61. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ И ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЯ ПРОВОДНИКОВ

От источника тока энергия может быть передана по проводам к устройствам, потребляющим энергию: электрической лампе, электродвигателю, радиоприемнику и т. д. Для этого составляют электрические цепи различной сложности. Электрическая цепь состоит из источника энергии, устройств, потребляющих электрическую энергию, соединительных проводов и выключателей для замыкания цепи. Часто в электрическую цепь включают приборы, контролирующие силу тока и напряжение на различных участках цепи, — амперметры и вольтметры.

К наиболее простым и часто встречающимся типам соединений проводников относятся последовательное и параллельное соединения.

Последовательное соединение проводников. При последовательном соединении электрическая цепь не имеет разветвлений. Все проводники включают в цепь поочередно друг за другом. На рисунке 151 показано последовательное соединение двух проводников и 2, имеющих сопротивления Это могут быть две лампы, две обмотки электродвигателя и т. д.

Сила тока в обоих проводниках одинакова:

так как в проводниках электрический заряд в случае постоянного тока не накапливается и через любое сечение проводника за определенный интервал времени проходит один и тот же заряд.

Напряжение (или разность потенциалов) на концах рассматриваемого участка цепи складывается из напряжений на первом и втором проводниках:

Применяя закон Ома для всего участка в целом и для участков с сопротивлениями можно доказать, что полное сопротивление при последовательном соединении равно:

Рис. 151

Рис. 152

Аналогичную формулу можно применить для любого числа последовательно соединенных проводников.

Напряжение на проводниках и их сопротивления при последовательном соединении связаны соотношением:

Параллельное соединение проводников. На рисунке 152 показано параллельное соединение двух проводников 1 и 2 с сопротивлениями . В этом случае электрический ток 1 разветвляется на две части. Силу тока в первом и втором проводниках обозначим через Так как в точке а — разветвлении проводников (такую точку называют узлом) — электрический заряд не накапливается, то заряд, поступающий в единицу времени в узел, равен заряду, уходящему из узла за это же время. Следовательно,

Напряжение на проводниках, соединенных параллельно, одно и то же.

В осветительной сети поддерживается напряжение 220 или 127 В. На это напряжение рассчитаны приборы, потребляющие электрическую энергию. Поэтому параллельное соединение — самый распространенный способ соединения различных потребителей. В этом случае выход из строя одного прибора не отражается на работе остальных, тогда как при последовательном соединении выход из строя одного прибора размыкает всю цепь.

Применяя закон Ома для участков с сопротивлениями можно доказать, что величина, обратная полному сопротивлению участка равна сумме величин, обратных сопротивлениям отдельных проводников:

Отсюда следует, что

Формулы, аналогичные (9.9) и (9.10), можно применять к соединению любого числа проводников.

Силы тока в проводниках и их сопротивления при параллельном соединении связаны соотношением: