Последовательное соединение сопротивлений

Постоянный ток

Последовательное соединение сопротивлений

Сопротивления, например это могут быть лампы накаливания или другие нагревательные приборы, можно соединить тремя способами, а именно; последовательно, о чём здесь и расскажем, параллельно и смешано.

Последовательно — значит одно сопротивление подключается к другому, а третье ко второму и т. д. след в след. Вот и получается, что последовательно.

Каждое сопротивление имеет два отвода и представляет из себя двухполюсник (те самые два отвода). Если условно один из отводов (любой) назвать началом, то другой будет концом. Если поменять местами, то суть от этого не поменяется, потому как мы имеем дело с обычным сопротивлением, а не с полупроводниковым диодом. Итак. Берем конец одного сопротивления и соединяем его с началом другого, затем берём конец этого сопротивления и соединяем его с началом следующего и т. д. В итоге у нас получится что-то похожее на ёлочную гирлянду, особенно если провода длинные и гибкие.

Пример последовательного соединения сопротивлений

В чём особенность такого соединения сопротивлений? Почему следует выбрать именно такой способ, а не какой-то другой? Давайте разберёмся с особенностями такого типа соединений. Если представить каждое сопротивление как отрезок металлического прута цилиндрической формы, то одинаковые сопротивления будут представлены одинаковыми прутами, а сопротивление в 2 раза большее будет представлено двойным отрезком прута.

Согласитесь, очень похоже схематическое изображение резистора (сопротивления) на тот самый пруток, правда в упрощенном виде.

Что же происходит когда мы фактически при последовательном соединении прикладываем прутки один к другому стык в стык. Визуально это выглядит как наращивание или удлинение проводника. У нас было много проводников, а стал как бы один большой. Так как наш суммарный цилиндрический пруток стал длиннее, то и сопротивление его должно стать больше. Одним словом в при последовательном соединении проводников общее сопротивление равно сумме всех последовательно соединенных сопротивлений на этом участке (ветке, или цепи если других веток нет).

Итак, что же следует учесть, чтобы продуктивно использовать последовательное соединение проводников и знать чем оно лучше или хуже остальных типов соединений.

Все особенности вытекают из Закона Ома и если хорошенько знать этот закон, то о многом можно догадаться сходу.

Падение напряжения на участке цепи.

При последовательном соединении проводников сумма падений напряжений на каждом участке цепи (на каждом сопротивлении) будет равна падению напряжения всей цепи (или ветви цепи).

Сумма падений напряжений при последовательном соединении Схема последовательного соединения сопротивлений

Величина падений напряжений будет прямо пропорциональна величине сопротивлений потому как величина силы тока в цепи одинакова при этом типе соединений.

Закон Ома при последовательном соединении сопротивлений

Сила тока в цепи при последовательном соединении

Когда сопротивления соединяются одно к другому и нет отводов от этих сопротивлений, чтобы образовать новую цепочку соединений, то есть нет разветвлений в цепи, тогда величина силы тока будет одинакова во всей цепи. Через каждое сопротивление в цепи будет протекать один и тот же ток. Можно также сказать, что в цепи из последовательно соединённых сопротивлений установится одна и та же величина силы тока.

Это следует из Закона Ома. Согласно которому величина тока прямо пропорциональна величине падения напряжения (вся цепь) и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка. Закон Ома определяет величину тока протекающего во всём участке цепи, а значит он везде одинаков, тем более если учесть, что участок у нас единственный с последовательно соединенными сопротивлениями.

Сопротивление участка цепи при последовательном соединении

Думаю, что с этим вопросом мы уже разобрались на примере металлического прута. При последовательном соединении величины сопротивлений складываются и их простая арифметическая сумма и будет величиной суммарного сопротивления. Чем больше мы включаем сопротивлений при последовательном соединении, тем большим становится суммарное сопротивление всего участка цепи.

Общее сопротивление при последовательном соединении

Особенности и преимущества использования последовательного соединения

Одной неприятной особенностью последовательного соединения является то, что при обрыве одного из сопротивлений обрывается вся цепь. Ток прекращает течь. Но не стоит горевать, эта же особенность используется для защиты электрических цепей, потому как все предохранители включаются именно последовательно и именно для того, чтобы в случае опасной величины тока оборвать всю цепь, тем самым сберечь очень часто дорогостоящее оборудование.

Также последовательное соединение используется в качестве делителя напряжения, когда сопротивления подбираются так, чтобы на одном из сопротивлений получить нужное значение падения напряжения. Часто применяется в электронике, но в электротехнике делитель напряжения это временная мера, потому как гораздо экономичнее применить трансформатор.

Следующий вариант применения последовательного соединения — это сугубо утилитарный и зависит он от применяемых сопротивлений. Очень часто это также вынужденная мера. Может случится так, что потребуется соединить нагревательные приборы в одну цепь, но в наличии окажутся только те нагреватели, что имеют номинальное напряжение 24 V, а требуется их включить в электрическую сеть 110-127 Volt. Как быть? До магазина далеко и взять другие нагреватели негде, а генератор выдает именно 110-127 Volt. Выход как раз в последовательном соединении этих самых нагревателей (главное чтобы их было достаточно). Требуется включить последовательно столько нагревателей, чтобы падение на каждом из них не превышало 24 V.

Подсчитать тут достаточно легко и просто. Так как все нагреватели одинаковы, а значит и сопротивления их одинаковы, а требуется добиться, чтобы падение напряжения на каждом из них было те самые 24 V, то достаточно 127 Volt разделить на 24 V и получим сколько требуется взять нагревателей для последовательного соединения. Получается примерно 5,29 нагревателя. Разумеется мы сможем взять только целое количество сопротивлений и поэтому берем 6 нагревателей.

Каким расчетным будет падение напряжения на каждом нагревателе? Для этого 127 делим на 6 и получаем примерно 21,16 V. Расчетная величина не превышает номинального напряжения на которое рассчитаны нагреватели, а это значит, что нагреватели будут работать в своем номинальном эксплуатационном режиме.

В чём особенность такого способа расчёта? Вы наверное заметили, что тут в вычислениях не применялась величина сопротивления в омах. Мы не использовали значение сопротивления нагревателя, потому как оно нам было не нужно. Такой фокус можно проделать тогда, когда при последовательном соединении все сопротивления одинаковые по величине. Нагреватели как раз были одинаковыми. Что же делать если нам понадобится значение сопротивления, а под рукой нет прибора, чтобы сделать измерения? Обычно у каждого электротехнического прибора или изделия есть номинальные характеристики, такие как ток, напряжение и мощность. Зная Закон Ома можно вычислить всё остальное.

Дата: 16.01.2020

© Валентин Григорьев



Возможно Вам будут интересны следующие статьи из этого раздела:

Если Вы не нашли ничего интересного в этом разделе, тогда Вам следует воспользоваться левым вертикальным меню, чтобы попасть в интересующий Вас раздел сайта.