Физика · 8 класс · Физика ФГОС · урок 15 · только теория
Последовательное и параллельное соединение
Тема раскрывает два основных способа соединения проводников в электрической цепи: последовательное и параллельное. Мы разберём, как при этом меняются токи, напряжения и сопротивления, и почему эти знания важны для понимания работы любых электрических устройств.
Чему учимся понимать
Научиться понимать и рассчитывать параметры электрических цепей с последовательным и параллельным соединением проводников.
Зачем это нужно
Эти знания лежат в основе проектирования и понимания работы любой электрической схемы — от простого карманного фонарика до сложной бытовой проводки. Понимание законов соединений помогает безопасно обращаться с электроприборами, рассчитывать нагрузку на сеть и понимать, почему, например, ёлочная гирлянда гаснет целиком, а домашние лампочки работают независимо.
Опорные понятия
Главные тезисы
- При последовательном соединении сила тока одинакова во всех проводниках цепи.
- При последовательном соединении общее напряжение равно сумме напряжений на отдельных проводниках.
- При последовательном соединении общее сопротивление равно сумме сопротивлений проводников.
- При параллельном соединении напряжение на всех проводниках одинаково.
- При параллельном соединении общая сила тока равна сумме сил токов в отдельных ветвях.
- При параллельном соединении общая проводимость равна сумме проводимостей ветвей, а общее сопротивление меньше наименьшего из сопротивлений.
- Последовательное и параллельное соединения — это базовые элементы для анализа любых, даже самых сложных, электрических схем.
Определения
- Последовательное соединение
- Соединение, при котором проводники включены в цепь поочерёдно, друг за другом, без разветвлений.
- Параллельное соединение
- Соединение, при котором все проводники включены между двумя общими точками цепи (узлами), образуя отдельные ветви.
- Узел цепи
- Точка электрической цепи, в которой сходится более двух проводников.
- Эквивалентное сопротивление
- Сопротивление одного проводника, которым можно заменить всю группу соединённых проводников, не изменяя силу тока и напряжение в цепи.
Ключевые факты и правила
- Последовательное соединение: I = I₁ = I₂ = ... (сила тока одинакова).
- Последовательное соединение: U = U₁ + U₂ + ... (общее напряжение равно сумме напряжений).
- Последовательное соединение: R = R₁ + R₂ + ... (общее сопротивление равно сумме сопротивлений).
- Параллельное соединение: U = U₁ = U₂ = ... (напряжение одинаково).
- Параллельное соединение: I = I₁ + I₂ + ... (общая сила тока равна сумме токов ветвей).
- Параллельное соединение: 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + ... (для двух проводников: R = (R₁·R₂)/(R₁+R₂)).
- При параллельном соединении общее сопротивление всегда меньше самого маленького из сопротивлений ветвей.
Теория
Вспомни, что такое электрическая цепь и её основные элементы: источник тока, проводники, ключ, потребители.
Рассмотри последовательное соединение: нарисуй цепь, где проводники идут друг за другом. Определи, что сила тока в каждом проводнике одинакова, так как заряды не могут накапливаться.
Выведи закон для напряжения: при последовательном соединении общее напряжение равно сумме напряжений на каждом участке (по закону сохранения энергии).
Выведи закон для сопротивления: используя закон Ома для участка цепи, покажи, что общее сопротивление равно сумме сопротивлений.
Рассмотри параллельное соединение: нарисуй цепь с разветвлениями. Определи, что напряжение на всех ветвях одинаково, так как они подключены к одним и тем же точкам.
Выведи закон для силы тока: при параллельном соединении общий ток равен сумме токов в ветвях (закон сохранения заряда).
Выведи формулу для сопротивления: используя закон Ома, покажи, что 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + ... и что общее сопротивление меньше наименьшего.
Примеры
- Пример 1случай
Последовательное соединение
Пояснение
- батарейки в пульте дистанционного управления
- Они включены друг за другом, чтобы суммировать их напряжения (например, две по 1,5 В дают 3 В)
- Пример 2случай
Параллельное соединение
Пояснение
- лампочки в люстре
- Каждая лампа горит в полный накал, так как на каждой из них напряжение сети (220 В), и они не зависят друг от друга
- Пример 3случай
Смешанное соединение
Пояснение
- в новогодней гирлянде часто используют последовательное соединение лампочек, но иногда разбивают её на несколько последовательных секций, которые соединяют параллельно — так гирлянда продолжает работать, даже если одна секция перегорела
Интересно знать
- Если в последовательной ёлочной гирлянде перегорает одна лампочка, цепь размыкается, и гаснут все остальные — это наглядный пример последовательного соединения.
- В домашней проводке все розетки и лампы включены параллельно. Именно поэтому вы можете включить чайник, не выключая свет, и если один прибор выйдет из строя, остальные продолжат работать.
- Сопротивление человеческого тела (от руки до руки) составляет примерно 1-2 кОм (в сухой коже). Если человек коснётся проводов, включённых последовательно, то общее сопротивление цепи увеличится, а ток уменьшится — это важно для понимания электробезопасности.
Техника безопасности
- Нельзя прикасаться к оголённым проводам и контактам, находящимся под напряжением, так как через тело может пройти электрический ток, опасный для жизни.
- При работе с электрическими цепями в школе всегда используй источники тока с низким напряжением (до 4-6 В) и строго следуй инструкциям учителя.
- Нельзя соединять последовательно потребители, рассчитанные на меньшее напряжение, чем напряжение источника, так как они могут перегореть из-за превышения допустимого напряжения.
Связанные темы
- Электрический ток. Сила тока
- Напряжение. Закон Ома для участка цепи
- Сопротивление проводника. Удельное сопротивление
- Работа и мощность тока