Lekce s prvky laboratorní práce Sériové a paralelní zapojení vodičů

Tok proudu v elektrickém obvodu se provádí vodiči ve směru od zdroje ke spotřebitelům. Většina těchto obvodů používá měděné dráty a elektrické přijímače v daném množství, které mají různé odpory. V závislosti na prováděných úlohách elektrické obvody používají sériové a paralelní připojení vodičů. V některých případech lze použít oba typy připojení, pak se tato možnost bude nazývat smíšená. Každý obvod má své vlastní charakteristiky a odlišnosti, proto je třeba je při návrhu obvodů předem zohlednit.

Posledovatelnoe soedinenie provodnikov

V elektrotechnice má velký význam sériové a paralelní zapojení vodičů v elektrickém obvodu. Mezi nimi se často používá schéma sériového připojení vodičů, které předpokládá stejné připojení spotřebitelů. V tomto případě se zařazení do obvodu provádí jeden po druhém v pořadí priority. To znamená, že začátek jednoho spotřebiče je spojen s koncem druhého pomocí vodičů, bez jakýchkoli odboček.

Vlastnosti takového elektrického obvodu lze uvažovat na příkladu úseků obvodu se dvěma zátěžemi. Proud, napětí a odpor na každém z nich by měly být označeny jako I1, U1, R1 a I2, U2, R2. V důsledku toho byly získány vztahy, které vyjadřují vztah mezi veličinami následovně: I = I1 = I2, U = U1 + U2, R = R1 + R2. Získaná data jsou v praxi potvrzena měřením ampérmetrem a voltmetrem odpovídajících úseků.

Sériové zapojení vodičů má tedy tyto jednotlivé vlastnosti:

• Síla proudu ve všech částech obvodu bude stejná.
• Celkové napětí obvodu je součtem napětí v každé sekci.
• Celkový odpor zahrnuje odpor každého jednotlivého vodiče.

Viz také:
Jak zkontrolovat varistor

Tyto poměry jsou vhodné pro libovolný počet vodičů zapojených do série. Celková hodnota odporu je vždy vyšší než odpor kteréhokoli jednotlivého vodiče. To je způsobeno nárůstem jejich celkové délky při sériovém zapojení, což také vede ke zvýšení odporu.

Pokud zapojíte n stejných prvků do série, dostanete R = n x R1, kde R je celkový odpor, R1 je odpor jednoho prvku a n je počet prvků. Napětí U je naopak rozděleno na stejné části, z nichž každá je n krát menší než celková hodnota. Pokud je například 220 žárovek stejného výkonu zapojeno sériově do sítě s napětím 10 voltů, pak napětí v kterékoli z nich bude: U1 = U/10 = 22 voltů.

Vodiče zapojené do série mají charakteristický charakteristický rys. Pokud během provozu selže alespoň jeden z nich, zastaví se tok proudu v celém okruhu. Nejvýraznějším příkladem je girlanda na vánoční stromeček, kdy jedna spálená žárovka v sériovém obvodu vede k selhání celého systému. Chcete-li identifikovat vypálenou žárovku, budete muset zkontrolovat celou girlandu.

Paralelní připojení vodičů

V elektrických sítích mohou být vodiče zapojeny různými způsoby: sériově, paralelně a v kombinaci. Mezi nimi je možnost paralelního připojení, když jsou vodiče v počátečním a koncovém bodě vzájemně spojeny. Začátky a konce zátěží jsou tedy spojeny dohromady a samotné zátěže jsou umístěny paralelně k sobě. Elektrický obvod může obsahovat dva, tři nebo více paralelně zapojených vodičů.

Pokud vezmeme v úvahu sériové a paralelní připojení, lze proudovou sílu v tomto druhém studovat pomocí následujícího obvodu. Vezměte dvě žárovky, které mají stejný odpor a jsou zapojeny paralelně. Pro monitorování je každá žárovka připojena k vlastnímu ampérmetru. Kromě toho se používá další ampérmetr pro sledování celkového proudu v obvodu. Zkušební obvod je doplněn o napájecí zdroj a klíč.

Po zavření klíče musíte sledovat odečty měřicích přístrojů. Ampérmetr na lampě č. 1 ukazuje proud I1 a na lampě č. 2 proud I2. Obecný ampérmetr ukazuje hodnotu proudu rovnou součtu proudů jednotlivých paralelně zapojených obvodů: I = I1 + I2. Na rozdíl od sériového zapojení, pokud jedna ze žárovek shoří, druhá bude fungovat normálně. Proto se v domácích elektrických sítích používá paralelní připojení zařízení.

Pomocí stejného obvodu můžete nastavit hodnotu ekvivalentního odporu. Za tímto účelem je do elektrického obvodu přidán voltmetr. To umožňuje měřit napětí v paralelním zapojení, přičemž proud zůstává stejný. Jsou zde také křížení pro vodiče spojující obě svítilny.

V důsledku měření bude celkové napětí pro paralelní zapojení: U = U1 = U2. Poté můžete vypočítat ekvivalentní odpor, který podmíněně nahradí všechny prvky v daném obvodu. Při paralelním zapojení v souladu s Ohmovým zákonem I = U/R získáme následující vzorec: U/R = U1/R1 + U2/R2, kde R je ekvivalentní odpor, R1 a R2 jsou odpory obou. žárovky, U = U1 = U2 – hodnota napětí zobrazená voltmetrem.

Je třeba také vzít v úvahu skutečnost, že proudy v každém obvodu se sčítají s celkovou proudovou silou celého obvodu. Ve své konečné podobě bude vzorec odrážející ekvivalentní odpor vypadat takto: 1/R = 1/R1 + 1/R2. S rostoucím počtem prvků v takových řetězcích se zvyšuje i počet členů ve vzorci. Rozdíl v základních parametrech od sebe odlišuje zdroje proudu a umožňuje jejich použití v různých elektrických obvodech.

Paralelní spojení vodičů se vyznačuje poměrně nízkou hodnotou ekvivalentního odporu, takže proudová síla bude relativně vysoká. Tento faktor je třeba vzít v úvahu, když je do zásuvek zapojeno velké množství elektrických spotřebičů. V tomto případě se proud výrazně zvyšuje, což vede k přehřátí kabelových vedení a následným požárům.

Zákony sériového a paralelního zapojení vodičů

Tyto zákony týkající se obou typů připojení vodičů byly částečně diskutovány dříve.

Pro jasnější pochopení a vnímání v praktickém smyslu je třeba sériové a paralelní zapojení vodičů zvážit v určitém pořadí:

• Sériové zapojení předpokládá stejný proud v každém vodiči: I = I1 = I2.
• Ohmův zákon vysvětluje paralelní a sériové připojení vodičů v každém případě svým vlastním způsobem. Například při sériovém zapojení budou napětí na všech vodičích navzájem stejná: U1 = IR1, U2 = IR2. Navíc při sériovém zapojení je napětí součtem napětí každého vodiče: U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.
• Celkový odpor obvodu v sériovém zapojení se skládá ze součtu odporů všech jednotlivých vodičů bez ohledu na jejich počet.
• Při paralelním zapojení se napětí celého obvodu rovná napětí na každém z vodičů: U1 = U2 = U.
• Celkový proud naměřený v celém obvodu je roven součtu proudů procházejících všemi paralelně zapojenými vodiči: I = I1 + I2.

Abyste mohli efektivněji navrhovat elektrické sítě, musíte mít dobré znalosti o sériovém a paralelním zapojení vodičů a jeho zákonitostech a najít pro ně nejracionálnější praktickou aplikaci.

Smíšené připojení vodičů

Elektrické sítě obvykle používají sériové paralelní a smíšené připojení vodičů navržených pro specifické provozní podmínky. Nejčastěji se však dává přednost třetí možnosti, což je soubor kombinací skládajících se z různých typů sloučenin.

V takových smíšených obvodech se aktivně používají sériové a paralelní připojení vodičů, jejichž klady a zápory je třeba vzít v úvahu při navrhování elektrických sítí. Tato spojení se skládají nejen z jednotlivých rezistorů, ale také z poměrně složitých částí, které obsahují mnoho prvků.

Smíšené zapojení se vypočítá podle známých vlastností sériových a paralelních zapojení. Metoda výpočtu spočívá v rozdělení obvodu na jednodušší součásti, které se počítají samostatně a pak se vzájemně sečtou.

Multimetr: účel, druhy, označení, značení, co lze multimetrem měřit

Ohmův zákon pro střídavý proud

Proud a napětí pro paralelní, sériové a smíšené připojení vodičů

Jak porozumět Ohmovu zákonu: jednoduché vysvětlení pro figuríny se vzorcem a koncepty

Ohmův zákon pro homogenní úsek řetězce – vzorec

Ohmův zákon pro úplné a neúplné elektrické obvody, vzorec a správná definice

Účel lekce: experimentálně studovat paralelní a sériové zapojení vodičů v elektrickém obvodu, naučit se řešit problémy s výpočty v obvodech.

Opakované seznámení s bezpečnostními předpisy.

Jeden ze studentů přečte pravidla nahlas.

1. Při sestavování elektrického obvodu používejte vodiče s oky, bez viditelného poškození izolace a vyhněte se křížení vodičů.
2. Jako poslední připojte aktuální zdroj.
3. Sestavený elektrický obvod zapněte až po jeho kontrole vyučujícím.
4. Připojte a odpojte zdroj proudu s otevřeným klíčem.
5. Nedotýkejte se živých nebo neizolovaných prvků obvodu.
6. Používejte pouze správně fungující konektory, zásuvky, zvedáky a spínače.

Zapište definice sériového a paralelního zapojení vodičů. V případě potřeby nakreslete schéma.

Posledovatelnoe soedinenie provodnikov – jedná se o spojení, ve kterém je konec každého předchozího vodiče spojen se začátkem pouze jednoho následujícího vodiče.

Paralelní připojení – jedná se o spojení, ve kterém jsou začátky všech vodičů připojeny k jednomu bodu elektrického obvodu a konce k jinému.

Začnou plnit experimentální úkol.

Doplňte tabulku. Na základě získaných dat se odvozují vzorce.

Úkol č. 1. Studium sériového zapojení vodičů

Vybavení: Napájecí zdroj, rezistor, žárovka na stojanu, klíč, ampérmetr, voltmetr, propojovací vodiče.

Pracovní postup:

1. Sestavte obvod sestávající ze zdroje energie, spínače a žárovky a rezistoru zapojených do série:

2. Pomocí voltmetru změřte napětí v každé části obvodu a celkové napětí v obvodu;

3. vyvodit vhodný závěr o vztahu mezi celkovým napětím v obvodu a napětím v každé sekci obvodu;

4. Pomocí ampérmetru změřte proud v každé části obvodu a celkový proud v obvodu.

5. vyvodit vhodný závěr o vztahu mezi celkovým proudem v obvodu a proudem v každé části obvodu;

6. Pomocí Ohmova zákona a získaných vztahů odvoděte vzorec pro výpočet celkového odporu elektrického obvodu;

Úkol č. 2. Studium paralelního zapojení vodičů

Vybavení: Napájecí zdroj, rezistor, žárovka na stojanu, klíč, ampérmetr, voltmetr, propojovací vodiče.

Pracovní postup:

1. Sestavte obvod sestávající ze zdroje energie, spínače, žárovky a paralelně zapojeného rezistoru;

2. Pomocí voltmetru změřte napětí v každé části obvodu a celkové napětí v obvodu;

3. vyvodit vhodný závěr o vztahu mezi celkovým napětím v obvodu a napětím v každé sekci obvodu;

4. Pomocí ampérmetru změřte proud v každé části obvodu a celkový proud v obvodu.

5. vyvodit vhodný závěr o vztahu mezi celkovým proudem v obvodu a proudem v každé části obvodu;

6. Pomocí Ohmova zákona a získaných vztahů odvoděte vzorec pro výpočet celkového odporu elektrického obvodu;

Výsledky výzkumu

Hodnoty měření

Vypočítat hodnoty

I1

I2

I

U1

U2

U

R1

R2

R

Důsledné

Paralelní

Závěry: _________________________________

__________________________________________

__________________________________________

Vzorce:

1. Sériové připojení
2. Paralelní připojení

Analýza provedené práce.

Spolu s učitelem prezentují získané znalosti formou tabulky.

Jsou zvažovány výhody a nevýhody sériového a paralelního zapojení vodičů.

Sériové – lampy s co nejnižším napětím se zapojují do obvodu s vyšším napětím, ale pokud jedna lampa zhasne, nerozsvítí se všechny.

Paralelní – když jedna lampa zhasne, zhasnou i ostatní. Ale když zapnete lampu s nižším možným napětím, zhasne.

4. Upevnění probrané látky

Řešení problémů s výpočty obvodů.

1 úloha

Úkol číslo 2

Jaký je celkový odpor elektrického obvodu, pokud R1=R2=15 Ohmů, R3=R4=25 Ohmů?

Úkol číslo 3