Paralelní a sériové připojení. Sériové a paralelní připojení vodičů

Sériová a paralelní zapojení jsou velmi široce používána v elektronice a elektrotechnice a někdy jsou dokonce nezbytná pro správný chod konkrétní elektronické jednotky. A začněme možná těmi nejjednoduššími součástkami radioelektronických obvodů – vodiči.

Nejprve si připomeňme, co je to dirigent? Vodič je látka nebo jakýkoli materiál, který dokonale vede elektrický proud. Pokud jakýkoli vodič dokonale vede elektrický proud, pak má v každém případě určitý druh odporu. Odpor vodiče zjistíme pomocí vzorce:

ρ je měrný odpor, Ohm × m

R – odpor vodiče, Ohm

S – plocha průřezu, m 2

l – délka vodiče, m

Podrobněji jsem o tom psal zde.

V důsledku toho je každý vodič rezistorem s určitým odporem. To znamená, že takto lze nakreslit jakýkoli vodič.

Posledovatelnoe soedinenie provodnikov

Odpor při zapojení vodičů do série

Sériové spojení vodičů je, když k jednomu vodiči připojujeme další vodič a tak dále podél řetězce. Jedná se o sériové zapojení vodičů. Mohou být vzájemně propojeny, kolik chcete.

Jaký bude jejich celkový odpor? Ukazuje se, že vše je jednoduché. Bude se rovnat součtu všech odporů vodičů v tomto obvodu.

Ukazuje se, že to můžeme napsat

příklad

Máme 3 vodiče, které jsou zapojeny do série. Odpor prvního je 3 Ohmy, druhého 5 Ohm, třetího 2 Ohmy. Najděte jejich celkový odpor v obvodu.

rozhodnutí

To znamená, jak vidíte, jednoduše jsme nahradili řetězec 3 rezistorů jedním rezistorem R_AB .

ukázat na reálném příkladu pomocí multimetru
Video, které podrobně popisuje tato připojení:

Síla proudu díky sériovému zapojení vodičů

Co se stane, když na konce takového rezistoru přivedeme napětí? Okamžitě jí proteče elektrický proud, jehož síla bude vypočtena podle Ohmova zákona I=U/R.

Ukazuje se, že přes rezistor R_AB teče tedy určitý proud, rozložíme-li náš rezistor na složky R₁ , R₂ , R₃ , pak se ukáže, že jimi protéká stejný proud jako rezistorem R_AB .

Ukazuje se, že Když jsou vodiče zapojeny do série, proud, který protéká každým vodičem, je stejný. Tedy přes odpor R₁ teče stejný proud jako rezistorem R₂ a stejný proud protéká rezistorem R₃ .

Napětí při sériovém zapojení vodičů

Podívejme se znovu na obvod se třemi odpory

Jak již víme, v sériovém zapojení protéká každým rezistorem stejný proud. Ale co se stane s napětím na každém rezistoru a jak ho zjistit?

Ukazuje se, že vše je docela jednoduché. K tomu si musíte znovu vzpomenout na zákon strýčka Ohma a jednoduše vypočítat napětí na libovolném rezistoru. Pojďme to udělat.

Mějme obvod s těmito parametry.

Nyní víme, že síla proudu v takovém obvodu bude všude stejná. Jaká je ale jeho hodnota? Tady je šmrnc. Nejprve musíme tento řetězec převést do této podoby.

Ukazuje se, že v tomto případě R_AB =R₁ + R₂ + R₃ = 2+3+5=10 Ohm. Odtud již najdeme proudovou sílu podle Ohmova zákona I=U/R=10/10=1 Ampér.

Polovina práce je hotová. Nyní zbývá zjistit, jaké napětí klesá na každém rezistoru. To znamená, že musíme najít hodnoty U_R1 , NEBO_R2 , NEBO_R3 . Ale jak to udělat?

Ano, všechno je stejné, podle Ohmova zákona. Víme, že každým rezistorem prochází proud 1 Ampér, tuto hodnotu jsme již vypočítali. Ohmův zákon říká I=U/R, takže dostaneme U=IR.

Nyní začíná zábava. Pokud sečtete všechny poklesy napětí na rezistorech, můžete získat. napětí zdroje! To se rovná 10 voltům.

Máme nejjednodušší dělič napětí.

Závěr: součet úbytků napětí v sériovém zapojení se rovná napájecímu napětí.

Paralelní připojení vodičů

Paralelní zapojení vodičů vypadá takto.

No, myslím, že začneme odporem.

Odpor při paralelním zapojení vodičů

Označme svorky jako A a B

V tomto případě je celkový odpor R_AB budou nalezeny podle vzorce

Pokud máme jen dva paralelně zapojené vodiče

Pak v tomto případě můžete zjednodušit dlouhý, nepohodlný vzorec a bude mít následující podobu.

Napětí při paralelním zapojení vodičů

Tady si myslím, že není třeba nic dohadovat. Protože jsou všechny vodiče zapojeny paralelně, bude napětí pro všechny stejné.

Ukazuje se, že napětí na R1 bude stejné jako na R2, jako na R3 a na Rn

Síla proudu při paralelním připojení vodičů

Pokud je vše jasné s napětím, pak se silou proudu mohou být mírné potíže. Jak si pamatujete, při sériovém zapojení byl proud přes každý vodič stejný. Tady je to úplně naopak. Prostřednictvím každého vodiče poteče jeho vlastní proud. Jak to vypočítat? Budeme se muset znovu uchýlit k Ohmovu zákonu.

Abychom to měli jednodušší, podívejme se na celou věc na reálném příkladu. Na obrázku níže vidíme paralelní zapojení tří rezistorů připojených ke zdroji U.

Jak již víme, každý rezistor má stejné napětí U. Bude ale proud stejný jako v celém obvodu? Žádný. Proto musíme pro každý rezistor vypočítat jeho proudovou sílu pomocí Ohmova zákona I=U/R. Ve výsledku to dostáváme

Pokud bychom měli paralelně zapojené i rezistory, tak pro ně

V tomto případě bude proud v obvodu roven:

Úkol

Vypočítejte proud procházející každým rezistorem a proud v obvodu, pokud jsou známy hodnoty napájecího napětí a rezistoru.

rozhodnutí

Použijme výše uvedené vzorce.

Pokud bychom měli paralelně zapojené i rezistory, tak pro ně

Dále použijeme vzorec

najít proud, který protéká obvodem

2. způsob, jak najít I

Chcete-li najít R_společný musíme použít vzorec

Abyste se nemuseli starat o výpočty, existují online kalkulačky. Zde je jeden z nich – „kalkulačka rezistorů“. Už jsem vám vše spočítal. Paralelní zapojení 3 rezistorů s nominální hodnotou 2, 5 a 10 Ohmů se rovná 1,25 Ohmům, tedy R_společný = 1,25 ohmů.

I=U/R_společný = 10/1,25 = 8 ampér.

Paralelní zapojení rezistorů v elektronice se také nazývá dělič proudu, protože rezistory rozdělují proud mezi sebou.

No, tady je bonus pro vás: vysvětlení toho, co je sériové a paralelní připojení vodičů od nejlepšího učitele v Rusku.

Podrobné vysvětlení na videu:

Skvělá radioamatérská stavebnice na odkazu

Podobné články na téma „sériové a paralelní připojení“

Proč se v girlandě na vánoční stromeček nemusí rozsvítit žárovky stejné barvy? Proč jsou všechny elektrospotřebiče v domě dimenzovány na 220 V? Spoiler: je to všechno o typech připojení vodičů – budeme o nich mluvit v tomto článku.

· Aktualizováno 6. prosince 2024

Spoj vodičů je způsob elektrického spojení dvou nebo více vodičů za účelem vytvoření elektrického kontaktu. Hlavní typy připojení vodičů jsou: sériové (všechny prvky jsou spojeny jeden po druhém) a paralelní (všechny prvky jsou připojeny k jedné společné dvojici bodů).

• Sériové zapojení: baterie ve svítilně.
• Paralelní zapojení: rezistory ve spojovací krabici.

Sériové připojení vodičů je způsob připojení, při kterém jsou vodiče spojeny jeden po druhém a proud každým z nich je stejný. Příklad: Lampy v girlandě.

Paralelní připojení vodičů je způsob připojení, při kterém jsou vodiče připojeny ke stejným uzlům a napětí na nich je stejné. Příklad: Lampy v lustru.

Jak po vyhoření jedné žárovky v girlandě můžete určit způsob připojení a opravit ji? Zkusme na to přijít.

Anfisa našla na balkóně starou girlandu. Po zapojení do zásuvky si dívka všimla, že všechna světla svítí kromě zelených. Po pečlivém prozkoumání vodičů Anfisa viděla, že všechny zelené žárovky jsou zapojeny do série jedna po druhé.

Posledovatelnoe soedinenie provodnikov

Při sériovém zapojení je konec prvního vodiče připojen k začátku druhého, konec druhého k začátku třetího atd.

Sériové zapojení se obvykle používá v případech, kdy je potřeba cíleně zapnout nebo vypnout konkrétní elektrický spotřebič. Například, aby školní elektrický zvonek fungoval, musí být zapojen do série se zdrojem proudu a klíčem.

Zde je několik příkladů použití řetězového obvodu:

• osvětlení ve vozech vlaků nebo tramvají;
• jednoduché girlandy na vánoční stromeček;
• svítilna;
• ampérmetr pro měření proudu v obvodu.

Zákony sériového zapojení vodičů

1. Při sériovém zapojení je síla proudu v jakékoli části obvodu stejná: I = I₁ = I₂ = … = já_n. Pokud v obvodu se sériovým zapojením jedna z lamp selže a neprotéká jí žádný elektrický proud, pak žádný proud neprotéká zbývajícími lampami. Vzpomeňme na Anfisu a její girlandu: když jedna ze zelených žárovek shořela, proud, který jí procházel, se stal nulovým. V důsledku toho se nerozsvítily ostatní zelené kontrolky zapojené do série. Chcete-li opravit girlandu, musíte identifikovat spálenou žárovku a vyměnit ji.
2. Při sériovém zapojení je celkový odpor obvodu roven součtu odporů jednotlivých vodičů: R_ekv = R₁ + R₂ + … + R_n.
3. Při sériovém zapojení se celkové napětí obvodu rovná součtu napětí v jednotlivých úsecích: U_ekv =U₁ +u₂ + … + U_n.

Příklad řešení problému

Lampa je zapojena do obvodu s napětím 220 V a protéká jí proud 20 A Když byl k lampě zapojen reostat do série, proud v obvodu klesl na 11 A. Jaký je odpor. reostat?

Řešení.

1. Pomocí Ohmova zákona určíme odpor lampy: R₁ =U/I₁ = 220 / 20 = 11 Ohm.
2. Také pomocí Ohmova zákona určíme celkový odpor obvodu, když je reostat zapnutý: R = U / I₂ = 220 / 11 = 20 Ohm.
3. Při sériovém zapojení se odpory lampy a reostatu sčítají: R = R₁ + R₂.
4. Když známe celkový odpor obvodu a odpor lampy, určíme požadovaný odpor reostatu: R₂ = R – R₁ = 20 − 11 = 9 Ohm.

Odpověď: Odpor reostatu je 9 ohmů.

Sériové připojení bohužel není vždy vhodné. Například v nákupním centru Auchan je otevřeno od 9:00 do 23:00, kino – od 10:00 do 02:30 a obchody – od 10:00 do 22:00. Pokud je okruh zapojen do série, budou muset svítit světla v celém obchodním centru od 9:00 do 02:30. Souhlaste s tím, že tento způsob provozu je ekonomicky nerentabilní i při minimálním tarifu elektřiny. V tomto případě by bylo dobrým řešením použít paralelní připojení.

Paralelní připojení vodičů

V paralelním zapojení jsou začátky všech vodičů spojeny v jednom společném bodě elektrického obvodu a jejich konce v jiném.

Paralelní zapojení se používá v případech, kdy je nutné připojit elektrické spotřebiče nezávisle na sobě. Pokud například vypnete varnou konvici, chladnička bude nadále fungovat. A když jedna žárovka v lustru dohoří, zbytek stále osvětluje místnost.

Zde je několik dalších příkladů použití metody paralelního připojení:

• osvětlení ve velkých nákupních oblastech;
• domácí elektrické spotřebiče v bytě;
• počítače v učebně informatiky;
• voltmetr pro měření napětí na části obvodu.

Paralelní zapojení vodičů: vzorce

1. Napětí v paralelním zapojení je stejné v jakékoli části obvodu: U = U₁ =U₂ = … = U_n. Jak si pamatujete, všechny domácí elektrické spotřebiče jsou navrženy pro stejné jmenovité napětí 220 V. A budete souhlasit, je mnohem snazší vytvořit všechny zásuvky stejné, než vypočítat napětí pro každé zařízení při jejich sériovém zapojení.
2. Proudová síla v paralelním zapojení (v nerozvětvené části obvodu) je rovna součtu proudových sil v jednotlivých paralelně zapojených vodičích: I_ekv = I₁ + I₂ + … + já_n. Elektrický proud protéká větvemi nepřímo úměrně jejich odporu. Pokud jsou odpory ve větvích stejné, pak se proud v paralelním zapojení rozdělí mezi ně rovnoměrně.
3. Celkový odpor obvodu je určen vzorcem: 1 / R_ekv = 1/R₁ + 1/R₂ + … + 1 / R_n. Pro dva paralelně zapojené vodiče lze vzorec napsat jinak: R_ekv = (R₁ R₂) / (R.₁ + R₂).

Jestliže n identické vodiče, z nichž každý má odpor R₁, jsou zapojeny paralelně, pak celkový odpor části obvodu lze zjistit vydělením odporu jednoho z vodičů jejich počtem:

Vraťme se k Anfise a její girlandě. Už jsme přišli na to, proč přestala svítit všechna zelená světla. Je čas zjistit, proč všichni ostatní dál hořeli. Moderní girlandy používají paralelní a sériové připojení současně. Například žárovky stejné barvy jsou zapojeny do série a s jinými barvami – paralelně. Vypnutí větve se zelenými žárovkami tedy neovlivnilo chod zbytku obvodu.

Příklad řešení problému

Dva rezistory s odpory 10 Ohm, respektive 11 Ohm, jsou zapojeny paralelně a připojeny na napětí 220 V. Jaký je proud v nerozvětvené části obvodu?

Řešení.

1. Stanovme celkový odpor při paralelním připojení vodičů: R = (R₁ R₂) / (R1 + R2) = (10 11) / (10 + 11) = 110 / 21 Ohm ≈ 5,24 Ohm.
2. Pomocí Ohmova zákona určíme proudovou sílu v obvodu: I = U / R = 220 / (110 / 21) = 42 A.

Odpověď: Proud v nerozvětvené části obvodu je 42 A.