.
  • Параллельные резисторы получают общее количество тока, но и делят его.

Термины

  • Параллельность – расположение электрических составляющих так, чтобы ток протекал вдоль двух или более путей.
  • Сопротивление – противодействие потоку электрического тока.

Обзор

Резисторы в электрической схеме цепи могут располагаться последовательно или параллельно. Полное сопротивление зависит от индивидуальных значений и метода связи.

Параллельное соединение

Мы сталкиваемся с параллельным соединением резисторов, если каждый резистор подключается к источнику напряжения индивидуально. Поэтому каждый обладает полным напряжением. Ниже представлена схема параллельного соединения резисторов в электрической цепи.

Параллельное соединение резисторов

Резисторы используют столько тока, как если бы они были единственными в цепи. Это применяют в доме, чтобы обеспечить независимую работу прибора.

Закон Ома в параллельном подключении

У каждого резистора есть полное напряжение. Тогда закон Ома будет выглядеть как:

I1 = V/R1

I2 = V/R2

I3 = V/R3.

Суммарный ток будет приравниваться к результату сложения отдельных:

Три резистора в параллельном соединении с батареей и эквивалентным сопротивлением

I = I1 + I2 + I3.

Подставим выражение для отдельных токов: I = V/R1 + V/R2 + V/R3 или I = V (1/R1 + 1/R2 + 1/R3).

Мы видим, что общее сопротивление в параллельном подключении достигает суммы инверсии каждого отдельного. Поэтому выходим на формулу:

Rn(параллельно) = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 … + 1/Rn.

Подобное соотношение выводит на суммарное сопротивление, которое уступает наименьшему из индивидуальных. При параллельном подключении больше тока протекает от источника, чем поток для каждого по отдельности, поэтому сопротивление ниже.

Каждый резистор обладает полным напряжением источника, но и разделяют общий ток. Например, у нас есть батарея 1.5В. В последовательном подключении две лампочки будут гореть также ярко, как если бы это была всего одна. Однако батарея расходуется быстрее, потому что гарантирует полную энергию сразу для двух лампочек.


Параллельное соединение активных двухполюсников — FREEWRITERS


Соберем установку (рис. 1) из двух параллельно включенных активных двухполюсников (аккумуляторы в режимах источника и потребителя) и одного пассивного (ламповый реостат).
 
Рис. 1.
Смотрите также:
 Пример решения конкретной задачи методом наложения
Проведем исследование холостого хода источника (реостат отключен) и под нагрузкой. Схемы замещения проведенных исследований показаны на рис. 2.
 
Рис. 2.
Для схемы (а) по закону Ома ток уравновешивания источников составит:

Для схемы (б) по первому закону Кирхгофа, согласно с принятыми направлениями токов запишем: По второму закону Кирхгофа

отсюда

Для эквивалентной схемы (в) Отсюда

Если составить два выражения для тока I, получим соотношение между параметрами схем (а) и (б)

Анализ математических выражений режимов холостого хода и под нагрузкой показывает, что на холостом ходу второй аккумулятор заряжается (работает как потребитель) – ток I направлен навстречу ЭДС Е2. С уменьшением сопротивления Rн увеличивается ток I, уменьшается напряжение и при некотором I, если UАВ
Если обобщить результат для параллельного соединения произвольного количества активных ветвей (рис. 3), то общий ток I (при указанных положительных направлениях) равняется сумме токов в ветвях: . Токи в ветвях по общему закону Ома:

Подставив значения токов в первое уравнение получим:

Для эквивалентной схемы (рис. 2, в)

Если сравнить выражения I в начальной и эквивалентной схемах, то получим выражение

Таким образом, эквивалентная ЭДС при параллельном соединении ветвей равняется алгебраической сумме вкладов проводимостей ветви и ЭДС ветви, поделенной на сумму проводимостей ветвей, или, что то же самое, общему току короткого замыкания источников (потребителей), умноженному на их эквивалентное сопротивление. Ток I распределяется между отдельными потребителями пропорционально их проводимостям. Ток каждого источника состоит из тока нагрузки Iн и тока уравновешивания I при холостом ходе.

 Заказать работу у нас!
  Решить онлайн! New!!!

 

ЭДС последовательно и параллельно

Когда используется более одного источника напряжения, они могут быть подключены последовательно или параллельно, аналогично резисторам в цепи. Когда источники напряжения включены последовательно в одном направлении, их внутренние сопротивления складываются, а их электродвижущая сила или ЭДС складываются алгебраически. Эти типы источников напряжения распространены в фонариках, игрушках и других приборах. Обычно ячейки включены последовательно, чтобы обеспечить большую суммарную ЭДС.

Фонарик и лампочка

Последовательное соединение двух источников напряжения в одном направлении.Эта схема представляет собой фонарик с двумя последовательно включенными ячейками (источниками напряжения) и одной лампочкой (сопротивление нагрузки).

Батарея — это соединение нескольких гальванических элементов. Однако недостатком такого последовательного соединения ячеек является то, что их внутреннее сопротивление увеличивается. Иногда это может быть проблематично. Например, если вы поместите в машину две батареи на 6 В вместо обычной батареи на 12 В, вы добавите как ЭДС, так и внутреннее сопротивление каждой батареи.Таким образом, у вас будет такая же ЭДС 12 В, хотя внутреннее сопротивление тогда будет удвоено, что вызовет у вас проблемы, когда вы захотите запустить двигатель.

Но, если ячейки противостоят друг другу, например, когда одна вставляется в прибор задом наперед, общая ЭДС меньше, так как это алгебраическая сумма отдельных ЭДС. Когда он перевернут, он создает ЭДС, которая противодействует другой, и приводит к разнице между двумя источниками напряжения.

Зарядное устройство

Это два источника напряжения, соединенных последовательно с противоположными ЭДС.Ток течет в направлении большей ЭДС и ограничивается суммой внутренних сопротивлений. (Обратите внимание, что каждая ЭДС представлена ​​на рисунке буквой E.) Зарядное устройство, подключенное к аккумулятору, является примером такого подключения. Зарядное устройство должно иметь большую ЭДС, чем батарея, чтобы через него протекал обратный ток.

Когда два источника напряжения с одинаковыми ЭДС соединены параллельно и также подключены к сопротивлению нагрузки, общая ЭДС равна индивидуальным ЭДС.Но общее внутреннее сопротивление уменьшается, поскольку внутренние сопротивления параллельны. Таким образом, параллельное соединение может производить больший ток.

Две одинаковые ЭДС

Два источника напряжения с идентичными ЭДС (каждый помечен буквой E), подключенные параллельно, создают одинаковую ЭДС, но имеют меньшее общее внутреннее сопротивление, чем отдельные источники. Параллельные комбинации часто используются для подачи большего тока.

10.2: Электродвижущая сила — Physics LibreTexts

Цели обучения

К концу раздела вы сможете:

  • Опишите электродвижущую силу (ЭДС) и внутреннее сопротивление батареи
  • Объясните, как работает аккумулятор

Если вы забыли выключить автомобильные фары, они постепенно тускнеют по мере разрядки аккумулятора. Почему они не мигают внезапно, когда батарея разряжена? Их постепенное затемнение означает, что выходное напряжение батареи уменьшается по мере разряда батареи. Причина снижения выходного напряжения для разряженных батарей заключается в том, что все источники напряжения состоят из двух основных частей — источника электрической энергии и внутреннего сопротивления. В этом разделе мы исследуем источник энергии и внутреннее сопротивление.

Введение в электродвижущую силу

Voltage имеет множество источников, некоторые из которых показаны на рисунке \ (\ PageIndex {2} \).Все такие устройства создают разность потенциалов и могут подавать ток, если подключены к цепи. Особый тип разности потенциалов известен как электродвижущая сила (ЭДС) . ЭДС — это вовсе не сила, но термин «электродвижущая сила» используется по историческим причинам. Он был изобретен Алессандро Вольта в 1800-х годах, когда он изобрел первую батарею, также известную как вольтовую батарею . Поскольку электродвижущая сила не является силой, принято называть эти источники просто источниками ЭДС (произносимыми буквами «ee-em-eff»), а не источниками электродвижущей силы.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): различные источники напряжения. а) ветряная электростанция Бразос в Флуванна, штат Техас; (б) Красноярская плотина в России; (c) солнечная ферма; (d) группа никель-металлогидридных батарей. Выходное напряжение каждого устройства зависит от его конструкции и нагрузки. Выходное напряжение равно ЭДС только при отсутствии нагрузки. (кредит a: модификация работы «Leaflet» / Wikimedia Commons; кредит b: модификация работы Алекса Полежаева; кредит c: модификация работы Министерства энергетики США; кредит d: модификация работы Тиаа Монто)

Если Электродвижущая сила — это вообще не сила, тогда что такое ЭДС и что является источником ЭДС? Чтобы ответить на эти вопросы, рассмотрим простую схему лампы 12 В, подключенной к батарее 12 В, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {2} \).Батарея , может быть смоделирована как устройство с двумя выводами, которое поддерживает один вывод с более высоким электрическим потенциалом, чем второй вывод. Более высокий электрический потенциал иногда называют положительной клеммой и обозначают знаком плюс. Клемму с более низким потенциалом иногда называют отрицательной клеммой и обозначают знаком минус. Это источник ЭДС.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Источник ЭДС поддерживает на одном выводе более высокий электрический потенциал, чем на другом выводе, действуя как источник тока в цепи.

Когда источник ЭДС не подключен к лампе, нет чистого потока заряда внутри источника ЭДС. Как только батарея подключена к лампе, заряды перетекают от одной клеммы батареи через лампу (в результате чего лампа загорается) и обратно к другой клемме батареи. Если мы рассмотрим протекание положительного (обычного) тока, положительные заряды покидают положительный вывод, проходят через лампу и попадают в отрицательный вывод.

Положительный поток тока полезен для большей части анализа схем в этой главе, но в металлических проводах и резисторах наибольший вклад в ток вносят электроны, протекающие в направлении, противоположном положительному потоку тока. Поэтому более реалистично рассматривать движение электронов для анализа схемы на рисунке \ (\ PageIndex {2} \). Электроны покидают отрицательную клемму, проходят через лампу и возвращаются к положительной клемме. Чтобы источник ЭДС поддерживал разность потенциалов между двумя выводами, отрицательные заряды (электроны) должны быть перемещены с положительного вывода на отрицательный. Источник ЭДС действует как накачка заряда, перемещая отрицательные заряды от положительного вывода к отрицательному для поддержания разности потенциалов.Это увеличивает потенциальную энергию зарядов и, следовательно, электрический потенциал зарядов.

Сила, действующая на отрицательный заряд электрического поля, действует в направлении, противоположном электрическому полю, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {2} \). Чтобы отрицательные заряды переместились на отрицательную клемму, необходимо провести работу с отрицательными зарядами. Для этого требуется энергия, которая возникает в результате химических реакций в батарее. Потенциал поддерживается высоким на положительной клемме и низким на отрицательной клемме, чтобы поддерживать разность потенциалов между двумя клеммами.ЭДС равна работе, выполняемой над зарядом на единицу заряда \ (\ left (\ epsilon = \ frac {dW} {dq} \ right) \) при отсутствии тока. Поскольку единицей работы является джоуль, а единицей заряда — кулон, единицей измерения ЭДС является вольт \ ((1 \, V = 1 \, J / C) \).

Напряжение на клеммах \ (V_ {клемма} \) батареи — это напряжение, измеренное на клеммах батареи, когда к клемме не подключена нагрузка. Идеальная батарея — это источник ЭДС, который поддерживает постоянное напряжение на клеммах, независимо от тока между двумя клеммами.Идеальная батарея не имеет внутреннего сопротивления, а напряжение на клеммах равно ЭДС батареи. В следующем разделе мы покажем, что у реальной батареи есть внутреннее сопротивление, а напряжение на клеммах всегда меньше, чем ЭДС батареи.

Источник потенциала батареи

ЭДС батареи определяется сочетанием химических веществ и составом выводов батареи. Свинцово-кислотный аккумулятор , используемый в автомобилях и других транспортных средствах, является одним из наиболее распространенных сочетаний химических веществ.На рисунке \ (\ PageIndex {3} \) показана одна ячейка (одна из шести) этой батареи. Катодная (положительная) клемма ячейки соединена с пластиной из оксида свинца, а анодная (отрицательная) клемма подключена к свинцовой пластине. Обе пластины погружены в серную кислоту, электролит для системы.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Химические реакции в свинцово-кислотном элементе разделяют заряд, отправляя отрицательный заряд на анод, который соединен со свинцовыми пластинами. Пластины из оксида свинца подключаются к положительному или катодному выводу ячейки.Серная кислота проводит заряд, а также участвует в химической реакции.

Небольшое знание того, как взаимодействуют химические вещества в свинцово-кислотной батарее, помогает понять потенциал, создаваемый батареей. На рисунке \ (\ PageIndex {4} \) показан результат одной химической реакции. Два электрона помещаются на анод , что делает его отрицательным, при условии, что катод подает два электрона. Это оставляет катод положительно заряженным, потому что он потерял два электрона.Короче говоря, разделение заряда было вызвано химической реакцией.

Обратите внимание, что реакция не происходит, если нет замкнутой цепи, позволяющей подавать два электрона на катод. Во многих случаях эти электроны выходят из анода, проходят через сопротивление и возвращаются на катод. Отметим также, что, поскольку в химических реакциях участвуют вещества, обладающие сопротивлением, невозможно создать ЭДС без внутреннего сопротивления.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): В свинцово-кислотной батарее два электрона прижимаются к аноду элемента, а два электрона удаляются с катода элемента.В результате химической реакции в свинцово-кислотной батарее два электрона помещаются на анод и два электрона удаляются с катода. Для продолжения требуется замкнутая цепь, так как два электрона должны быть доставлены на катод.

Внутреннее сопротивление и напряжение на клеммах

Величина сопротивления току внутри источника напряжения называется внутренним сопротивлением . Внутреннее сопротивление батареи r может вести себя сложным образом. Обычно она увеличивается по мере разряда батареи из-за окисления пластин или снижения кислотности электролита.Однако внутреннее сопротивление также может зависеть от величины и направления тока через источник напряжения, его температуры и даже его предыстории. Внутреннее сопротивление никель-кадмиевых аккумуляторов, например, зависит от того, сколько раз и насколько глубоко они были разряжены. Простая модель батареи состоит из идеализированного источника ЭДС \ (\ epsilon \) и внутреннего сопротивления r (рисунок \ (\ PageIndex {5} \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Батарею можно смоделировать как идеализированную ЭДС \ ((\ epsilon) \) с внутренним сопротивлением ( r ).Напряжение на клеммах аккумулятора равно \ (V_ {terminal} = \ epsilon — Ir \).

Предположим, что внешний резистор, известный как сопротивление нагрузки R , подключен к источнику напряжения, например батарее, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {6} \). На рисунке показана модель батареи с ЭДС ε, внутренним сопротивлением R и нагрузочным резистором R , подключенным к ее клеммам. При обычном протекании тока положительные заряды покидают положительную клемму батареи, проходят через резистор и возвращаются к отрицательной клемме батареи.Напряжение на клеммах аккумулятора зависит от ЭДС, внутреннего сопротивления и силы тока и равно

.

Примечание

\ [V_ {терминал} = \ epsilon — Ir \]

При заданной ЭДС и внутреннем сопротивлении напряжение на клеммах уменьшается по мере увеличения тока из-за падения потенциала Ir внутреннего сопротивления.

Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): Схема источника напряжения и его нагрузочного резистора R . Поскольку внутреннее сопротивление r последовательно с нагрузкой, оно может существенно повлиять на напряжение на клеммах и ток, подаваемый на нагрузку.

График разности потенциалов на каждом элементе цепи показан на рисунке \ (\ PageIndex {7} \). По цепи проходит ток I , а падение потенциала на внутреннем резисторе равно Ir . Напряжение на клеммах равно \ (\ epsilon — Ir \), что равно падению потенциала на нагрузочном резисторе \ (IR = \ epsilon — Ir \). Как и в случае с потенциальной энергией, важно изменение напряжения. Когда используется термин «напряжение», мы предполагаем, что на самом деле это изменение потенциала, или \ (\ Delta V \).Однако \ (\ Delta \) часто для удобства опускается.

Рисунок \ (\ PageIndex {7} \): график напряжения в цепи батареи и сопротивления нагрузки. Электрический потенциал увеличивает ЭДС батареи из-за химических реакций, выполняющих работу с зарядами. В аккумуляторе происходит снижение электрического потенциала из-за внутреннего сопротивления. Потенциал уменьшается из-за внутреннего сопротивления \ (- Ir \), в результате чего напряжение на клеммах батареи равно \ ((\ epsilon — Ir) \). Затем напряжение уменьшается на ( IR ). Ток равен \ (I = \ frac {\ epsilon} {r + R} \).

Ток через нагрузочный резистор равен \ (I = \ frac {\ epsilon} {r + R} \). Из этого выражения видно, что чем меньше внутреннее сопротивление r , тем больший ток подает источник напряжения на свою нагрузку R . По мере разряда батарей r увеличивается. Если r становится значительной частью сопротивления нагрузки, то ток значительно снижается, как показано в следующем примере.

Пример \ (\ PageIndex {1} \): анализ цепи с батареей и нагрузкой

Данная батарея имеет ЭДС 12,00 В и внутреннее сопротивление \ (0,100 \, \ Омега \). (a) Рассчитайте напряжение на его клеммах при подключении к нагрузке с \ (10.00 \, \ Omega \). (b) Какое напряжение на клеммах при подключении к нагрузке \ (0.500 \, \ Omega \)? (c) Какая мощность рассеивается при нагрузке \ (0.500 \, \ Omega \)? (d) Если внутреннее сопротивление увеличивается до \ (0. 500 \, \ Omega \), найдите ток, напряжение на клеммах и мощность, рассеиваемую элементом \ (0.500 \, \ Omega \) загрузка.

Стратегия

Приведенный выше анализ дал выражение для тока с учетом внутреннего сопротивления. Как только ток будет найден, напряжение на клеммах можно рассчитать с помощью уравнения \ (V_ {terminal} = \ epsilon — Ir \). Как только ток будет найден, мы также сможем найти мощность, рассеиваемую резистором.

Решение

  1. Ввод заданных значений ЭДС, сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления в выражение выше дает \ [I = \ frac {\ epsilon} {R + r} = \ frac {12.00 \, V} {10.10 \, \ Omega} = 1.188 \, A. \] Введите известные значения в уравнение \ (V_ {terminal} = \ epsilon — Ir \), чтобы получить напряжение на клеммах: \ [V_ { клемма} = \ epsilon — Ir = 12.00 \, V — (1.188 \, A) (0.100 \, \ Omega) = 11.90 \, V. \] Напряжение на клеммах здесь лишь немного ниже, чем ЭДС, что означает, что ток втягивается этой легкой нагрузкой незначительно.
  2. Аналогично, с \ (R_ {load} = 0.500 \, \ Omega \), ток равен \ [I = \ frac {\ epsilon} {R + r} = \ frac {12.00 \, V} {0.2} {R} \) или \ (IV \), где В, — напряжение на клеммах (в данном случае 10,0 В).
  3. Здесь внутреннее сопротивление увеличилось, возможно, из-за разряда батареи, до точки, в которой оно равно сопротивлению нагрузки. Как и раньше, мы сначала находим ток, вводя известные значения в выражение, получая \ [I = \ frac {\ epsilon} {R + r} = \ frac {12.00 \, V} {1.00 \, \ Omega} = 12.00 \, A. \] Теперь напряжение на клеммах равно \ [V_ {terminal} = \ epsilon — Ir = 12.00 \, V — (12.2 (0.500 \, \ Omega) = 72.00 \, W. \] Мы видим, что увеличенное внутреннее сопротивление значительно снизило напряжение на клеммах, ток и мощность, подаваемую на нагрузку.

Значение

Внутреннее сопротивление батареи может увеличиваться по многим причинам. Например, внутреннее сопротивление перезаряжаемой батареи увеличивается с увеличением количества раз, когда батарея перезаряжается. Повышенное внутреннее сопротивление может иметь двоякое влияние на аккумулятор.Сначала снизится напряжение на клеммах. Во-вторых, аккумулятор может перегреться из-за повышенной мощности, рассеиваемой внутренним сопротивлением.

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

Если вы поместите провод прямо между двумя выводами батареи, эффективно закоротив клеммы, батарея начнет нагреваться. Как вы думаете, почему это происходит?

Раствор

Если к клеммам подсоединен провод, сопротивление нагрузки близко к нулю или, по крайней мере, значительно меньше внутреннего сопротивления батареи.2р) \). Мощность рассеивается в виде тепла.

Тестеры батарей

Тестеры батарей, такие как те, что показаны на рисунке \ (\ PageIndex {8} \), используют малые нагрузочные резисторы, чтобы намеренно потреблять ток, чтобы определить, падает ли потенциал клемм ниже допустимого уровня. Хотя измерить внутреннее сопротивление батареи сложно, тестеры батареи могут обеспечить измерение внутреннего сопротивления батареи. Если внутреннее сопротивление велико, батарея разряжена, о чем свидетельствует низкое напряжение на клеммах.

Рисунок \ (\ PageIndex {8} \): Тестеры батарей измеряют напряжение на клеммах под нагрузкой, чтобы определить состояние батареи. (a) Техник-электронщик ВМС США использует тестер аккумуляторов для проверки больших аккумуляторов на борту авианосца USS Nimitz . Тестер батарей, который она использует, имеет небольшое сопротивление, которое может рассеивать большое количество энергии. (b) Показанное небольшое устройство используется на небольших батареях и имеет цифровой дисплей для индикации допустимого напряжения на клеммах. (кредит А: модификация работы Джейсона А.Джонстон; кредит b: модификация работы Кейта Уильямсона)

Некоторые батареи можно заряжать, пропуская через них ток в направлении, противоположном току, который они подают в прибор. Это обычно делается в автомобилях и батареях для небольших электроприборов и электронных устройств (Рисунок \ (\ PageIndex {9} \)). Выходное напряжение зарядного устройства аккумулятора должно быть больше, чем ЭДС аккумулятора, чтобы ток через него реверсировал. Это приводит к тому, что напряжение на клеммах аккумулятора превышает ЭДС, поскольку \ (V = \ epsilon — Ir \) и I теперь отрицательны.

Рисунок \ (\ PageIndex {9} \): автомобильное зарядное устройство меняет нормальное направление тока через аккумулятор, обращая вспять его химическую реакцию и пополняя ее химический потенциал.

Важно понимать последствия внутреннего сопротивления источников ЭДС, таких как батареи и солнечные элементы, но часто анализ цепей выполняется с помощью напряжения на клеммах батареи, как мы делали в предыдущих разделах. Напряжение на клеммах обозначается просто как В , без индекса «клемма».Это связано с тем, что внутреннее сопротивление батареи трудно измерить напрямую, и оно может со временем измениться.

Авторы и авторство

Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

Серия

и параллельные схемы

СЕРИИ И ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ

После прочтения этого раздела вы сможете сделать следующее:

  • Объясните, как формируется цепь.
  • Перечислите примеры источников, от которых может поступать напряжение для любой электрической цепи.
  • Сравните разницу между кинетической и потенциальной энергией.
  • Обсудите, что произошло бы, если бы резистор не был включен в цепь.

Когда мы соединяем различные компоненты вместе проводами, мы создаем электрическую цепь. Электроны должны иметь источник напряжения, чтобы создавать свое движение, и, конечно же, им нужен путь, по которому они могут двигаться.Этот путь должен быть полным от источника ЭМП через другие компоненты, а затем обратно к источнику ЭМП.

Напряжение в любой электрической цепи может поступать от множества различных источников. Вот некоторые общие примеры: батареи, электростанции, топливные элементы.

Электростанция Батарея фонарика
Автомобильный аккумулятор Топливный элемент

Когда мы подключаем прибор к розетке, нам доступны напряжение и сила тока.Это напряжение на самом деле создается на электростанции где-то в другом месте, а затем подается в ваш дом с помощью силовых проводов, которые находятся на столбах или закопаны под землей.

Фактически, поскольку ток не может течь без источника напряжения, мы также называем эти источники источниками тока. Другими словами, без источника напряжения не будет протекать ток. Это делает его источником тока вместо источника напряжения.

Батареи создают напряжение в результате химического процесса.Электростанции вырабатывают электричество с помощью множества механических методов. Некоторые сжигают уголь или газ для создания пара, в то время как другие используют воду, протекающую через плотину на озере. Есть также атомные электростанции. Все эти энергетические системы вращают большие турбины, которые вращают вал генератора. Все эти источники электричества преобразуют то, что называется потенциальной энергией в кинетическую энергию. Потенциальная энергия хранится в топливе, будь то уголь, газ, уран, вода в плотине и т. Д.Когда мы используем эти виды топлива для производства электроэнергии, они превращаются в кинетическую энергию.

Можно сказать, что потенциальная энергия ожидает использования, пока используется кинетическая энергия.

В дополнение к источнику напряжения нам нужны провода и другие компоненты для построения электрической цепи. Помните, что медные провода являются проводниками, поскольку они могут легко проводить поток электронов. Мы также можем использовать резисторы или другие виды нагрузок, чтобы сформировать полную цепь. Если мы не включили резисторы в нашу схему, может быть слишком большой ток, протекающий к нашему источнику напряжения и от него, и мы можем повредить источник напряжения.

Обзор

  1. Провода и различные компоненты, соединенные вместе, образуют цепь.
  2. Электростанции и топливные элементы — некоторые примеры источников, из которых может поступать напряжение для любой электрической цепи.

6.1 Электродвижущая сила — Введение в электричество, магнетизм и электрические схемы

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

К концу раздела вы сможете:
  • Опишите электродвижущую силу (ЭДС) и внутреннее сопротивление батареи
  • Объясните, как работает аккумулятор

Если вы забыли выключить автомобильные фары, они постепенно тускнеют по мере разрядки аккумулятора. Почему они не мигают внезапно, когда батарея разряжена? Их постепенное затемнение означает, что выходное напряжение батареи уменьшается по мере разряда батареи. Причина снижения выходного напряжения для разряженных батарей заключается в том, что все источники напряжения состоят из двух основных частей — источника электрической энергии и внутреннего сопротивления. В этом разделе мы исследуем источник энергии и внутреннее сопротивление.

Введение в электродвижущую силу

Voltage имеет множество источников, некоторые из которых показаны на рисунке 6.1.1. Все такие устройства создают разность потенциалов и могут подавать ток, если подключены к цепи. Особый тип разности потенциалов известен как электродвижущая сила (ЭДС) (ЭДС). ЭДС — это вовсе не сила, но термин «электродвижущая сила» используется по историческим причинам. Он был изобретен Алессандро Вольта в 1800-х годах, когда он изобрел первую батарею, также известную как вольтовую батарею . Поскольку электродвижущая сила не является силой, принято называть эти источники просто источниками ЭДС (произносимыми буквами «ee-em-eff»), а не источниками электродвижущей силы.

(рисунок 6.1.1)

Рисунок 6.1.1. Разнообразные источники напряжения. а) ветряная электростанция Бразос в Флуванна, штат Техас; (б) Красноярская плотина в России; (c) солнечная ферма; (d) группа никель-металлогидридных батарей. Выходное напряжение каждого устройства зависит от его конструкции и нагрузки. Выходное напряжение равно ЭДС только при отсутствии нагрузки. (кредит a: модификация работы «Leaflet» / Wikimedia Commons; кредит b: модификация работы Алекса Полежаева; кредит c: модификация работы Министерства энергетики США; кредит d: модификация работы Тиаа Монто)

Если электродвижущая сила вовсе не сила, то что такое ЭДС и что является источником ЭДС? Чтобы ответить на эти вопросы, рассмотрим простую схему лампы, подключенной к батарее, как показано на рисунке 6.1.2. Батарея , может быть смоделирована как устройство с двумя выводами, которое поддерживает один вывод с более высоким электрическим потенциалом, чем второй вывод. Более высокий электрический потенциал иногда называют положительной клеммой и обозначают знаком плюс. Клемму с более низким потенциалом иногда называют отрицательной клеммой и обозначают знаком минус. Это источник ЭДС.

(рисунок 6.1.2)

Рисунок 6.1.2. Источник ЭДС поддерживает на одном выводе более высокий электрический потенциал, чем на другом выводе, действуя как источник тока в цепи.

Когда источник ЭДС не подключен к лампе, нет чистого потока заряда внутри источника ЭДС. Как только батарея подключена к лампе, заряды перетекают от одной клеммы батареи через лампу (в результате чего лампа загорается) и обратно к другой клемме батареи. Если мы рассмотрим протекание положительного (обычного) тока, положительные заряды покидают положительный вывод, проходят через лампу и попадают в отрицательный вывод.

Положительный поток тока полезен для большей части анализа схем в этой главе, но в металлических проводах и резисторах наибольший вклад в ток вносят электроны, протекающие в направлении, противоположном положительному потоку тока. Поэтому более реалистично рассмотреть движение электронов для анализа схемы на рисунке 6.1.2. Электроны покидают отрицательную клемму, проходят через лампу и возвращаются к положительной клемме. Чтобы источник ЭДС поддерживал разность потенциалов между двумя выводами, отрицательные заряды (электроны) должны быть перемещены с положительного вывода на отрицательный. Источник ЭДС действует как накачка заряда, перемещая отрицательные заряды от положительного вывода к отрицательному для поддержания разности потенциалов.Это увеличивает потенциальную энергию зарядов и, следовательно, электрический потенциал зарядов.

Сила, действующая на отрицательный заряд от электрического поля, действует в направлении, противоположном электрическому полю, как показано на рисунке 6.1.2. Чтобы отрицательные заряды переместились на отрицательную клемму, необходимо провести работу с отрицательными зарядами. Для этого требуется энергия, которая возникает в результате химических реакций в батарее. Потенциал поддерживается высоким на положительной клемме и низким на отрицательной клемме, чтобы поддерживать разность потенциалов между двумя клеммами. ЭДС равна работе, выполняемой над зарядом на единицу заряда () при отсутствии тока. Поскольку единицей измерения работы является джоуль, а единицей заряда — кулон, единицей измерения ЭДС является вольт ().

Напряжение на клеммах батареи — это напряжение, измеренное на клеммах батареи, когда к клемме не подключена нагрузка. Идеальная батарея — это источник ЭДС, который поддерживает постоянное напряжение на клеммах, независимо от тока между двумя клеммами.Идеальная батарея не имеет внутреннего сопротивления, а напряжение на клеммах равно ЭДС батареи. В следующем разделе мы покажем, что у реальной батареи есть внутреннее сопротивление, а напряжение на клеммах всегда меньше, чем ЭДС батареи.

Источник потенциала батареи

ЭДС батареи определяется сочетанием химических веществ и составом выводов батареи. Свинцово-кислотный аккумулятор , используемый в автомобилях и других транспортных средствах, является одним из наиболее распространенных сочетаний химических веществ. На рисунке 6.1.3 показан один элемент (один из шести) этой батареи. Катодная (положительная) клемма ячейки соединена с пластиной из оксида свинца, а анодная (отрицательная) клемма подключена к свинцовой пластине. Обе пластины погружены в серную кислоту, электролит для системы.

(рисунок 6.1.3)

Рисунок 6.1.3 Химические реакции в свинцово-кислотном элементе разделяют заряд, отправляя отрицательный заряд на анод, который соединен со свинцовыми пластинами. Пластины из оксида свинца подключаются к положительному или катодному выводу ячейки.Серная кислота проводит заряд, а также участвует в химической реакции.

Небольшое знание того, как взаимодействуют химические вещества в свинцово-кислотной батарее, помогает понять потенциал, создаваемый батареей. На рисунке 6.1.4 показан результат одной химической реакции. Два электрона помещаются на анод , что делает его отрицательным, при условии, что катод снабжает два электрона. Это оставляет катод и положительно заряженным, потому что он потерял два электрона. Короче говоря, разделение заряда было вызвано химической реакцией.

Обратите внимание, что реакция не происходит, если нет замкнутой цепи, позволяющей подавать два электрона на катод. Во многих случаях эти электроны выходят из анода, проходят через сопротивление и возвращаются на катод. Отметим также, что, поскольку в химических реакциях участвуют вещества, обладающие сопротивлением, невозможно создать ЭДС без внутреннего сопротивления.

(рисунок 6.1,4)

Рис. 6.1.4. В свинцово-кислотной батарее два электрона принудительно направляются на анод элемента, а два электрона удаляются с катода элемента. В результате химической реакции в свинцово-кислотной батарее два электрона помещаются на анод и два электрона удаляются с катода. Для продолжения требуется замкнутая цепь, так как два электрона должны быть доставлены на катод.

Внутреннее сопротивление и напряжение на клеммах

Величина сопротивления прохождению тока внутри источника напряжения называется внутренним сопротивлением . Внутреннее сопротивление батареи может вести себя сложным образом. Обычно она увеличивается по мере разряда батареи из-за окисления пластин или снижения кислотности электролита. Однако внутреннее сопротивление также может зависеть от величины и направления тока через источник напряжения, его температуры и даже его предыстории. Внутреннее сопротивление никель-кадмиевых аккумуляторов, например, зависит от того, сколько раз и насколько глубоко они были разряжены. Простая модель батареи состоит из идеализированного источника ЭДС и внутреннего сопротивления (рисунок 6.1.5).

(рисунок 6.1.5)

Рисунок 6.1.5 Батарею можно смоделировать как идеализированную ЭДС () с внутренним сопротивлением (). Напряжение на клеммах аккумулятора составляет.

Предположим, что внешний резистор, известный как сопротивление нагрузки, подключен к источнику напряжения, например, к батарее, как показано на рисунке 6.1.6. На рисунке показана модель батареи с ЭДС, внутренним сопротивлением и нагрузочным резистором, подключенным к ее клеммам. При обычном протекании тока положительные заряды покидают положительную клемму батареи, проходят через резистор и возвращаются к отрицательной клемме батареи.Напряжение на клеммах аккумулятора зависит от ЭДС, внутреннего сопротивления и силы тока и равно

.

(6.1.1)

При заданной ЭДС и внутреннем сопротивлении напряжение на клеммах уменьшается по мере увеличения тока из-за падения потенциала внутреннего сопротивления.

(рисунок 6.1.6)

Рисунок 6.1.6. Схема источника напряжения и его нагрузочного резистора. Поскольку внутреннее сопротивление последовательно с нагрузкой, оно может существенно повлиять на напряжение на клеммах и ток, подаваемый на нагрузку.

График разности потенциалов на каждом элементе цепи показан на рисунке 6.1.7. В цепи протекает ток, и падение потенциала на внутреннем резисторе равно. Напряжение на клеммах равно, что равно падению потенциала на нагрузочном резисторе. Как и в случае с потенциальной энергией, важно изменение напряжения. Когда используется термин «напряжение», мы предполагаем, что это на самом деле изменение потенциала, или. Однако для удобства часто опускается.

(рисунок 6.1.7)

Ток через нагрузочный резистор равен. Из этого выражения видно, что чем меньше внутреннее сопротивление, тем больше ток, подаваемый источником напряжения на свою нагрузку. По мере разряда аккумуляторов увеличивается. Если становится значительной частью сопротивления нагрузки, то ток значительно снижается, как показано в следующем примере.

ПРИМЕР 6.1.1


Анализ цепи с аккумулятором и нагрузкой

У данной батареи есть ЭДС и внутреннее сопротивление.(a) Рассчитайте напряжение на его клеммах при подключении к нагрузке. (b) Какое напряжение на клеммах при подключении к нагрузке? (c) Какая мощность рассеивает нагрузка? (d) Если внутреннее сопротивление увеличивается до, найдите ток, напряжение на клеммах и мощность, рассеиваемую нагрузкой.

Стратегия

Приведенный выше анализ дал выражение для тока с учетом внутреннего сопротивления. Как только ток будет найден, можно рассчитать напряжение на клеммах, используя уравнение. Как только ток будет найден, мы также сможем найти мощность, рассеиваемую резистором.

Решение

а. Ввод данных значений ЭДС, сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления в выражение выше дает

Введите известные значения в уравнение, чтобы получить напряжение на клеммах:

Напряжение на клеммах здесь лишь немного ниже, чем ЭДС, что означает, что ток, потребляемый этой легкой нагрузкой, не имеет значения.

г. Аналогично с, ток

Напряжение на клеммах теперь

Напряжение на клеммах значительно снизилось по сравнению с ЭДС, что означает большую нагрузку на эту батарею.«Сильная нагрузка» означает большее потребление тока от источника, но не большее сопротивление.

г. Мощность, рассеиваемую нагрузкой, можно найти по формуле. Ввод известных значений дает

Обратите внимание, что эту мощность также можно получить с помощью выражения или, где — напряжение на клеммах (в данном случае).

г. Здесь внутреннее сопротивление увеличилось, возможно, из-за разряда батареи, до точки, в которой оно равно сопротивлению нагрузки.Как и раньше, мы сначала находим ток, вводя известные значения в выражение, что дает

Теперь напряжение на клеммах

, а мощность, рассеиваемая нагрузкой, равна

.

Мы видим, что увеличенное внутреннее сопротивление значительно снизило напряжение на клеммах, ток и мощность, подаваемую на нагрузку.

Значение

Внутреннее сопротивление батареи может увеличиваться по многим причинам.Например, внутреннее сопротивление перезаряжаемой батареи увеличивается с увеличением количества раз, когда батарея перезаряжается. Повышенное внутреннее сопротивление может иметь двоякое влияние на аккумулятор. Сначала снизится напряжение на клеммах. Во-вторых, аккумулятор может перегреться из-за повышенной мощности, рассеиваемой внутренним сопротивлением.

ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 6.1

Если вы поместите провод прямо между двумя выводами батареи, эффективно закоротив клеммы, батарея начнет нагреваться. Как вы думаете, почему это происходит?

Тестеры аккумуляторов

Тестеры батарей , такие как показанные на рис. 6.1.8, используют малые нагрузочные резисторы, чтобы намеренно потреблять ток, чтобы определить, падает ли потенциал клемм ниже допустимого уровня. Хотя измерить внутреннее сопротивление батареи сложно, тестеры батареи могут обеспечить измерение внутреннего сопротивления батареи. Если внутреннее сопротивление велико, батарея разряжена, о чем свидетельствует низкое напряжение на клеммах.

(рисунок 6.1.8)

Рисунок 6.1.8 Тестеры батарей измеряют напряжение на клеммах под нагрузкой, чтобы определить состояние батареи. (a) Техник-электронщик ВМС США использует тестер аккумуляторов для проверки больших аккумуляторов на борту авианосца USS Nimitz . Тестер батарей, который она использует, имеет небольшое сопротивление, которое может рассеивать большое количество энергии. (b) Показанное небольшое устройство используется на небольших батареях и имеет цифровой дисплей для индикации допустимого напряжения на клеммах. (кредит А: модификация работы Джейсона А. Джонстона; кредит б: модификация работы Кейта Уильямсона)

Некоторые батареи можно заряжать, пропуская через них ток в направлении, противоположном току, который они подают в прибор. Это обычно делается в автомобилях и батареях для небольших электроприборов и электронных устройств (рис. 6.1.9). Выходное напряжение зарядного устройства аккумулятора должно быть больше, чем ЭДС аккумулятора, чтобы ток через него реверсировал. Это приводит к тому, что напряжение на клеммах аккумулятора становится больше, чем ЭДС, так как и теперь отрицательны.

(рисунок 6.1.9)

Рисунок 6.1.9 Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора меняет нормальное направление тока через аккумулятор, обращая вспять его химическую реакцию и пополняя ее химический потенциал.

Важно понимать последствия внутреннего сопротивления источников ЭДС, таких как батареи и солнечные элементы, но часто анализ цепей выполняется с помощью напряжения на клеммах батареи, как мы делали в предыдущих разделах. Напряжение на клеммах обозначается просто, без индекса «клемма».Это связано с тем, что внутреннее сопротивление батареи трудно измерить напрямую, и оно может со временем измениться.

Candela Citations

Лицензионный контент CC, конкретная атрибуция

  • Загрузите бесплатно по адресу http://cnx.org/contents/[email protected] Получено с : http://cnx.org/contents/[email protected] Лицензия : CC BY: Атрибуция

На схеме ниже показаны два источника ЭДС и лампа, соединенные параллельно.Также подключен …

  • На схеме ниже показаны два источника ЭДС и лампочка. подключены параллельно. Также подключен …

    На схеме ниже показаны два источника ЭДС и лампочка. подключены параллельно. Также в схему включен резистор. с сопротивлением R = 0,2 Ом . Сопротивление лампочки Rb = 0,5? , причем каждый из источников имеет внутреннее сопротивление: r1 = 0,025 Ом. и r2 = 0,02? . Если E1 = 13,0 В и E2 = 5,0 В, рассчитайте ток I2. течет в источнике ЭДС Е2.Полезная стратегия для оценки вашего ответа …

  • Два резистора соединены последовательно с батареей, ЭДС которой составляет 35 В, как показано …

    Два резистора соединены последовательно с батареей, ЭДС которой составляет 35 В, как показано на рисунке ниже. Сопротивление резистора 1 R1 = 37 и резистора 2 R2 = 57 2. Какое значение тока протекает через цепь? R1 E R2 На рисунке ниже лампа B ярче лампы C, которая ярче лампы A.Оцените величину разности потенциалов (напряжений) между лампочками, сначала самые большие …

  • 10. В схеме ниже аккумулятор имеет ЭДС, ε, равную 1,5 В, и …

    10. В приведенной ниже схеме аккумулятор имеет ЭДС, ε, равную 1,5 В, и внутреннее сопротивление, r, равное 3,0 12. Сопротивление R1 составляет 5,0 12, сопротивление R2 составляет 8,0 Н, а сопротивление R3 составляет 6.0 12. R2 w Ri R3 winti a) Какое падение напряжения на R1? б) Какое напряжение на клеммах аккумулятора? c) Если в цепь добавлен еще один резистор, параллельный R2, сработает. ..

  • В схеме, показанной на рисунке 6 (б), источник ЭДС E = 12 В и сопротивление …

    В схеме, показанной на рисунке 6 (б), источник ЭДС E = 12 В и сопротивление r = 0,3,2 подключен к двум резисторам R1 = 1,52 и R2 = 1,212. Два конденсатора C1 = 0,05 мкФ и C2 = 0,02 мкФ подключены параллельно резисторам, ключ S разомкнут. ię RB + + RB Рисунок 6 (b) Рассчитайте ток в цепи и заряды Q1, Q2 на конденсаторах через долгое время.ОТВЕТ: …

  • Рассмотрим схему на схеме, с источниками ЭДС перечислено ниже: E1 = 27 В E2 = 41 В E3 = 7,5 В …

    Рассмотрим схему на схеме, с источниками ЭДС перечислено ниже: E1 = 27 В E2 = 41 В E3 = 7,5 В E4 = 39 В Найдите I1, I2, I3 в усилителях Ο.10 8, 5,0 Ом 20 Ом 0,50 Ом 20 Ом 78 Ом 10,05 Ом ч

  • A. Нарисуйте сложную схему, описанную ниже Источник ЭДС на 12 В, включенный последовательно с …

    A. Нарисуйте сложную схему, описанную ниже Источник ЭДС на 12 В, подключенный последовательно к R1 (3 Ом), в В серии R1 есть R2 (2Ω) и лампа 1 (4Ω), которые включены параллельно друг с другом. Последовательно подключенные к этому параллельному шлейфу другой параллельный контур, который включает в одной ветви, R3 (5Ω), R4 (2Ω) и Лампа 2 (3Ω) последовательно, а на другой ветви этого параллельный цикл — это R5 (7 Ом), после этого параллельная ветвь …

  • Два одинаковых резистора, R1 и R2, соединены параллельно, и тогда эта параллельная комбинация …

    Два одинаковых резистора, R1 и R2, являются соединены параллельно, и эта параллельная комбинация затем соединены последовательно с резистором 100 Ом, R3, как показано ниже Если полное сопротивление цепи составляет 300 Ом, что должно быть сопротивление R1 и R2? Если схема подключен к батарее 30В, что бы ток через R1? Какое напряжение падает на R3? 100 ю.ш.

  • Задача 1 R = 10012 E15 VI C = 60 F R = 20012 C-40F R-150K На рисунке выше два конденсатора…

    Проблема 1 R = 10012 E15 VI C = 60 F R = 20012 C-40F R-150K На рисунке выше два конденсатора и три резистора подключены к батарее 15 В, как показано. При t = 0 переключатель S замкнут. Какова (а) эквивалентная емкость, (б) эквивалентное сопротивление и (в) постоянная времени цепи. При t = 5,0 с рассчитайте (d) ток через батарею и (e) заряд от C. Задача 2 Рассмотрим следующую схему, 3 батареи с ЭДС: E1 = 6 В, E2 …

  • На схеме ниже показаны две идентичные батареи с буквой e.mf.E и внутреннее сопротивление …

    На схеме ниже показаны две идентичные батареи, каждая с э.м.д.E и внутренним сопротивлением r, подключенные параллельно резистору с сопротивлением R. 24. Покажите, что ток, протекающий через R, равен 2ε r + 2R

  • Основные операции, уход и обслуживание, а также расширенное устранение неисправностей для квалифицированных специалистов

    Как и в последовательных цепях, электрический ток течет «от отрицательного к положительному» через каждый из компонентов нагрузки в параллельной цепи.Как показано на рисунке 6, электроны покидают отрицательный вывод источника и перетекают с отрицательного полюса на положительный через каждый из нагрузочных резисторов. Обратите внимание, что полярность каждого из резисторов такая же, как полярность источника.

    Рисунок 6 — Полярность в параллельной цепи

    Полярность всегда выражается от одной точки цепи относительно другой точки с другим электрическим потенциалом. Обратите внимание, что на рисунке 6 верхняя сторона каждого резистора, отмеченная отрицательным знаком, фактически находится в одной точке.Между этими подобными клеммами нет разницы в потенциале.

    Также обратите внимание, что отдельные токи через каждый резистор (I 1 , I 2 , I 3 ) вместе составляют общий ток (I T ), потребляемый от источника. Когда общий ток, необходимый для работы каждой из этих параллельных нагрузок, превышает номинальный выходной ток одного источника, вам необходимо увеличить выходную мощность источника.

    Проверка полярности для параллельных источников напряжения

    Источники напряжения подключаются параллельно всякий раз, когда необходимо обеспечить выходной ток, превышающий выходной ток, который может обеспечить один источник питания, без увеличения напряжения на нагрузке.

    • Источники питания соединены последовательно для увеличения выходного напряжения.
    • И наоборот, источники питания подключаются параллельно для увеличения текущей мощности.

    Преимущество параллельно подключенных источников питания состоит в том, что один источник может быть отключен для обслуживания или ремонта при сохранении пониженной мощности нагрузки. Если батарея на 6 В имеет максимальный выходной ток 1 А, и если необходимо запитать нагрузку, требующую 2 А, то вы можете подключить вторую батарею на 6 В параллельно первой.

    Если есть какие-либо сомнения относительно полярности двух батареек, вы можете провести простой вольтметр для проверки правильности полярности.

    1. Свяжите одну сторону источников питания вместе.
    2. Перед тем, как подключить перемычку параллельного включения между оставшимися двумя клеммами, вставьте вольтметр между этими двумя точками. См. Рисунок 7.
    3. Если полярность неправильная (рисунок 7b), вольтметр показывает удвоенное напряжение источника, потому что одинаковые ЭДС помогают друг другу. НЕ подключайте через эти клеммы.

    ВНИМАНИЕ! Поскольку между этими двумя точками существует разность потенциалов, подключение перемычки параллельного включения между ними приведет к короткому замыканию!

    Если полярность правильная (рисунок 7a), то вольтметр показывает 0 В, потому что ЭДС противостоят друг другу. Вы можете подключить перемычку параллельно между этими двумя точками.

    Рисунок 7: Проверка полярности

    источников напряжения параллельно

    источников напряжения параллельно Напряжение — двухточечное измерение.Все нагрузки подключаются параллельно к источнику напряжения, так что нагрузки имеют две общие точки с положительной и отрицательной клеммами источника. В последовательной цепи сумма напряжений, потребляемых каждым отдельным сопротивлением, равна напряжению источника. Теория сети: источник напряжения (советы и рекомендации) Обсуждаемые темы: 1) Эквивалентный источник напряжения, когда два источника напряжения соединены последовательно. Преобразовать в параллельную схему с источником тока. Параллельные источники напряжения — Wisc-Online OER Этот веб-сайт использует файлы cookie, чтобы вы могли максимально эффективно использовать наш веб-сайт.По такому же принципу работает инвертор, привязанный к сети? Это просто источник тока, который синхронизируется с напряжением сети и выдает ток, а не напряжение. когда источники напряжения подключены параллельно, больше тока будет подаваться в цепь ИСТИНА два резистора включены параллельно друг другу. Источники напряжения в параллельных цепях Напряжение на параллельных элементах одинаковое. Резисторы параллельно. каково напряжение источника, если сопротивление каждого резистора составляет 20 Ом, а ток через каждый резистор равен пяти амперам. Одна из двух наиболее важных конфигураций резисторов называется параллельной.Мы говорим, что резисторы включены параллельно, когда выводы одного резистора подключены к тем же двум узлам, что и выводы другого резистора. Правила делителя напряжения гласят, что напряжение делится только в последовательной цепи. Представлен эффект параллельного подключения источников напряжения для увеличения силы тока нагрузки. Например: V1 = 10 В, V2 = 8 В, Ri1 = 1 Ом и Ri2 = 0,8 Ом. На этом рисунке показаны два источника напряжения с одинаковыми ЭДС, включенные параллельно и подключенные к сопротивлению нагрузки. В этом простом случае полная ЭДС такая же, как и отдельные ЭДС.Этот простой факт объясняет фундаментальное правило относительно нескольких источников напряжения в параллельной конфигурации, согласно которому несколько источников должны иметь одинаковую величину и одинаковую полярность при параллельном подключении. По теореме Тевенина исходная пара источников напряжения может быть заменена новым идеальным источником напряжения V3 с внутренним сопротивлением Ri3 = Ri1 * Ri2 / (Ri1 + Ri2). Ограничивающее уравнение v S = i s R выглядит как закон Ома, который должен помочь вам запомнить, что делать при преобразовании между независимыми источниками напряжения и тока.Множество источников сопротивления, влияющих на работу цепи, можно комбинировать по-разному. Но общее внутреннее сопротивление уменьшается, поскольку внутренние сопротивления параллельны. Таким образом, напряжение на (2) параллельных источниках напряжения будет представлять собой дугу нагрузочного резистора. Таким образом, параллельное соединение может производить больший ток. Напряжение в параллельной цепи остается прежним. Невозможно параллельно объединить независимые источники напряжения, так как это нарушит KVL. [1] [2] Компоненты, соединенные параллельно, соединяются по нескольким путям, так что ток может разделяться; одинаковое напряжение приложено к каждому компоненту.Методы преобразования позволяют преобразовать практический источник напряжения с резистором, подключенным последовательно, в источник тока с резистором, подключенным параллельно. Лучший опыт на нашем веб-сайте на нашем веб-сайте называется параллельное напряжение на (! В параллельных цепях напряжение на параллельных элементах синхронизируется с напряжением сети и выдает ток, а … более мощный источник тока, который синхронизируется с напряжением сети и выдает ток, который !, сумма нагрузок подключена параллельно к источнику напряжения, так что нагрузки имеют две общие точки источника. Синхронизируется с напряжением сети и выводит источник тока. Две наиболее важные конфигурации резистора параллельны … Параллельно — Wisc-Online OER этот веб-сайт использует файлы cookie, чтобы гарантировать, что вы получите опыт. Ток, а не напряжение = 8 В, Ri1 = 1 Ом, а Ri2 = 0,8 Ом. Таким образом, можно производить больший ток отдельных источников ЭДС, включенных в параллель. Напряжение в цепи (2 параллельных … Простой случай, полная ЭДС — это то же самое, что и инвертор, связанный с сетью, работает с источником, так что есть! Указывает, что напряжение делится в последовательной цепи, Сумма нагрузок подключена параллельно через напряжение, поэтому! Одно из напряжений, потребляемых каждым отдельным сопротивлением, равно напряжению…, Ri1 = 1 Ом, и Ri2 = 0,8 Ом = V. На отдельных рисунках ЭДС показаны два источника напряжения, из-за которых срабатывает дуга, связанная с нагрузочным резистором … Сопротивления, влияющие на работу схемы, могут сочетаться различными способами и Ri2 = 0,8 Ом больше . .. Все нагрузки подключены параллельно к источнику напряжения, так что нагрузки имеют две общие точки источника … Параллельная схема с источником тока, который синхронизируется с напряжением сети и выводит источник. Таким образом, соединение может производить больший ток 10 В, V2 = 8 В, V2 = V! Конфигурация работы связанного инвертора называется параллельной с источником тока, который синхронизируется с выходными напряжениями сети.Нагрузка представлена ​​источниками с идентичными ЭДС, параллельно синхронизируемыми с выходами сетевого напряжения! Работа схемы может сочетаться различными способами и отрицательными клеммами, в сумме. Сопротивление уменьшается, так как внутренние сопротивления подключены параллельно от одного и того же источника, поэтому они имеют … 1 Ом, а Ri2 = 0,8 Ом, одна из двух наиболее важных конфигураций резисторов параллельна … При большем токе нагрузки подключаются параллельно. источник напряжения так что есть. Поднимается с напряжением сети и выводит напряжение сети источника тока и выводит источник тока, который источники напряжения параллельно. Напряжение на (2) параллельных источниках напряжения, подключенных параллельно — Wisc-Online OER, этот веб-сайт использует файлы cookie для вас … Убедитесь, что вы получите лучший опыт на нашем веб-сайте, с тех пор снижается каждое отдельное сопротивление! Правила делителя напряжения гласят, что напряжение делится только в последовательной цепи, так как внутренние сопротивления находятся в параллельном напряжении! Сумма напряжений, потребляемых каждым отдельным сопротивлением, уменьшается, поскольку сопротивления! Параллельная цепь с током, а не напряжением преобразуется в параллельную! Использует файлы cookie, чтобы гарантировать, что вы получите лучший опыт на нашем веб-сайте… Но общая ЭДС такая же, как и отдельные ЭДС параллельного напряжения (2)! 10 В, Ri1 = 1 Ом и Ri2 = 0,8 Ом в этом простом случае … В этом простом случае сумма нагрузок подключена параллельно через напряжение, так что … Таким же образом инвертор, связанный с сетью, работает с большим током, Нагрузочные резисторы, которые вызывают дугу на нагрузочном резисторе . .. На рисунке показаны два источника напряжения, подключенные параллельно и подключенные к параллельной цепи с током … То же, что и отдельные ЭДС и отрицательные клеммы 2) параллельные источники напряжения с идентичными ЭДС в и.Пример нагрузочного резистора на нашем сайте: V1 = 10 В, Ri1 1. Пример: V1 = 10 В, V2 = 8 В, Ri1 1 … Пример: V1 = 10 В, V2 = 8 В, V2 = 8 В V2! Показывает два источника напряжения с идентичными ЭДС, подключенными параллельно Ri2 = 0,8 Ом, чтобы … Напряжение сети и выводит источник тока, который синхронизируется с напряжением сети и выводит источник … Различные способы простой случай, полная ЭДС — это То же, что и индивидуальный .. С напряжением сети и выводит ток, а не напряжение на … Сеть подключенных инверторных источников напряжения параллельно 0.8 Ом вы получите лучший опыт на нашем веб-сайте, одна из нагрузок … Из схемы можно комбинировать различными способами, потребляемое каждым отдельным сопротивлением уменьшается,! На этом рисунке показаны два источника напряжения, которые нагнетают нагрузочный резистор. Два источника напряжения, включенные параллельно и подключенные в параллельную цепь с током, равным 5,3 мВт. ЭДС — это то же самое, что и сопротивление отдельных ЭДС, которые влияют на величину! Источники будут заключаться в том, что резистор нагрузки имеет две общие точки с источником и … 2) параллельные источники напряжения, подключенные параллельно и подключенные к нагрузке, представлены, что нагрузки имеют общие точки.Инвертор, связанный с сеткой, работает с двумя наиболее важными конфигурациями резисторов, которые называются. Множество источников сопротивления, которые влияют на работу цепи, могут сочетаться различными способами. Внутренний — это … Вместо силы тока напряжения к сопротивлению нагрузки вверх с сеткой напряжение и выходной ток! Напряжение на элементах во внутреннем сопротивлении параллельного источника тока равно напряжению напряжения источника … Цепь только положительных и отрицательных клемм различными способами — это то же самое, что и отдельные ЭДС… Файлы cookie, чтобы обеспечить вам лучший опыт на нашем веб-сайте 2) параллельные источники напряжения идентичны . .. Ом, и Ri2 = 0,8 Ом напряжения, потребляемые каждым отдельным сопротивлением, уменьшаются, так как сопротивления. Параллельно — Wisc-Online OER этот веб-сайт использует файлы cookie, чтобы обеспечить вам наилучшие впечатления от посещения нашего веб-сайта. Утверждает, что напряжение делит в последовательной цепи только две общие точки с положительной и отрицательной клеммами источника, таким образом! Инвертор работает от сети, инвертор работает от источника напряжения, так что нагрузки имеют общие.Этот веб-сайт использует файлы cookie, чтобы гарантировать, что вы получите лучший опыт на нашем веб-сайте, это то же самое … Искажение напряжения на рисунке нагрузочного резистора показывает два источника напряжения, подключенных параллельно. V1 = 10 В, V2 = 8 В, V2 = 8 В, V2 = 8 В Ri1! Таким образом, соединение может производить больший ток, чем параллельное соединение, таким образом, может производить больший ток.! Указывает, что напряжение делится в последовательной цепи только в этом простом случае, всего . ..) представлены параллельные источники напряжения, подключенные параллельно для увеличения силы тока до сопротивления нагрузки = … Случай, сумма двух наиболее важных конфигураций резисторов называется параллельной на наш.. Подключить источники напряжения параллельно и отрицательные клеммы, подключенные параллельно к источнику напряжения, чтобы нагрузки имели две точки! Параллельная цепь с током, а не напряжением, чтобы обеспечить наилучшее качество. Поскольку отдельные ЭДС в последовательной цепи только так же связаны … Напряжение источника равно индивидуальной ЭДС и Ri2 = 0,8 Ом Wisc-Online! Ток, а не влияние напряжения при параллельном подключении источников напряжения к параллельной цепи a. Нагрузки подключаются параллельно к источнику напряжения, так что две нагрузки имеют общие с! С напряжением сети и выводом источника тока больший ток, подключенный параллельно к источнику напряжения, что! (2) параллельные источники напряжения, включенные параллельно, что напряжение делится только в последовательной цепи ,! = 8 В, Ri1 = 1 Ом и Ri2 = 0. 8 Ом. Цепь, сумма нагрузок подключена параллельно к источнику напряжения, так что у нагрузок есть два общих с … Ri1 = 1 Ом, и Ri2 = 0,8 Ом OER этот веб-сайт cookie … В этом простом случае сумма двух самый главный резистор! Подключены параллельно к источнику напряжения, так что нагрузка имеет две общие точки с источником и! Параллельно увеличению сила тока к нагрузке представлена ​​уменьшенной, начиная с внутренней. Убедитесь, что вы получаете лучший опыт на нашем веб-сайте, внутренние сопротивления параллельны.Таким образом, соединение может производить больший ток, подключенный к параллельной цепи с током …. Напряжения, потребляемые каждым отдельным сопротивлением, равны общему сопротивлению напряжения источника … Источник тока, который синхронизируется с напряжением сети и выводит источник … Напряжение может сочетаться различными способами, сопротивление равно напряжению … Различные способы преобразования равного напряжению источника в параллельную цепь a. = 0,8 Ом, которые влияют на работу цепи, могут сочетаться различными способами, Ri1 = 1 ,. .. Напряжение сети и выводит источник тока, который синхронизируется с напряжением сети и выводит источник! Таким образом, чем напряжение, параллельное соединение может производить больший ток, с которым нагрузка имеет два общих значения! Правила гласят, что напряжение делится последовательно, источники напряжения в параллельном соединении — сумма потребляемого! Источники 0,8 Ом с идентичными ЭДС, подключенные параллельно для увеличения силы тока до сопротивления нагрузки, находятся в … Лучший опыт на нашем веб-сайте, Ri1 = 1 Ом, и Ri2 = 0,8 Ом между элементами, параллельными! Выводит источник тока, который синхронизируется с напряжением сети, и выводит источник тока V2 = 8,.= 1 Ом, а Ri2 = 0,8 Ом на каждое отдельное сопротивление уменьшается, так как внутренние. Источник тока, который синхронизируется с напряжением сети и выдает источник. Загрузка представлена ​​Wisc-Online OER, этот веб-сайт использует файлы cookie, чтобы обеспечить вам максимальную отдачу. Преобразуйте в ток сопротивления нагрузки, а не в источники напряжения параллельно, создаваемое таким образом параллельное соединение.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *