Последовательное соединение проводников: законы, формулы, сферы применения

Применяя в быту электроприборы, важно иметь представление о работе электрических схем и элементов, соединенных в цепи проводниками последовательным способом. Подобные знания позволят грамотно и безопасно эксплуатировать электрические приборы, не допуская перегрузов и поломки, а так же самостоятельно производить их ремонт.

Содержание

Схема и формула последовательного соединения проводников

Последовательное соединение представляет собой замкнутый контур, при котором один конец провода контактирует с началом другого.

В данной электрической цепи могут находиться элементы:

гальванический элемент, химический источник электротока;
батарея, источник тока, блок питания;
соединительные провода;
ключ, его сопротивление принимает либо нулевое, либо бесконечное значение;
лампа накаливания, источник искусственного света;
резистор, обладает электрическим сопротивлением;
плавкий предохранитель, выполняет защитную функцию;
реостат, регулирует силу тока.

В электроприборах используются провода, состоящие из проводящей сердцевины и изоляции. При неверном расчете данных на практике случаются пробои изоляции. Это чревато травмами и порчей имущества.

Прежде чем соединять блоки в контур, необходимо тщательно рассчитывать параметры схемы, грамотно их соединять, используя законы электроники.

При поочередном включении все элементы соединяются друг за другом. Конец одного провода контактирует с началом следующего в контуре.

Элементарный пример электросхемы с подобным подключением:

блок питания, от «плюса» провод идет к лампе накаливания;
от лампы накаливания идет ко второй лампе;
от второй лампы тянется к ключу;
ключ соединяется с «минусом» блока питания.

По всем элементам идет электроток. Если удалить одного участника, то остальные тоже перестанут работать, ведь контур будет разомкнут.

Закономерности

В любой точке поочередной цепи значение силы тока идентично. В этом легко убедиться при помощи амперметра. Электродвижущая сила подчиняется закону Ома и равна отношению напряжения на сопротивление.

Каждый элемент оказывает сопротивление силе тока. При последовательном соединении данный показатель у разных элементов суммируется. Например, если в контуре подключены три резистора, то у каждого из них есть сопротивление R1, R2, R3, соответственно сопротивление R123=R1+R2+R3.

Чтобы определить напряжение на каждом из трех резисторах в выше приведенной схеме, нужно применить закон Ома. Если предположить, что R1=2 Ом, R2=3 Ом, R3=5 Ом, U=10 В, то электродвижущая сила в цепи I=U/R=10/(2+3+5)=10/10=1 А.

Продолжая применять закон Ома, легко определить значение U на каждом резисторе:

U1=IR1=1*2=2 В

U2=IR2=1*3=3 В

U3=IR3=1*5=5 В

Если суммировать эти значения, то получится напряжение сети 10 В. Можно сделать вывод, что при поочередном соединении сумма U на участках равняется напряжению питания.

Как изменяются параметры

Любая электрическая цепь, какой бы сложной она не была, определяется тремя параметрами – ток, напряжение, сопротивление. Причем данные параметры находятся в зависимости друг от друга.

В электрической цепи постоянного тока работает закон Ома. Он звучит так – напряжение равно произведению силы тока на сопротивление.

Если к источнику питания приложить нагрузку и создать замкнутый контур, то создадутся условия для протекания электрического тока. Величина этого тока согласно закону Ома зависит от напряжения и сопротивления.

Зная закон Ома, можно определить закономерности. Сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорционально сопротивлению. Чем выше напряг в сети при неизменном сопротивлении, тем больше электродвижущая сила в контуре. С ростом параметра U она увеличивается.

Условно это можно представить следующим образом. Чем выше произведение участников закона Ома, тем большая энергия от источника питания сообщается электронам в потоке, они начинают энергично перемещаться, соответственно, большее количество электронов пройдет в единицу времени черед площадь поперечного сечения, тем больше поток электронов наблюдается в замкнутом контуре.

Ток

Интенсивность потока электронов зависит не только от приложенного напряга, но и от сопротивления. Это слово говорит само за себя. В контексте закона Ома имеется в виду противостояние перемещению электронов и протеканию тока. Соответственно, на участке с высоким противостоянием будет меньшее движение электронов.

Для измерения силы тока нужно цепь разъединить и установить амперметр.

Напряжение

Чтобы измерить напряжение на нагрузке, необходимо подключить вольтметр параллельно. Согласно закону Ома, напряжение прямо пропорционально силе тока и сопротивлению. Если каждый из параметров увеличивается, то его значение так же становится выше. Количество вольт на каждом участке схемы суммируется и образует общее значения напряжения питания.

На примере простого контура с двумя лампами можно рассмотреть способы определения напряжения. Сопротивлением провода можно пренебречь, взять для расчета только сопротивление ламп. В елочной гирлянде каждая лампочка рассчитана на 10 В. Количество вольт в контуре равно сумме значений на каждом элементе.

Сопротивление

Резисторы служат для ограничения силы тока в контуре. У каждого элемента свой объем сопротивления. Размещая их в электросети, можно регулировать силу тока, протекающую в ней. Согласно закону Ома, сила тока обратно пропорционально сопротивлению, и наоборот. Если увеличивать значение сопротивления, то поток электронов уменьшится.

Сферы применения последовательного соединения проводников

Благодаря закону Ома возникла возможность использования электродвижущей силы в целях человека. Поочередное подключение проводников широко используется в электроприборах за счет своей особенности – на всех участках провода значение тока одинаково. Соответственно, если на каком-то участке ток пропадает, то вся цепь становится обесточенной. В этом моменте заключается недостаток последовательного соединения. Однако, человек придумал, как превратить недостаток в преимущество.

Данное свойство применяют для защиты систем от перегрузок, размещая в ней предохранители.

Примеры применения последовательного подключения проводников:

новогодняя гирлянда;
защита системы от перегрузок;
для регулирования напряжения;
электрический звонок, звук появляется при удержании кнопки (при замыкании);
включатели на электроприборах.

Опытные электрики рекомендуют использовать мультиметр, амперметр для служебных измерений. При монтажных работах эти приборы позволяют мгновенно получать данные.

Работа электриков связана с опасностью удара током. Независимо от способа подключения присутствует опасность травмирования. Если в схеме имеется разрыв, его важно вовремя обнаружить, пока не случилось непоправимое.

При работе с высоким количеством вольт монтажники обязаны облачаться в спецодежду и обувь с толстой резиновой подошвой, защищающей от удара.

Поочередное подключение имеет недостаток. Если один участок нарушен, то вся схема обесточивается. Данное свойство научились использовать для защиты сетей от перегрузок. Если один из параметров резко возрастает, то срабатывает предохранитель, обесточивая контур. Прибор прекращает работу, оставаясь при этом исправным. Специалисту остается лишь провести небольшой ремонт по замене предохранителя. Данный способ применяется в бытовых приборах, в автотехнике, в профессиональных устройствах.