Как найти общее сопротивление цепи

Решение задач по теме:

Под со­еди­не­ни­ем про­вод­ни­ков под­ра­зу­ме­ва­ет­ся со­еди­не­ние ре­зи­сто­ров – при­бо­ров, сде­лан­ных на ос­но­ве со­про­тив­ле­ния про­вод­ни­ков. На преды­ду­щих уро­ках были рас­смот­ре­ны па­рал­лель­ное и по­сле­до­ва­тель­ное со­еди­не­ния. На дан­ном уроке будут рас­смот­ре­ны за­да­чи на сме­шан­ное со­еди­не­ние про­вод­ни­ков, то есть когда в цепи при­сут­ству­ет и по­сле­до­ва­тель­ное, и па­рал­лель­ное со­еди­не­ние.

Для ре­ше­ния задач сна­ча­ла рас­смот­рим фор­му­лы для связи раз­лич­ных ве­ли­чин при па­рал­лель­ном и по­сле­до­ва­тель­ном со­еди­не­ни­ях:

Если про­вод­ни­ки со­еди­не­ны по­сле­до­ва­тель­но, то сила тока в них оди­на­ко­ва и равна силе тока в цепи. При этом общее на­пря­же­ние в цепи будет со­сто­ять из суммы на­пря­же­ний на каж­дом про­вод­ни­ке. А если го­во­рить о со­про­тив­ле­нии этого участ­ка цепи, в ко­то­ром про­вод­ни­ки со­еди­не­ны по­сле­до­ва­тель­но, то оно равно сумме со­про­тив­ле­ний про­вод­ни­ков.

В по­сле­до­ва­тель­ном со­еди­не­нии все по-дру­го­му. Сила тока в каж­дой ветке этой цепи будет раз­лич­ной, при этом общая сила тока в цепи будет вы­чис­лять­ся как сумма сил токов в про­вод­ни­ках. На­пря­же­ние на про­вод­ни­ках, со­еди­нен­ных по­сле­до­ва­тель­но, будет оди­на­ко­вым. Общее со­про­тив­ле­ние этого участ­ка цепи, так на­зы­ва­е­мое «эк­ви­ва­лент­ное со­про­тив­ле­ние» R, будет вы­чис­лять­ся по сле­ду­ю­щей фор­му­ле: .

Также стоит от­ме­тить, что па­рал­лель­ное со­еди­не­ние обыч­но при­ме­ня­ет­ся при вклю­че­нии бы­то­вых при­бо­ров, а по­сле­до­ва­тель­ное – для того, чтобы со­здать длин­ную нераз­ветв­лен­ную цепь.

Задача №1

Рас­смот­рим сле­ду­ю­щую за­да­чу. Уча­сток цепи со­сто­ит из двух по­сле­до­ва­тель­но со­еди­нен­ных со­про­тив­ле­ний, каж­дое из ко­то­рых равно 1 Ом. К этим двум ре­зи­сто­рам па­рал­лель­но под­клю­ча­ют еще одно со­про­тив­ле­ние, зна­че­ние ко­то­ро­го со­став­ля­ет 2 Ом. Всю эту цепь под­клю­ча­ют к ис­точ­ни­ку тока, ко­то­рый со­зда­ет на кон­цах дан­но­го со­еди­не­ния на­пря­же­ние 2,4 В. Необ­хо­ди­мо опре­де­лить силу тока во всей элек­три­че­ской цепи (рис. 1).

Рис. 1. Усло­вия и ри­су­нок за­да­чи № 1

Как видим, ре­зи­сто­ры R1 и R2 со­еди­не­ны по­сле­до­ва­тель­но, ре­зи­стор R3 – па­рал­лель­но к ним. Ис­точ­ник дает на­пря­же­ние 2,4 В, со­от­вет­ствен­но, на участ­ке АВ на­пря­же­ние будет также 2,4 В. Сила тока, ко­то­рую тре­бу­ет­ся найти, – это сила тока, про­те­ка­ю­щая через ам­пер­метр А.

Такое со­еди­не­ние про­вод­ни­ков на­зы­ва­ет­ся нераз­ветв­лен­ным. В про­мыш­лен­но­сти обыч­но из­го­тав­ли­ва­ет­ся набор ре­зи­сто­ров с четко опре­де­лен­ны­ми со­про­тив­ле­ни­я­ми, но для экс­пе­ри­мен­тов могут по­на­до­бить­ся любые раз­лич­ные со­про­тив­ле­ния. Тогда с по­мо­щью таких схем можно со­зда­вать нуж­ное со­про­тив­ле­ние для экс­пе­ри­мен­та или при­бо­ра.

Далее тре­бу­ет­ся опре­де­лить эк­ви­ва­лент­ное со­про­тив­ле­ние нераз­ветв­лен­ной части. Сна­ча­ла по­смот­рим, чему равно со­про­тив­ле­ние R’ участ­ка цепи АВ, ко­то­рый со­дер­жит толь­ко ре­зи­сто­ры R1 и R2. Они со­еди­не­ны по­сле­до­ва­тель­но, тогда R′=R1+R2=2 [Ом]. Те­перь можно пе­ре­ри­со­вать элек­три­че­скую цепь, за­ме­нив со­про­тив­ле­ния R1 и R2 эк­ви­ва­лент­ным им со­про­тив­ле­ни­ем R’ (рис. 2).

Рис. 2. Пер­вая за­ме­на эк­ви­ва­лент­ным со­про­тив­ле­ни­ем

Те­перь можно ска­зать, что уча­сток АВ вклю­ча­ет в себя не три, а два со­про­тив­ле­ния: R3 и R’. Эти два со­про­тив­ле­ния со­еди­не­ны па­рал­лель­но, со­от­вет­ствен­но, можно найти общее со­про­тив­ле­ние элек­три­че­ской цепи по фор­му­ле . Вы­ра­зив R и под­ста­вив зна­че­ния , по­лу­ча­ем:

Стоит от­ме­тить, что со­про­тив­ле­ния были со­еди­не­ны, но общее со­про­тив­ле­ние по­лу­чи­лось все равно рав­ным 1 Ом. Те­перь элек­три­че­скую цепь можно за­ме­нить сле­ду­ю­щей (рис. 3):

Рис. 3. Вто­рая за­ме­на эк­ви­ва­лент­ным со­про­тив­ле­ни­ем

На рис. 3 со­про­тив­ле­ние R=1 Ом на­зы­ва­ет­ся эк­ви­ва­лент­ным со­про­тив­ле­ни­ем, по­сколь­ку три со­про­тив­ле­ния были за­ме­не­ны на одно. Чтобы рас­счи­тать силу тока в цепи, надо ис­поль­зо­вать закон Ома для участ­ка цепи: . На­пря­же­ние на со­про­тив­ле­нии R – это на­пря­же­ние на участ­ке АВ (Рис. 1), ко­то­рое, в свою оче­редь, равно 2,4.Тогда . Это и будет зна­че­ние силы тока в элек­три­че­ской цепи, ко­то­рое по­ка­жет ам­пер­метр.

Задача №2

Те­перь рас­смот­рим за­да­чу, в ко­то­рой также будет три со­про­тив­ле­ния, но со­еди­не­ны они будут по-дру­го­му (рис. 4):

Рис. 4. Усло­вие за­да­чи № 2

Два со­про­тив­ле­ния R1 и R2 со­еди­не­ны па­рал­лель­но (R1=R2=2 Ом), к ним еще по­сле­до­ва­тель­но при­со­еди­не­но со­про­тив­ле­ние R3=1 Ом. Ам­пер­метр по­ка­зы­ва­ет силу тока в цепи, рав­ную I=0,5 А. Тре­бу­ет­ся опре­де­лить на­пря­же­ние на кон­цах участ­ка этой цепи, то есть на участ­ке АВ.

Для на­ча­ла опре­де­лим со­про­тив­ле­ние участ­ка цепи, со­дер­жа­ще­го со­про­тив­ле­ния R1 и R2. Эти два со­про­тив­ле­ния со­еди­не­ны па­рал­лель­но, зна­чит, их эк­ви­ва­лент­ное со­про­тив­ле­ние R’ можно найти из фор­му­лы . Под­став­ляя зна­че­ния, по­лу­ча­ем:

Те­перь можно ска­зать, что цепь вклю­ча­ет в себя толь­ко два со­про­тив­ле­ния: R’и R3, ко­то­рые со­еди­не­ны по­сле­до­ва­тель­но.

Рис. 5. За­ме­на па­рал­лель­но­го со­еди­не­ния эк­ви­ва­лент­ным со­про­тив­ле­ни­ем

В за­да­че тре­бу­ет­ся опре­де­лить на­пря­же­ние. Для этого ис­поль­зу­ет­ся при­бор, ко­то­рый на­зы­ва­ет­ся вольт­метр. В цепь он вклю­ча­ет­ся па­рал­лель­но. И рас­смот­рим уча­сток цепи, в ко­то­ром все три со­про­тив­ле­ния уже за­ме­не­ны эк­ви­ва­лент­ным.

Рис. 6. Вклю­че­ние вольт­мет­ра в цепь

Вольт­метр вклю­чен в месте, со­от­вет­ству­ю­щем участ­ку АВ на рис. 4. Со­от­вет­ствен­но, он из­ме­ря­ет на­пря­же­ние на это участ­ке цепи. Чтобы найти зна­че­ния этого на­пря­же­ния, тре­бу­ет­ся сна­ча­ла найти эк­ви­ва­лент­ное со­про­тив­ле­ние. Со­про­тив­ле­ния R’ и R3 со­еди­не­ны по­сле­до­ва­тель­но (рис. 5), зна­чит, эк­ви­ва­лент­ное со­про­тив­ле­ние опре­де­ля­ет­ся по фор­му­ле:

Те­перь из за­ко­на Ома для участ­ка цепи можно найти на­пря­же­ние:

Зна­чит, вольт­метр дол­жен будет по­ка­зать зна­че­ния на­пря­же­ния в 1 В.

Расчет более сложных цепей

На уроке были рас­смот­ре­ны со­еди­не­ния толь­ко трех со­про­тив­ле­ний, когда они были по­сле­до­ва­тель­ные, к ним па­рал­лель­но под­клю­ча­ет­ся тре­тий, или когда два со­еди­не­ны па­рал­лель­но, а к ним по­сле­до­ва­тель­но под­клю­ча­ют тре­тье со­про­тив­ле­ние. Но ре­аль­ные схемы зна­чи­тель­но слож­нее. Они со­дер­жат огром­ное ко­ли­че­ство раз­лич­ных эле­мен­тов, со­про­тив­ле­ний, по­это­му име­ют­ся до­ста­точ­но слож­ные ме­то­ды рас­че­тов элек­три­че­ских цепей.

Впер­вые рас­че­та­ми таких слож­ных элек­три­че­ских цепей оза­да­чи­лись уче­ные при­бли­зи­тель­но в XIX веке, и по­яви­лись новые пра­ви­ла, ко­то­рые ис­поль­зу­ют­ся и по сей день. Немец­кий уче­ный Кирх­гоф раз­ра­бо­тал воз­мож­ность рас­че­та элек­три­че­ских слож­ных цепей, по­это­му пра­ви­ла, ко­то­рые ис­поль­зу­ют для слож­ных цепей, на­зы­ва­ют­ся «пра­ви­ла­ми Кирх­го­фа».

На сле­ду­ю­щих уро­ках будет рас­смот­ре­но по­ня­тие мощ­но­сти и ра­бо­ты силы тока.

Вопросы к конспектам

В каком слу­чае эк­ви­ва­лент­ное со­про­тив­ле­ние будет боль­ше: если три про­вод­ни­ка с со­про­тив­ле­ни­я­ми 1 Ом каж­дый со­еди­нить па­рал­лель­но или по­сле­до­ва­тель­но?

Два со­про­тив­ле­ния R1=1 Ом и R2= 2 Ом со­еди­не­ны по­сле­до­ва­тель­но, к ним па­рал­лель­но при­со­еди­не­но со­про­тив­ле­ние 3 Ом. Чему равно эк­ви­ва­лент­ное со­про­тив­ле­ние?

Сколь­ко раз­лич­ных цепей можно со­ста­вить из трех ре­зи­сто­ров с со­про­тив­ле­ни­я­ми 1 Ом каж­дый так, чтоб их эк­ви­ва­лент­ные со­про­тив­ле­ния была раз­лич­ны­ми?

Источник: https://100ballov.kz/mod/page/view.php?id=1134

Как посчитать сопротивление: параллельная, последовательная и комбинированная цепь

Решая задачи в области электроники и электрики, приходится сталкиваться с различными вычислениями. Чаще всего они связаны с упрощением электрических схем. Для этого используется метод эквивалента, когда часть цепи заменяется на один элемент с характеристиками, аналогичными ей. Но чтобы это сделать, необходимо знать, как посчитать сопротивление участка цепи и какие виды соединений бывают.

Ток — это упорядоченное движение носителей заряда под действием электрического поля. Способность вещества проводить ток называют электропроводимостью. Чем больше носителей частиц имеет материал, тем большей проводимостью он обладает. В зависимости от этой характеристики все вещества разделяют на три вида:

1. Проводники. Характеризуются хорошей электропроводностью. К ним относят металлы и их сплавы, а также электролиты.
2. Диэлектрики. Вещества, практически не проводящие электрический ток. В основном это газы, каучук, минеральные масла, пластмассы.
3. Полупроводники. Материалы, обладающие двумя видами проводимости одновременно — дырочной и электронной. Это вещества, имеющие ковалентную связь: кремний, германий, селен.

Величина, обратная электропроводимости, называется электрическим сопротивлением. То есть это физическая величина, препятствующая прохождению тока. Кроме способности любого материала ограничивать количество проходящих через него зарядов, существует специальный радиоэлемент, ограничивающий силу тока — резистор.

Таким образом, существует два понятия сопротивления: радиоэлемент и физическая величина.

Сопротивление радиоэлемента

Термин «резистор» произошёл от латинского слова resisto — «сопротивляемость». Все резисторы делятся на постоянные и переменные. Последние позволяют изменять своё сопротивление. На схемах и в литературе такая радиодеталь подписывается латинской буквой R. Единицей измерения считается Ом. Графически резистор обозначается в виде прямоугольника с двумя выводами от середины краёв. Кроме номинального сопротивления, он характеризуется рассеиваемой мощностью и классом точности.

По своей сути это пассивный радиоэлемент, преобразующий часть электрической энергии в тепловую. Тем самым он ограничивает ток, линейно преобразовывая его силу в напряжение и наоборот. Главный параметр, описывающий сопротивление, находится согласно закону Ома для участка цепи по следующей формуле: R = U/I, где:

• R — электрическое сопротивление, Ом.
• U — разность потенциалов приложенная к элементу, В.
• I — сила тока, преходящая через резистор, А.

Но тут следует отметить, что этот закон справедлив только для резистивных цепей. То есть для тех, при расчёте которых ёмкостью и индуктивностью пренебрегают. Если же эту формулу применить к реактивным элементам, то для катушки индуктивности сопротивление будет равным нулю, а для конденсатора — бесконечным. Но это верно для постоянного тока и напряжения.

При переменных величинах напряжение на индуктивности не будет равно нулю, как и ток, проходящий через конденсатор. Такие случаи сопротивлением уже не описываются, поскольку оно предполагает постоянные значения тока и напряжения.

Удельный параметр вещества

Чтобы различать понятие и элемент, было введено название удельное электрическое сопротивление. Обозначается оно греческим символом ρ. В Международной системе единиц эта величина измеряется в Омах, умноженных на метр. Зависит она исключительно от свойства материала.

Для расчёта электрического сопротивления однородного вещества используется формула: R = ρ* l/S, где:

• l — длина проводника, м;
• S — площадь поперечного сечения, м2.

Поэтому в физическом смысле удельное сопротивление материала — это величина, обратная удельной проводимости, представляющая собой сопротивление однородного проводника единичной длины и площади поперечного сечения. А значит, она численно равна импедансу участка электрической цепи, выполненному из вещества длиною один метр и площадью поперечного сечения один метр квадратный.

Для каждого вещества удельное сопротивление известно и является справочной величиной. Например, для меди — 0,01724 Ом*мм2/м, алюминия — 0,0262 Ом*мм2/м, висмута — 1,2 Ом*мм2/м, нихром — 1,05 Ом*мм2/м. Эти данные получены при температуре t = 20 °C, так как материалы обладают свойством изменять свою удельную характеристику при изменениях температуры. Так, проводимость металлов увеличивается при снижении температуры, а полупроводников — уменьшается.

Эквивалентная схема

При расчётах сопротивления электрических цепей широко используется понятие «эквивалентная схема замещения». Её назначение — упростить сложную схему до вида, состоящую из минимума элементов. Иными словами, каждый сложный радиоэлемент можно представить в виде соответствующих ему эквивалентных простых радиодеталей: резистор, ёмкость, индуктивность, источники тока и напряжения. Это позволяет не только математически описать любую схему, но и рассчитать её параметры.

При этом обычно радиоэлементы идеализируются, то есть их паразитные параметры не учитываются. Так и для подсчёта сопротивления цепи каждый компонент представляется как идеальный резистор. После чего схема перерисовывается, и в результате на ней остаются только подключённые разными способами друг к другу резисторы.

Существует два вида подключения:

• последовательное;
• параллельное.

Основными элементами электрической цепи являются узел, ветвь и контур. Узел — это место соединения двух и более ветвей. Ветвь — это последовательный участок цепи между двумя узлами, а контур — любая замкнутая цепь.

Последовательное соединение состоит из элементов, при котором все компоненты цепи связаны так, что участок цепи, образованный из них, не имеет ни одного узла.

А при параллельном соединении все компоненты электрической цепи контактируют между собой в двух узлах. При этом эти узлы напрямую не связаны.

Расчёт импеданса

Методы вычисления общего сопротивления зависят от способа соединения резисторов. При расчётах общего импеданса за основу берутся законы Кирхгофа.

Так, первый его закон гласит: сумма токов в узле равна нулю. Или, если его перефразировать, значение тока, втекающего в узел, равно сумме токов, вытекающих из этого узла. Второй закон связан с электродвижущей силой, и его формулировка звучит так: сумма разности потенциалов в контуре равна сумме падений разности потенциалов на каждом резисторе в цепи.

При последовательном соединении все элементы располагаются друг за другом без ответвлений. Так как согласно правилу Кирхгофа в любом месте ветви сила тока одинаковая I = I1 = In, то падение напряжения на первом элементе: U1 = I*R1, а на n: Un = I*Rn, где:

• In — сила тока, протекающая через резистор, А.
• Un — значение падения напряжения на резисторе, В.
• Rn — величина сопротивления элемента, Ом.

Общая разность потенциалов равна сумме всех напряжений, поэтому можно записать: U = U1++Un = I*(R1++Rn) = IRo.

В результате формула для расчёта сопротивления цепи в этом случае будет выглядеть следующим образом:

Ro = R1 ++ Rn, где:

• Ro — общее сопротивление ветви.
• R1 — значение импеданса первого элемента.
• Rn — величина сопротивления n-го элемента.

Если цепь параллельная то это значит, что на этом участке несколько ветвей расходятся, а после опять соединяются. Получается, что сила тока в каждой ветви будет своя, а величина напряжения одинакова. Поэтому Uo = U1== Un, а Io = I1++In. Используя закон Ома, можно записать:

Uo/Ro = U1/R1++Un/Rn, или

1/Ro = 1/R1+1/Rn.

В итоге эквивалентное сопротивление при параллельном соединении рассчитывается как произведение значений резисторов, делённое на сумму их произведений. Для двух резисторов формулу для нахождения общего сопротивления можно записать в виде: Ro = (R1*R2) / (R1+R2).

Браузерный онлайн-калькулятор

Если элементов в цепи немного, то, упрощая схему, довольно легко посчитать, используя формулы для параллельного и последовательного включения резисторов, общий импеданс цепи. Но если в схеме много элементов, да ещё она такая, что содержит и то, и другое соединение (комбинированная), проще воспользоваться браузерными онлайн-калькуляторами.

В их основе используются всё те же формулы для расчёта эквивалентного резистора, но все вычисления происходят автоматически. Существует огромное количество предложений таких калькуляторов. Но при этом все они работают одинаково.

Онлайн-расчёт представляет собой программный код, в котором заложен алгоритм вычисления. Потребителю необходимо только в специальных ячейках указать, какой вид соединения используется, сколько элементов в контуре и сопротивления резисторов.

Далее надо нажать кнопку «Рассчитать» и через считанные секунды получить ответ.

Необходимо отметить, что, если даже это в программе не указано, все значения вводятся только в Международной системе единиц, сила тока — ампер, напряжение — вольт, сопротивление — Ом. Тогда и ответ получится в Омах.

Бонусом является и то, что многие такие программы сразу рассчитывают и мощность элемента. Для этого используется формула: P = U2/Ro = I2*Ro, Вт.

Практическое применение

Чаще всего на практике расчёт общего сопротивления цепи выполняют для того, чтобы узнать потребляемую мощность той или иной схемы. При этом, зная общее сопротивление, можно найти и такие важные параметры цепи, как ток и напряжение. Поэтому и рисуют эквивалентную схему электрической цепи. Простые цепи состоят только из последовательных или параллельных участков, но чаще встречаются комбинированные соединения.

Перед тем как приступить к расчёту эквивалентного сопротивления, вся электрическая цепь разделяется на простые контуры. Как только импеданс каждого такого контура будет подсчитан, схема перерисовывается, но вместо контуров рисуется уже резистор. Затем всё повторяется, и это происходит до тех пор, пока не останется один элемент.

Простое соединение

Пусть будет дана схема, состоящая из трёх резисторов, включённых последовательно. При этом сопротивление R1и R2 одинаковое и равно 57 Ом, а сопротивление R3 составляет один килоОм. Для расчёта общего сопротивления цепи сначала понадобится привести значение R3 согласно Международной системе единиц.

R3 = 1 кОм = 1000 Ом.

Так как соединение последовательное, используется формула: Ro = R1+R2+R3. Подставив известные значения, рассчитывается эквивалентное значение: Ro = 57+57+1000 = 1114 Ом.

Если же те же самые резисторы будут расположены параллельно друг другу, то для расчёта общего сопротивления уже используется другое выражение:

1/Ro = 1/R1 + 1/R2 +1/R3.

Ro = R1*R2*R3 / (R1*R2+R2*R3+R1*R3).

Подставив исходные данные в эту формулу, получим:

Ro = 57*57*1000/ (57*57 +57*1000+ 57*1000) = 3249000/117249 = 27,7 Ом.

Комбинированный контур

Необходимо вычислить мощность и эквивалентное сопротивление смешанной цепи, состоящей из четырёх резисторов. Резистор R1 =R2 =5 Ом, R3= 10 Ом, R4 =3 Ом. На схему подаётся питание пять вольт.

Первоначально понадобится упростить схему. Сопротивления R3 и R4 включены относительно друг друга параллельно. Поэтому находится их объединённое сопротивление:

Rp = (R3*R4)/(R3+R4).

Rp = (10*3)/ (10+3) = 2,3 Ом.

Теперь схему можно перерисовать в виде трёх последовательно включённых резисторов и найти общее сопротивление путём сложения их величин:

Ro = R1+R2+Rp = 5+5+2,3 = 12,3 Ом.

Зная эквивалентное сопротивление, используя закон Ома, несложно вычислить силу тока в цепи и мощность эквивалентного резистора:

I = U/R = 5/2,3 = 2,2 A.

P = I*U = 2,2*5= 11 Вт.

Таким образом, путём постепенного упрощения схемы можно свести цепь из последовательно и параллельно соединённых резисторов к одному элементу. А затем рассчитать его сопротивление и требуемую мощность.

Источник: https://220v.guru/fizicheskie-ponyatiya-i-pribory/moschnost/soprotivlenie/kak-poschitat-obschee-soprotivlenie-cepi.html

Параллельное соединение резисторов. Калькулятор для расчета

Параллельное соединение резисторов — одно из двух видов электрических соединений, когда оба вывода одного резистора соединены с соответствующими выводами другого резистора или резисторов. Зачастую резисторы соединяют последовательно или параллельно для того, чтобы создать более сложные электронные схемы.

Схема параллельного соединения резисторов показан на рисунке ниже. При параллельном соединении резисторов, напряжение на всех резисторах будет одинаковым, а протекающий через них ток будет пропорционален их сопротивлению:

Формула параллельного соединения резисторов

Общее сопротивление нескольких резисторов соединенных параллельно определяется по следующей формуле:

Ток, протекающий через отдельно взятый резистор, согласно закону Ома, можно найти по формуле:

При разработке устройства, возникла необходимость установить резистор с сопротивлением 8 Ом. Если мы просмотрим весь номинальный ряд стандартных значений резисторов, то мы увидим, что резистора с сопротивлением в 8 Ом в нем нет.

Выходом из данной ситуации будет использование двух параллельно соединенных резисторов. Эквивалентное значение сопротивления для двух резисторов соединенных параллельно рассчитывается следующим образом:

Данное уравнение показывает, что если R1 равен R2, то сопротивление R составляет половину сопротивления одного из двух резисторов. При R = 8 Ом, R1 и R2 должны, следовательно, иметь значение 2 × 8 = 16 Ом.
Теперь проведем проверку, рассчитав общее сопротивление двух резисторов:

Таким образом, мы получили необходимое сопротивление 8 Ом, соединив параллельно два резистора по 16 Ом.

Пример расчета №2

Найти общее сопротивление  R из трех параллельно соединенных резисторов:

Общее сопротивление R рассчитывается по формуле:

Этот метод расчета может быть использованы для расчета любого количества отдельных сопротивлений соединенных параллельно.

Один важный момент, который необходимо запомнить при расчете параллельно соединенных резисторов – это то, что общее сопротивление всегда будет меньше, чем значение наименьшего сопротивления в этой комбинации.

Как рассчитать сложные схемы соединения резисторов

Более сложные соединения резисторов могут быть рассчитаны путем систематической группировки резисторов. На рисунке ниже необходимо посчитать общее сопротивление цепи, состоящей из трех резисторов:

Для простоты расчета, сначала сгруппируем резисторы по параллельному и последовательному типу соединения.

Резисторы R2 и R3 соединены последовательно (группа 2). Они в свою очередь соединены параллельно с резистором R1 (группа 1).

Последовательное соединение резисторов группы 2 вычисляется как сумма сопротивлений R2 и R3:

В результате мы упрощаем схему в виде двух параллельных резисторов. Теперь общее сопротивление всей схемы можно посчитать следующим образом:

Расчет более сложных соединений резисторов можно выполнить используя законы Кирхгофа.

Ток, протекающий в цепи параллельно соединенных резисторах

Общий ток I протекающий в цепи параллельных резисторов равняется сумме отдельных токов, протекающих во всех параллельных ветвях, причем ток в отдельно взятой ветви не обязательно должен быть равен току в соседних ветвях.

Несмотря на параллельное соединение, к каждому резистору приложено одно и то же напряжение. А поскольку величина сопротивлений в параллельной цепи может быть разной, то и величина протекающего тока через каждый резистор тоже будет отличаться (по определению закона Ома).

Рассмотрим это на примере двух параллельно соединенных резисторов. Ток, который течет через каждый из резисторов ( I1 и I2 ) будет отличаться друг от друга поскольку сопротивления резисторов R1 и R2 не равны.
Однако мы знаем, что ток, который поступает в цепь в точке «А» должен выйти из цепи в точке «B» .

Первое правило Кирхгофа гласит: «Общий ток, выходящий из цепи равен току входящий в цепь».

Таким образом, протекающий общий ток в цепи  можно определить как:

I = I1 + I2

Затем с помощью закона Ома можно вычислить ток, который протекает через каждый резистор:

Ток, протекающий в R1 = U ÷ R1 = 12 ÷ 22 кОм = 0,545 мА

Ток, протекающий в R 2 = U ÷ R2 = 12 ÷ 47 кОм = 0,255 мА

Таким образом, общий ток будет равен:

I = 0,545 мА + 0,255 мА = 0,8 мА

Это также можно проверить, используя закон Ома:

I = U ÷ R = 12 В ÷ 15 кОм = 0,8 мА (то же самое)

где 15кОм — это общее сопротивление двух параллельно соединенных резисторов (22 кОм и 47 кОм)

И в завершении хочется отметить, что большинство современных резисторов маркируются цветными полосками и назначение ее можно узнать здесь.

Параллельное соединение резисторов — онлайн калькулятор

Чтобы быстро вычислить общее сопротивление двух и более резисторов, соединенных параллельно, вы можете воспользоваться следующим онлайн калькулятором:

Подведем итог

Когда два или более резистора соединены так, что оба вывода одного резистора соединены с соответствующими выводами другого резистора или резисторов, то говорят, что они соединены между собой параллельно. Напряжение на каждом резисторе внутри параллельной комбинации одинаковое, но токи, протекающие через них, могут отличаться друг от друга, в зависимости от величины сопротивлений каждого резистора.

Эквивалентное или полное сопротивление параллельной комбинации всегда будет меньше минимального сопротивления резистора, входящего в параллельное соединение.

Источник: http://www.joyta.ru/7362-parallelnoe-soedinenie-rezistorov/

Соединение резисторов

Радиоэлектроника для начинающих

О том, как соединять конденсаторы и рассчитывать их общую ёмкость уже рассказывалось на страницах сайта. А как соединять резисторы и посчитать их общее сопротивление? Именно об этом и будет рассказано в этой статье.

Резисторы есть в любой электронной схеме, причём их номинальное сопротивление может отличаться не в 2 – 3 раза, а в десятки и сотни раз. Так в схеме можно найти резистор на 1 Ом, и тут же неподалёку на 1000 Ом (1 кОм)!

Поэтому при сборке схемы либо ремонте электронного прибора может потребоваться резистор с определённым номинальным сопротивлением, а под рукой такого нет. В результате быстро найти подходящий резистор с нужным номиналом не всегда удаётся. Это обстоятельство тормозит процесс сборки схемы или ремонта. Выходом из такой ситуации может быть применение составного резистора.

Для того чтобы собрать составной резистор нужно соединить несколько резисторов параллельно или последовательно и тем самым получить нужное нам номинальное сопротивление. На практике это пригождается постоянно. Знания о правильном соединении резисторов и расчёте их общего сопротивления выручают и ремонтников, восстанавливающих неисправную электронику, и радиолюбителей, занятых сборкой своего электронного устройства.

Последовательное соединение резисторов

В жизни последовательное соединение резисторов имеет вид:

Последовательно соединённые резисторы серии МЛТ

Принципиальная схема последовательного соединения выглядит так:

На схеме видно, что мы заменяем один резистор на несколько, общее сопротивление которых равно тому, который нам необходим.

Подсчитать общее сопротивление при последовательном соединении очень просто. Нужно сложить все номинальные сопротивления резисторов входящих в эту цепь. Взгляните на формулу.

Общее номинальное сопротивление составного резистора обозначено как Rобщ.

Номинальные сопротивления резисторов включённых в цепь обозначаются как R1, R2, R3,RN.

Применяя последовательное соединение, стоит помнить одно простое правило:

Из всех резисторов, соединённых последовательно главную роль играет тот, у которого самое большое сопротивление. Именно он в значительной степени влияет на общее сопротивление.

Что это значит?

Так, например, если мы соединяем три резистора, номинал которых равен 1, 10 и 100 Ом, то в результате мы получим составной на 111 Ом. Если убрать резистор на 100 Ом, то общее сопротивление цепочки резко уменьшиться до 11 Ом! А если убрать, к примеру, резистор на 10 Ом, то сопротивление будет уже 101 Ом. Как видим, резисторы с малыми сопротивлениями в последовательной цепи практически не влияют на общее сопротивление.

Параллельное соединение резисторов

Можно соединять резисторы и параллельно:

Два резистора МЛТ-2, соединённых параллельно

Принципиальная схема параллельного соединения выглядит следующим образом:

Для того чтобы подсчитать общее сопротивление нескольких параллельно соединённых резисторов понадобиться знание формулы. Выглядит она вот так:

Эту формулу можно существенно упростить, если применять только два резистора. В таком случае формула примет вид:

Есть несколько простых правил, позволяющих без предварительного расчёта узнать, каково должно быть сопротивление двух резисторов, чтобы при их параллельном соединении получить то, которое требуется.

Если параллельно соединены два резистора с одинаковым сопротивлением, то общее сопротивление этих резисторов будет ровно в два раза меньше, чем сопротивление каждого из резисторов, входящих в эту цепочку.

Это правило исходит из простой формулы для расчёта общего сопротивления параллельной цепи, состоящей из резисторов одного номинала. Она очень проста. Нужно разделить номинальное сопротивление одного из резисторов на общее их количество:

Здесь R1 – номинальное сопротивление резистора. N – количество резисторов с одинаковым номинальным сопротивлением.

Ознакомившись с приведёнными формулами, вы скажите, что все они справедливы для расчёта ёмкости параллельно и последовательно соединённых конденсаторов. Да, только в отношении конденсаторов всё действует с точностью до «наоборот”. Узнать подробнее о соединении конденсаторов можно здесь.

Проверим справедливость показанных здесь формул на простом эксперименте.

Возьмём два резистора МЛТ-2 на 3 и 47 Ом и соединим их последовательно. Затем измерим общее сопротивление получившейся цепи цифровым мультиметром. Как видим оно равно сумме сопротивлений резисторов, входящих в эту цепочку.

Замер общего сопротивления при последовательном соединении

Теперь соединим наши резисторы параллельно и замерим их общее сопротивление.

Измерение сопротивления при параллельном соединении

Как видим, результирующее сопротивление (2,9 Ом) меньше самого меньшего (3 Ом), входящего в цепочку. Отсюда вытекает ещё одно известное правило, которое можно применять на практике:

При параллельном соединении резисторов общее сопротивление цепи будет меньше наименьшего сопротивления, входящего в эту цепь.

Что ещё нужно учитывать при соединении резисторов?

Во-первых, обязательно учитывается их номинальная мощность. Например, нам нужно подобрать замену резистору на 100 Ом и мощностью 1 Вт. Возьмём два резистора по 50 Ом каждый и соединим их последовательно. На какую мощность рассеяния должны быть рассчитаны эти два резистора?

Поскольку через последовательно соединённые резисторы течёт один и тот же постоянный ток (допустим 0,1 А), а сопротивление каждого из них равно 50 Ом, тогда мощность рассеивания каждого из них должна быть не менее 0,5 Вт. В результате на каждом из них выделится по 0,5 Вт мощности. В сумме это и будет тот самый 1 Вт.

Данный пример достаточно грубоват. Поэтому, если есть сомнения, стоит брать резисторы с запасом по мощности.

Подробнее о мощности рассеивания резистора читайте тут.

Во-вторых, при соединении стоит использовать однотипные резисторы, например, серии МЛТ. Конечно, нет ничего плохого в том, чтобы брать разные. Это лишь рекомендация.

» Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Источник: https://go-radio.ru/connection-of-resistors.html

Общее сопротивление

Для теоретических расчетов и практического применения достаточно часто необходимо знать сопротивление электрической цепи. По этому параметру делают выводы о мощности нагрузки. С его помощью определяют параметры делителей напряжения и других устройств, отдельных частей радиотехнических схем. После ознакомления с тематическими методиками обозначенные и другие задачи можно решать быстро и правильно.

Отдельные исходные данные можно получить после измерений

Определение

Если посчитать общее сопротивление (Rобщ), можно выяснить изменение основных электрических параметров (тока (I) и напряжения (U)) при подключении схемы к определенному источнику питания. В простейшем варианте достаточно применить закон Ома (I = U/ R) и пренебречь внутренним сопротивлением аккумулятора.

При напряжении U = 6,5 В через подключенный резистор R = 20 ОМ будет проходить ток I = 6,5/20 = 0,325 А. По вычисленному параметру с помощью классической формулы можно узнать мощность:

P = I2 *R = U2/ R = 0,105625 * 20 = 2,11 Вт.

Полученное значение пригодится для выбора подходящего пассивного элемента в ассортименте магазина.

На практике приходится решать задачи с большим количеством элементов. Общий показатель эквивалентен суммарному сопротивлению цепи. Однако простым сложением правильный результат получить нельзя. Ниже рассмотрены технологии, по которым выполняют корректные вычисления.

Основные термины и определения

Рисунок поясняет используемую терминологию:

• i1, i2 i6 – токи в отдельных цепях;
• R1-R3 – пассивные элементы (резисторы);
• e1, e2 – типичные обозначения источников тока (ЭДС);
• L и C – компоненты с реактивными характеристиками (индуктивными и емкостными, соответственно);
• ветвями называют с одним током;
• места соединение этих цепей – узлы;
• контуры (обозначены римскими цифрами I, II и III) показывают замкнутые пути прохождения токов по нескольким ветвям.

Способы совмещения элементов

Формула мощности электрического тока

При последовательной установке нескольких резисторов в одной ветви соответствующие номиналы складывают. Вместо нескольких компонентов допустимо взять для расчетов один элемент с равным полученному результату вычислений эквивалентным сопротивлением Rэкв. При небольшой длине цепи питания параметры проводника можно не учитывать.

Особенности расчетов

Для вычисления полной цепи учитывают по формуле внутреннее сопротивление (Rвн) источника:

Закон Ома для неоднородного участка

I = E (ЭДС)/ (Rэкв + Rвн).

Имеющуюся схему преобразуют с целью упрощения по рассмотренным выше принципам с применением эквивалентных сопротивлений. Далее пользуются классическими соотношениями электрических величин, которые основаны на законе Ома.

Также применяют специфические технологии:

• контурных токов;
• узловых потенциалов;
• эквивалентного генератора;
• наложения.

К сведению. Кроме упрощения схем, применяют стандартные методики преобразования математических формул. В некоторых ситуациях удобнее оперировать с дробными величинами, поэтому следует обновить в собственной памяти соответствующие знания из школьной программы.

Постулаты Кирхгофа

Эти принципы используют для расчета сложных электрических схем. Базовые сведения о токах и напряжениях помогут уточнить контрольные параметры в отдельных узлах. С помощью этой информации корректируют характеристики отдельных функциональных компонентов. Они пригодятся для определения уровня выходного сигнала в определенных точках без применения измерительной аппаратуры.

Первый постулат

По классической формулировке сумма (алгебраическая) входящих и выходящих из одного узла токов определяется выражением:

i1 + i2 + + in = 0.

Это соотношение справедливо для любой контрольной точки схемы, где соединяются ветви. Не имеет значения, какие именно компоненты включены в отдельные цепи:

• реактивные;
• пассивные;
• источники питания в любой полярности.

К сведению. Подразумевается (для расчета), что входящие/ выходящие токи положительные/ отрицательные, соответственно.

Второй постулат

Это правило определяет равенство сумм напряжений и ЭДС, включенных в один контур. Для наглядности можно представить простейший пример с двумя резисторами, подключенными к источнику постоянного тока. С помощью мультиметра измеряют напряжения на выводах:

• UR1 = 4 V;
• UR1 = 2,5 V;
• Uакб = 6,5 V = UR1 + UR2.

Второе правило действительно для всех замкнутых контуров, смешанных и сложных соединений. Для проверки вычислений можно суммировать последовательно разницу потенциалов контрольных точек. Если в цепи отсутствуют дополнительные генераторы (аккумуляторные батареи), получится результат, равный нулю. Выбирают направление обхода контура, соответствующее положительному току (входящему в узел). Выше показан частный случай, когда складывают результаты измерений.

К сведению. Второй постулат Кирхгофа применяют для расчета схем, подключенных к источнику питания переменного тока.

Реактивные составляющие нагрузок

Чтобы выяснить, как найти общее сопротивление цепи в реальных условиях, следует учитывать наличие и соответствующее влияние компонентов с активными и реактивными характеристиками. К первой группе относят:

• резисторы (постоянные и переменные);
• соединительные провода;
• нагревательные элементы (ТЭНы).

Проводимость таких изделий зависит от исходного материала и количества примесей, поперечного сечения и длины, уровня температуры.

Определение сверхпроводимости

При увеличении силы тока в типовом проводнике из металла столкновение электронов с молекулярной кристаллической решеткой провоцирует преобразование электрической энергии в тепловую. Наглядный пример такого процесса – серийная лампа накаливания. До 90% и более мощности потребления подобные приборы используют впустую для нагрева окружающего пространства.

Температурное влияние на сопротивление применяют для создания датчиков. Изменение тока в соответствующей цепи фиксируют измерительным прибором. После преобразования в наглядный цифровой вид результаты отображают на дисплее.

Цифровой термометр с выносным датчиком

Индуктивными реактивными характеристиками обладают катушки. Подключение такого изделия смещает фазы тока и напряжения. Электрическое сопротивление (ХL) в этом случае сильно зависит от частоты сигнала (f), индуктивности (L):

ХL = 2π * f * L.

Частный случай применения – ограничитель помех. Такие схемы выполняют свои функции за счет сильного сопротивления току при увеличении частоты (скорости нарастания переднего фронта импульса).

Для нагрузки с емкостными свойствами применяют следующую формулу:

Хc = 1/ 2π * f * C.

Такими параметрами обладает конденсатор. Он также создает фазовый сдвиг, заряжается и разряжается в соответствии с изменениями входного сигнала.

Как вычислить общее сопротивление цепи

Для расчетов используют представленные выше правила, формулы, проверочные действия. Рекомендуется сначала изобразить схему в упрощенном виде, с комплексным объединением отдельных участков. Далее вычисляют эквивалентные сопротивления соответствующих групп. При необходимости можно определить токи в цепях, находить значения напряжений в контрольных точках.

Метод 1 Последовательное соединение

Для таких соединений применяют представленное выше простое суммирование:

Rобщ = R1 + R2 + + Rn.

Ток в замкнутой цепи не изменяется. Проверка при подключении мультиметра в любой разрыв покажет одно и то же значение. Вместе с тем на каждом резисторе при разных номиналах элементов будет различное падение напряжения. В соответствии со вторым постулатом Кирхгофа результат вычислений проверяют сложением:

Uакб = U1 + U2 + Un.

К сведению. С помощью приведенной схемы нетрудно рассчитать делитель напряжения на определенный уровень при известных рабочих параметрах источника питания постоянного тока.

Пример вычислений для последовательного соединения

Метод 2 Параллельное соединение

В этом варианте соединения удобно оперировать с обратным сопротивлению параметром – проводимостью. Впрочем, допустимо применение и такой исходной формулы:

1/Rобщ = 1/R1 + 1/R2 = 1/(1/R1 + 1/R2) =  R1*R2/R1 + R2.

В узле на входе ток распределяется по разным цепям пропорционально номиналам соответствующих резисторов. На выходе происходит обратное преобразование. Проверку вычислений выполняют по принципам первого постулата Кирхгофа.

Формулы и пример для параллельного соединения

Метод 3 Комбинированное соединение

Сложные схемы упрощают. Отдельно рассчитывают параллельный участок. Далее создают неразветвленный контур из последовательных элементов.

При необходимости можно трансформировать схему из соединения резисторов «треугольником» в «звезду» или обратно. Ниже приведены формулы для расчета эквивалентных сопротивлений в цепях после преобразования.

Перевод «звезды» в «треугольник»

Метод 4 Формулы, включающие мощность

Каков будет результат, узнать несложно с помощью любой из подходящих формул:

P = I2 *R = U2/ R.

Исходные параметры берут из предварительных расчетов либо определяют измерением. Можно использовать схемы вычислений с токами в цепях или напряжением на отдельных резисторах (группах последовательно соединенных элементов).

Источник: https://amperof.ru/teoriya/obshhee-soprotivlenie.html

Расчёт сопротивления электрических цепей

Внимание! Чтобы увидеть ответы на вопросы, кликните по ним. Кликать надо по тексту, а не по пустому месту. Чтобы сменить картинку, кликните по кнопке. Если ответ на вопрос вам не ясен, советую хорошо подумать, прежде чем смотреть ответ.

Просто, как .. Сложил все эти сопротивления и получил сопротивление цепи.

Инструмент 2. Вычисление сопротивления участка из нескольких параллельно соединённых сопротивлений

Рассмотрим участок с двумя параллельными одинаковыми сопротивлениями. Сопротивление его в два раза меньше, чем каждого сопротивления. Если сопротивлений три, сопротивление участка будет в три раза меньше.

Какую тут можно провести аналогию?

Несколько одинаковых дырок. Через них протечёт воды в столько раз больше, чем через одну дырку, сколько дырок имеется.

А как быть, если сопротивления не одинаковые? Есть такое понятие — проводимость. Оно означает величину, обратную сопротивлению. (рисунок 2)

Так если сопротивление больше, то проводимость что?

меньше

Чтобы вычислить проводимость нашего участка, надо сложить проводимости сопротивлений. Потом можно легко найти сопротивление участка.

А нельзя ли вычислить сопротивление участка, не преобразуя сопротивления в проводимости, а потом обратно? Можно. Пусть у нас участок из двух параллельно соединённых сопротивлений (рис. 2-1). Проводимость его равна сумме проводимостей сопротивлений (1 строчка).

Приведём проводимости сопротивлений к общему знаменателю (2 строчка). Сложим их и получим суммарную проводимость (3 строчка). «Переворачиваем» формулу (4 строчка) и получаем формулу для участка из двух параллельно соединённых сопротивлений.

А если сопротивлений не два, а больше?

Сформулируйте своими словами формулу сопротивления участка из нескольких параллельных сопротивлений, чтобы лучше её запомнить.

Надо умножить все сопротивления, и разделить на сумму произведений этих сопротивлений, но в каждом этом произведнии одного сопротивления не хватает. Вы, может быть, и получше сформулируете.

Инструмент 3. Преобразование «треугольника» в «звезду»

Пусть у нас в схеме есть вот такой участок цепи — «треугольник» (рис. 3, слева). Нам надо заменить его участком вот такого вида — «звездой» (рис. 3, справа), но чтобы сопротивления между сторонами «звезды» были такими же, как между соответствующими лучами «треугольника». Зачем это нужно? Позже узнаете.

Смотрим на «звезду» на рис. 3. Допустим, мы знаем сопротивления между точками A и B, то есть (Ra+Rb); A и C, то есть (Ra+Rc); B и C, то есть (Rb+Rc). Чему будут равны сопротивления Ra,   Rb,   Rc ?

Зная все сопротивления между концами лучей «звезды», мы можем вычислить сопротивление каждого отдельного луча.

Теперь будем вычислять сопротивления между точками A, B, и C (звезды) через сопротивления треугольника, которые нам известны (рис. 3-2). Для начала вычислим сопротивление между точками A и B звезды (рис. 3-2 верхняя строчка).

В нашем треугольнике мы имеем два параллельно включённых сопротивления — Rab и (Rac+Rbc). Вычислять их общее сопротивление мы умеем (ответы на вопросы 3 и 4). Вычисляем сопротивления между точками A и C, B и C (2 и 3 строчки).

Обратите внимание, что во всех формулах знаменатель одинаковый.

Теперь можно вычислить сопротивление отдельного луча (рис. 3-3). Формула получилась очень громоздкая, но мы её хорошенько подсократим.

И получим вот такую стройную и изящную формулу (рис. 3-4, верхняя строчка). Аналогично вычисляем сопротивления других лучей звезды.

Сформулируйте своими словами формулу из рисунка 3-4, чтобы лучше её запомнить.

Чтобы найти сопротивление луча «звезды», надо умножить сопротивления сторон «треугольника», которые «прилегают» («имеют ту же букву»), и разделить на сумму сопротивлений всех сторон «треугольника».

Инструмент 4. Преобразование «звезды» в «треугольник»

Иногда полезно делать обратное преобразование — «звезды» в «треугольник». Нельзя ли вычислить сопротивление стороны «треугольника» через сопротивления эквивалентной «звезды», используя формулы, которые мы уже вывели? Можно. Смотрим рисунок 3-4. Проделаем с формулами этого рисунка следующий трюк: попарно их перемножим и результаты сложим (смотрим рис. 4-1).

Затем результат разделим на верхнюю формулу рисунка 3-4. Получится у нас вот что: рисунок 4-2, третья сверху формула. Маленько её подсократим и получим нижнюю формулу. Как раз то, что нам надо!

Сопротивления других сторон «треугольника» выводятся аналогично (рисунок 4-3).

Сформулируйте своими словами формулу из рисунка 4-3, чтобы лучше её запомнить.

Чтобы найти сопротивление стороны «треугольника», надо сложить сопротивления соответствующих сторон «звезды» (у которых «те же буквы»), и ещё прибавить произведение тех же сторон «звезды», делёное на оставшуюся сторону.

Зубрилка

об ошибках сообщайте по адресу [email protected]

Источник: http://alik-abdulin.com/kirchhoff/kirchhoff.html

Последовательное и параллельное соединение резисторов

Последовательное соединение – это соединение двух или более резисторов в форме цепи, в которой каждый отдельный резистор соединяется с другим отдельным резистором только в одной точке.

Общее сопротивление Rобщ

При таком соединении, через все резисторы проходит один и тот же электрический ток. Чем больше элементов на данном участке электрической цепи, тем «труднее» току протекать через него. Следовательно, при последовательном соединении резисторов их общее сопротивление увеличивается, и оно равно сумме всех сопротивлений.

Напряжение при последовательном соединении

Напряжение при последовательном соединении распределяется на каждый резистор согласно закону Ома:

Т.е чем большее сопротивление резистора, тем большее напряжение на него падает.

Напряжение при параллельном соединении

Напряжение между точками A и B является как общим напряжением для всего участка цепи, так и напряжением, падающим на каждый резистор в отдельности. Поэтому при параллельном соединении на все резисторы упадет одинаковое напряжение.

Электрический ток при параллельном соединении

Через каждый резистор течет ток, сила которого обратно пропорциональна сопротивлению резистора. Для того чтобы узнать какой ток течет через определенный резистор, можно воспользоваться законом Ома:

Смешанное соединение резисторов

Смешанным соединением называют участок цепи, где часть резисторов соединяются между собой последовательно, а часть параллельно. В свою очередь, смешанное соединение бывает последовательного и параллельного типов.

Последовательное и параллельное соединения проводников – FIZI4KA

ОГЭ 2018 по физике ›

1. Потребители электрической энергии: электрические лампочки, резисторы и пр. — могут по-разному соединяться друг с другом в электрической цепи. Существует два основных типа соединения проводников: последовательное и параллельное. При последовательном соединении проводников конец одного проводника соединяется с началом другого проводника, а его конец — с началом третьего и т.д. (рис. 85).

Примером последовательного соединения проводников может служить соединение электрических лампочек в ёлочной гирлянде.

При последовательном соединении проводников ток проходит через все лампочки, при этом через поперечное сечение каждого проводника в единицу времени проходит одинаковый заряд, т.е. заряд не скапливается ни в какой части проводника. Поэтому при последовательном соединении проводников сила тока в любом участке цепи одинакова: ​\( I_1=I_2=I \)​.

Общее сопротивление последовательно соединённых проводников равно сумме их сопротивлений: ​\( R_1=R_2=R \)​. Это следует из того, что при последовательном соединении проводников их общая длина увеличивается, она больше, чем длина каждого отдельного проводника, соответственно увеличивается и сопротивление проводников.

По закону Ома напряжение на каждом проводнике равно: ​\( U_1=IR_1 \)​, ​\( U_2=IR_2 \)​, а общее напряжение равно ​\( U=I(R_1+R_2) \)​. Поскольку сила тока во всех проводниках одинакова, а общее сопротивление равно сумме сопротивлений проводников, то полное напряжение на последовательно соединённых проводниках равно сумме напряжений на каждом проводнике: ​\( U=U_1+U_2 \)​.

Из приведённых равенств следует, что последовательное соединение проводников используется в том случае, если напряжение, на которое рассчитаны потребители электрической энергии, меньше общего напряжения в цепи.

2. Примером параллельного соединения проводников служит соединение потребителей электрической энергии в квартире. Так, электрические лампочки, чайник, утюг и пр. включаются параллельно.

При параллельном соединении проводников все проводники одним своим концом присоединяются к одной точке цепи (А), а вторым концом к другой точке цепи (В) (рис. 86).

Поэтому вольтметр, подключенный к этим точкам, покажет напряжение как на проводнике 1, так и на проводнике 2. Таким образом, напряжение на концах всех параллельно соединённых проводников одно и то же: ​\( U_1=U_2=U \)​.

При параллельном соединении проводников электрическая цепь разветвляется, в данном случае в точке В. Поэтому часть общего заряда проходит через один проводник, а часть — через другой. Следовательно при параллельном соединении проводников сила тока в неразветвлённой части цепи равна сумме силы тока в отдельных проводниках: ​\( I=I_1+I_2 \)​.

В соответствии с законом Ома ​\( I=\frac{U}{R} \)​, \( I_1=\frac{U_1}{R_1} \), \( I_2=\frac{U_2}{R_2} \). Отсюда следует: ​\( \frac{U}{R}=\frac{U_1}{R_1}+\frac{U_2}{R_2} \)​. Так как ​\( U_1=U_2=U \)​, \( \frac{1}{R}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2} \). Величина, обратная общему сопротивлению параллельно соединенных проводников, равна сумме величин, обратных сопротивлению каждого проводника.

При параллельном соединении проводников их общее сопротивление меньше, чем сопротивление каждого проводника. Действительно, если параллельно соединены два проводника, имеющие одинаковое сопротивление ​\( r \)​, то их общее сопротивление равно: ​\( R=r/2 \)​. Это объясняется тем, что при параллельном соединении проводников как бы увеличивается площадь их поперечного сечения, соответственно уменьшается сопротивление.

Из приведённых формул понятно, почему потребители электрической энергии включаются параллельно: они все рассчитаны на определённое одинаковое напряжение, которое в квартирах равно 220 В. Зная сопротивление каждого потребителя, можно рассчитать силу тока в каждом из них и соответствие суммарной силы тока предельно допустимой силе тока.

• Примеры заданий
• Ответы

Часть 1

1. На рисунке изображёна схема участка электрической цепи АВ. В эту цепь параллельно включены два резистора сопротивлением ​\( R_1 \)​ и ​\( R_2 \)​. Напряжения на резисторах соответственно ​\( U_1 \)​ и ​\( U_2 \)​.

По какой из формул можно определить напряжение U на участке АВ?

1) ​\( U=U_1+U_2 \)​
2) ​\( U=U_1-U_2 \)​
3) ​\( U=U_1=U_2 \)​
4) ​\( U=\frac{U_1U_2}{U_1+U_2} \)​

2. На рисунке изображёна схема электрической цепи, содержащая два параллельно включённых резистора сопротивлением ​\( R_1 \)​ и ​\( R_2 \)​. Какое из приведённых ниже соотношений справедливо для такого соединения резисторов?

1) ​\( I=I_1=I_2 \)​
2) \( I=I_1+I_2 \)
3) \( U=U_1+U_2 \)
4) \( R=R_1+R_2 \)

3. На рисунке изображена схема электрической цепи. В эту цепь последовательно включены два резистора сопротивлением R} и R2. Какое из приведённых ниже соотношений справедливо для такого соединения резисторов?

1) ​\( U=U_1+U_2 \)​
2) \( I=I_1+I_2 \)
3) \( U=U_1=U_2 \)
4) \( R=\frac{R_1R_2}{R_1+R_2} \)

4. На рисунке изображена схема электрической цепи. В эту цепь последовательно включены два резистора сопротивлением ​\( R_1 \)​ и ​\( R_2 \)​. Какое из приведённых ниже соотношений справедливо для такого соединения резисторов?

1) ​\( U=U_1=U_2 \)​
2) \( I=I_1+I_2 \)
3) \( I=I_1=I_2 \)
4) \( R=\frac{R_1R_2}{R_1+R_2} \)

5. На рисунке изображена схема электрической цепи. В эту цепь параллельно включены два одинаковых резистора сопротивлением ​\( R_1 \)​. По какой из формул можно определить общее сопротивление цепи ​\( R \)​?

1) ​\( R=R_1{}2 \)​
2) ​\( R=2R_1 \)​
3) ​\( R=\frac{R_1}{2} \)​
4) ​\( R=\sqrt{R_1} \)​

6. Общее сопротивление участка цепи, изображённого на рисунке, равно 9 Ом. Сопротивления резисторов ​\( R_1 \)​ и ​\( R_2 \)​ равны. Чему равно сопротивление каждого резистора?

1) 81 Ом 2) 18 Ом 3) 9 Ом

4) 4,5 Ом

7. Чему равно сопротивление участка цепи, содержащего три последовательно соединенных резистора сопротивлением по 9 Ом каждый?

1) 1/3 Ом 2) 3 Ом 3) 9 Ом

4) 27 Ом

8. Чему равно общее сопротивление участка цепи, изображённого на рисунке, если ​\( R_1 \)​ = 1 Ом, ​\( R_2 \)​ = 10 Ом, ​\( R_3 \)​ = 10 Ом, ​\( R_4 \)​ = 5 Ом?

1) 9 Ом 2) 11 Ом 3) 16 Ом

4) 26 Ом

9. Чему равно общее сопротивление участка цепи, изображённого на рисунке, если \( R_1 \) = 1 Ом, \( R_2 \) = 3 Ом, \( R_3 \) = 10 Ом, \( R_4 \) = 10 Ом?

1) 9 Ом 2) 10 Ом 3) 14 Ом

4) 24 Ом

10. Если ползунок реостата (см. схему) переместить влево, то сила тока

1) в резисторе ​\( R_1 \)​ уменьшится, а в резисторе ​\( R_2 \)​ увеличится 2) увеличится в обоих резисторах

3) в резисторе ​\( R_1 \)​ увеличится, а в резисторе ​\( R_2 \)​ уменьшится

4) уменьшится в обоих резисторах

11. На рисунке изображена электрическая цепь, состоящая из источника тока, резистора и реостата. Как изменяются при передвижении ползунка реостата вправо его сопротивление, сила тока в цепи и напряжение на резисторе 1?

Для каждой физической величины определите соответствующий характер изменения. Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА A) сопротивление реостата 2 Б) сила тока в цепи

B) напряжение на резисторе 1

ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ 1) увеличивается 2) уменьшается

3) не изменяется

12. Установите соответствие между физическими величинами и правильной электрической схемой для измерения этих величин при последовательном соединении двух резисторов ​\( R_1 \)​ и \( R_2 \). Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры в ответе могут повторяться.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
A) сила тока в резисторе \( R_1 \)​ и \( R_2 \)
Б) напряжение на резисторе \( R_2 \)
B) общее напряжение на резисторах \( R_1 \)​ и \( R_2 \)

Часть 2

13. Три резистора соединены, как показано на рисунке. Сопротивления резисторов ​\( R_1 \)​ = 10 Ом, \( R_2 \) = 5 Ом, \( R_3 \) = 5 Ом. Каково напряжение на резисторе 1, если амперметр показывает силу тока 2 А?

Ответы

Источник: https://fizi4ka.ru/ogje-2018-po-fizike/posledovatelnoe-i-parallelnoe-soedinenija-provodnikov.html

Полное сопротивление цепи переменного тока — Основы электроники

В предыдущих статьях мы узнали, что всякое сопротивление, поглощающее энергию, называется активным, а сопротивление, не поглощающее энергии, безваттным или реактивным. Кроме того, мы установили, что реактивные сопротивления делятся на два вида — индуктивные и емкостные.

Однако существуют цепи, где сопротивление не является чисто активным или чисто реактивным. То есть цепи, где вместе с активным сопротивлением включены в цепь, как емкости, так и индуктивности.

Введем понятие полного сопротивления цепи переменному току — Z, которое соответствует векторной сумме всех сопротивлений цепи (активных, емкостных и индуктивных). Понятие полного сопротивления цепи нам необходимо для более полного понимания закона Ома для переменного тока

На рисунке 1 представлены варианты электрических цепей и их классификация в зависимости от того какие элементы (активные или реактивные) включены в цепь.

Рисунок 1. Классификация цепей переменного тока.

Полное сопротивление цепи с чисто активными элементами соответствует сумме активных сопротивлений цепи и рассматривалось нами ранее. О чисто емкостном и индуктивном сопротивлении цепи мы тоже с вами говорили, и оно зависит соответственно от общей емкости и индуктивности цепи.

Рассмотрим более сложные варианты цепи, где последовательно с активным сопротивлением в цепь включено индуктивное и реактивное сопротивление.

Полное сопротивление цепи при последовательном соединении активного и реактивного сопротивления

В любом сечении цепи, изображенной на рисунке 2,а, мгновенные значения тока должны быть одинаковыми, так как в противном случае наблюдались бы скопления и разрежения электронов в каких-либо точках цепи. Иными словами, фазы тока по всей длине цепи должны быть одинаковыми.

Кроме того, мы знаем, что фаза напряжения на индуктивном сопротивлении опережает фазу тока на 90°, а фаза напряжения на активном сопротивлении совпадает с фазой тока (рисунок 2,б).

Отсюда следует, что радиус-вектор напряжения UL (напряжение на индуктивном сопротивлении) и напряжения UR (напряжение на активном сопротивлении) сдвинуты друг относительно друга на угол в 90°.

Рисунок 2. Полное сопротивление цепи с активным сопротивлением и индуктивностью.        а) — схема цепи; б) — сдвиг фаз тока и напряжения; в) — треугольник напряжений; д) — треугольник сопротивлений.

Для получения радиуса-вектора результирующего напряжения на зажимах А и В (рис.2,а) мы произведем геометрическое сложение радиусов-векторов UL и UR. Такое сложение выполнено на рис. 2,в, из которого видно, что результирующий вектор UAB является гипотенузой прямоугольного треугольника.

Из геометрии известно, что квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов.

По закону Ома напряжение должно равняться силе тока, умноженной на сопротивление.

Так как сила тока во всех точках цепи одинакова, то квадрат полного сопротивления цепи (Z2) будет также равен сумме квадратов активного и индуктивного сопротивлений, т. е.

                                      (1)

Извлекая квадратный корень из обеих частей этого равенства, получим,

                                       (2)

 Таким образом, полное сопротивление цепи, изображенной на рис 2,а, равно корню квадратному из суммы квадратов активного и индуктивного сопротивлений

Полное сопротивление можно находить не только путем вычисления, но и путем построения треугольника сопротивлений, аналогичного треугольнику напряжений (рис 2,д), т. е.

полное сопротивление цепи переменному току может быть получено путем измерения гипотенузы, прямоугольного треугольника, катетами которого являются активное и реактивное сопротивления. Разумеется, измерения катетов и гипотенузы должны производиться в одном и том же масштабе.

Так, например, если мы условились, что 1 см длины катетов соответствует 1 ом, то число омов полного сопротивления будет равно числу сантиметров, укладывающихся на гипотенузе.

Полное сопротивление цепи, изображенной на рис.2,а, не является ни чисто активным, ни чисто реактивным; оно содержит в себе оба эти вида сопротивлений. Поэтому угол сдвига фаз тока и напряжения в этой цепи будет отличаться и от 0° и от 90°, то есть он будет больше 0°, но меньше 90°.

К которому из этих двух значений он будет более близок, будет зависеть от того, какое из этих сопротивлений имеет преобладающее значение в цепи.

Если индуктивное сопротивление будет больше активного, то угол сдвига фаз будет более близок к 90°, и наоборот, если преобладающим будет активное сопротивление, то угол сдвига фаз будет более близок к 0°.

В цепи, изображенной на рис 3,а, соединены последовательно активное и емкостное сопротивления. Полное сопротивление такой цепи можно определить при помощи треугольника сопротивлений так же, как мы определяли выше полное сопротивление активно-индуктивной цепи.

Рисунок 3. Полное сопротивление цепи с активным сопротивлением и емкостью.                                                а) — схема цепи; б) — треугольник сопротивлений.

Разница между обоими случаями состоит лишь в том, что треугольник сопротивлений для активно-емкостной цепи будет повернут в другую сторону (рис 3,б) вследствие того, что ток в емкостной цепи не отстает от напряжения, а опережает его.

Для данного случая:

(3)

 В общем случае, когда цепь содержит все три вида сопротивлений (рис. 4,а), сначала определяется реактивное сопротивление этой цепи, а затем уже полное сопротивление цепи.

Рисунок 4. Полное сопротивление цепи содержащей R, L и C. а) — схема цепи; б) — треугольник сопротивлений.

Реактивное сопротивление этой цепи состоит из индуктивного и емкостного сопротивлений. Так как эти два вида реактивного сопротивления противоположны друг другу по своему характеру, то общее реактивное сопротивление цепи будет равно их разности, т. е.

                           (4)

Общее реактивное сопротивление цепи может иметь индуктивный или емкостный характер, в зависимости от того, какое из этих двух сопротивлений (XL или XC преобладает).

После того как мы по формуле (4) определили общее реактивное сопротивление цепи, определение полного сопротивления не представит затруднений. Полное сопротивление будет равно корню квадратному из суммы квадратов активного и реактивного сопротивлений, т. е.

                                     (5)

Или

                         (6)

Способ построения треугольника сопротивлений для этого случая изображен на рис. 4 б.

Полное сопротивление цепи при параллельном соединении активного и реактивного сопротивления.

Полное сопротивление цепи при параллельном соединении активного и реактивного элемента

Для того чтобы вычислить полное сопротивление цепи, составленной из активного и индуктивного сопротивлений, соединенных между собой параллельно(рис. 5,а), нужно сначала вычислить проводимость каждой из параллельных ветвей, потом определить полную проводимость всей цепи между точками А и В и затем вычислить полное сопротивление цепи между этими точками.

Рисунок 5. Полное сопротивление цепи при параллельном соединении активного и реактивных элементов. а) — параллельное соединение R и L; б) — параллельное соединение R и C.

Проводимость активной ветви, как известно, равна 1/R, аналогично проводимость индуктивной ветви равна 1/ωL , а полная проводимость равна 1/Z

Полная проводимость равна корню квадратному из суммы квадратов активной и реактивной проводимости, т. е.

                       (7)

Приводя к общему знаменателю подкоренное выражение, получим:

  (8)

 откуда:

                              (9)

Формула (9) служит для вычисления полного сопротивления цепи, изображенной на рис. 5а.

Нахождение полного сопротивления для этого случая может быть произведено и геометрическим путем. Для этого нужно построить в соответствующем масштабе треугольник сопротивлений, и затем произведение длин катетов разделить на длину гипотенузы. Полученный результат и будет соответствовать полному сопротивлению.

Аналогично случаю, рассмотренному выше, полное сопротивление при параллельном соединении R и С (рис 5б) будет равно:

                             (10)

 Полное сопротивление может быть найдено также и в этом случае путем построения треугольника сопротивлений.

В радиотехнике наиболее часто встречается случай па¬раллельного соединения индуктивности и емкости, например колебательный контур для настройки приемников и передатчиков. Так как катушка индуктивности всегда обладает кроме индуктивного еще и активным сопротивлением, то эквивалентная (равноценная) схема колебательного контура будет содержать в индуктивной ветви активное сопротивление (рис 7).

Рисунок 6. Эквивалентная схема колебательного контура.

Формула полного сопротивления для этого случая будет:

                   (11)

 Так как обычно активное сопротивление катушки (R) бывает очень мало по сравнению с ее индуктивным сопротивлением (ωL), то мы имеем право формулу (11) переписать в следующем виде:

 (12)

 В колебательном контуре обычно подбирают величины L и С таким образом, чтобы индуктивное сопротивление равнялось емкостному, т. е. чтобы соблюдалось условие

                                     (13)

 При соблюдении этого условия полное сопротивление колебательного контура будет равно:

                                     (14)

 где L—индуктивность катушки в Гн;

С—емкость конденсатора в Ф;

R—активное сопротивление катушки в Ом.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Источник: http://www.sxemotehnika.ru/polnoe-soprotivlenie-tcepi-peremennogo-toka.html