Последовательное и параллельное соединение проводников: решение задач
Как решать задачи с параллельным и последовательным соединением проводников? Для начала повторите теорию, вспомните общую памятку по решению физических задач и на всякий случай держите под рукой формулы.
Задача №1 на последовательное соединение проводников
Условие
Проводники сопротивлением 20 Ом и 30 Ом соединены последовательно. Напряжение на концах первого проводника равно 12 В. Определите напряжение, сопротивление и силу тока в цепи на втором проводнике, а также полное напряжение.
Решение
По закону Ома:
Для последовательного соединения проводников:
Ответ: 50 Ом; 18 В; 0,6 А; 30 В.
Задача №2 на параллельное соединение проводников
Условие
Два проводника соединены параллельно. Сила тока в первом проводнике равна 0,5 А, во втором — 1 А. Сопротивление первого проводника составляет 18 Ом. Определите сопротивление второго проводника и силу тока на всем участке цепи.
Решение
Для параллельного соединения:
По закону Ома:
При решении задач не забывайте проверять размерности величин и при необходимости переводить их в систему СИ.
Ответ: 1,5 А; 9 Ом.
Задача №3 на последовательное и параллельное соединение проводников
Условие
Электрогрелка состоит из трех одинаковых секций. Во сколько раз быстрее грелка будет нагревать некоторое количество воды от 10 до 100 градусов Цельсия при параллельном включении всех секций, нежели при последовательном их включении?
Решение
Пусть сопротивление каждой секции равно R. Тогда при параллельном включении их в сеть напряжение на каждой секции равно напряжению в сети (U), и на трех секциях будет выделяться тепло:
При последовательном соединении суммарное сопротивление цепи равно 3R, а выделяющееся количество теплоты:
Как видим, выделяющееся тепло для первой схемы в 9 раз больше, так что и скорость нагрева воды будет в 9 раз выше.
Ответ: в 9 раз.
Задача №4 на смешанное соединение проводников
Условие
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. Определите силу тока во всей электрической цепи.
Решение
Согласно схеме, искомая сила тока – это сила тока, протекающая через амперметр.
Резисторы R1 и R2 соединены последовательно, резистор R3 – параллельно к ним.
Резисторы 1 и 2 можно заменить эквивалентным сопротивлением R со штрихом и перерисовать схему в упрощенном виде:
Сопротивления R3 и R со штрихом соединены параллельно, можно найти общее сопротивление электрической цепи по формуле для параллельного соединения:
Теперь цепь можно перерисовать в еще более упрощенном виде и рассчитать силу тока по закону Ома:
Ответ: 2.4 А.
Задача №5 на закон Кирхгофа
Правила Кирхгофа применяются для расчета сложных электрических цепей.
Условие
Три сопротивления R1 = 5 Ом, R2 = 1 Ом, R3 = 3 Ом и два источника тока соединены так, как показано на рисунке. Внутренними сопротивлениями источников тока можно пренебречь. ЭДС первого источника тока равна 1,4 В, и сила тока, текущего через сопротивление R3, равна I3= 1 А. Определите ЭДС второго источника тока.
Решение
Выберем направление обхода контуров по часовой стрелке и запишем закон Кирхгофа для точки A (расположим ее между двумя источниками и сопротивлением R2) и двух контуров:
Подставим числа, получим
Решая систему уравнений, получаем ответ: Е2=3.6 В.
Ответ: 3.6 В.
Типы ламп и схемы подключения
Перед монтажом различных видов осветительных приборов желательно ознакомиться с принципом работы и их внутренним устройством, а также с особенностями схемы включения в питающую сеть
Также важно знать, что каждая из разновидностей способна работать длительное время лишь при строгом соблюдении правил эксплуатации
Люминесцентные лампы
Помимо традиционных ламп накаливания для освещения служебных и частично бытовых пространств нередко применяются их люминесцентные трубчатые аналоги. Они чаще всего устанавливаются на следующих объектах:
- в цехах и на конвейерных линиях промышленных производств;
- в административных зданиях и в различных боксах;
- в гаражах, торговых залах и подобных им местах общественного пользования.
Значительно реже они используются в домашних условиях – иногда ставят на кухне для организации подсветки рабочей зоны.
Особенностью люминесцентных осветителей является невозможность прямого подключения к сети 220 Вольт, так как для пробоя газового столба требуется высокое напряжение. Для их включения используется особая электронная схема, в состав которой входят такие элементы запуска как дроссель, стартер и высоковольтный конденсатор (в некоторых случаях он не обязателен).
В последние годы неэкономичные и сильно гудящие во время работы дроссельные преобразователи заменяются так называемым «электронным балластом». Порядок его подключения обычно указывается в виде схемы, изображенной на корпусе прибора.
Галогенные источники и светодиодные лампы
Осветители первого типа традиционно устанавливаются при монтаже подвесных и натяжных потолков. Они также идеально подходят при необходимости освещения зон с повышенной влажностью, так как выпускаются в нескольких модификациях. Одно из них рассчитано на работу от 12-ти Вольт. Для их получения в районе потолочных перекрытий устанавливается преобразователь, рассчитанный на соответствующее выходное напряжение.
Для светодиодных ламп характерно наличие встроенного драйвера, позволяющего получать нужное напряжение питания (12 или 24 Вольта). Образцы светодиодных осветителей, рассчитанные на работу от 220 Вольт, включаются подобно лампам накаливания. Но в отличие от обычных осветителей включать их в виде последовательной цепочки не рекомендуется.
Важно правильно подбирать тип ламп для определения нужного порядка их подключения. Не допускается соединять в последовательную цепочку энергосберегающие осветители, при монтаже люминесцентных и галогенных светильников руководствуются схемами их включения. При пониженном сетевом напряжении энергосберегающие лампы быстро выходят из строя, а люминесцентные осветители могут совсем не загореться
При пониженном сетевом напряжении энергосберегающие лампы быстро выходят из строя, а люминесцентные осветители могут совсем не загореться.
Когда проводка в квартире или доме уже присутствует и нет надобности подключать дополнительные источники света, то вопрос — как подключить лампу, не является актуальным. Но как же выполнить эту работу когда появляется такая необходимость. Тут без элементарных знаний электротехники и умения составить принципиальную, казалось бы, элементарную схему уже не обойтись.
Все источники света люминесцентные (экономки), лампы накаливания, светодиодные светильники могут быть подключены, как в принципе и все имеющиеся в электрической цепи сопротивления, параллельно, последовательно, смешанно. Смешанное соединение не используется для подключения ламп, так как в нём просто нет необходимости
А вот на параллельном и последовательном подключении стоит остановить своё внимание поподробнее
Подготовка материалов и деталей
Начинать подготовку следует с выбора конструкции и технологии. Необходимо решить, как сделать светильник из светодиодной ленты своими руками, определиться с его формой, размерами и прочими параметрами. Только после этого можно будет подсчитать количество материалов, определиться с инструментами и прочими нужными элементами. В любом случае понадобится:
- светодиодная лента;
- блок питания;
- паяльник;
- ножницы;
- клей;
- изолента.
Для изготовления своими руками светильника также потребуется опорная конструкция, несущий элемент, на который будет крепиться светодиодная лента. Этот вопрос также должен быть решен заранее, на стадии проектирования.
Форма светильника может быть разной. Особенность светодиодной ленты состоит в гибкости, способности устанавливаться как на плоскую, так и на криволинейную поверхность. Возможно создание подвесной линейной конструкции, настенный или настольный вариант.
Поскольку нужно лишь в установке светодиодной ленты на определенную опорную систему, то основной задачей становится выбор того или иного вида конструкции или дизайна. Большинство пользователей обходятся подручными материалами, но существуют и более сложные изделия, когда из светодиодной ленты делают люстру, изготавливают светильник, напоминающий отдельную лампочку и т.п.
Для них также требуются исходные детали или материалы, которые необходимо приготовить заранее. Форма или конструкция опорной части принципиального значения не имеет, но одно правило следует учитывать в обязательном порядке: поскольку светодиодная лента чувствительна к температуре, опорный элемент должен являться также радиатором, эффективно отводящим тепловую энергию. Оптимальным вариантом является самодельный корпус из массивных металлических деталей, хромированных мебельных труб и прочих подобных предметов.
Что делать если нет готовой светодиодной ленты
Отсутствие светодиодной ленты не обязательно ставит крест на всей затее. Ее можно изготовить самостоятельно, используя для этого определенное количество обычных светодиодов. Способов изготовления может быть много, рассмотрим наиболее простой и удобный. Понадобятся:
- светодиоды с рабочим напряжением 3 В;
- полоски гетинакса или иного, менее жесткого пластика с хорошей теплопроводностью;
- прозрачная термоусадочная трубка;
- пластиковая бутылка, желательно зеленого цвета;
- провода, паяльник и припой.
Порядок действий:
На полосках гетинакса шириной 1 см по всей длине сверлят отверстия, куда будут вставлены корпуса светодиодов. Расстояние между центрами выбирается таким, чтобы на элементы равномерно размещались по длине и не слишком отдалялись друг от друга (размещение с шагом 3 см выглядит достаточно привлекательно). После установки контакты соединяются между собой (если их длины не хватает, наращивают тонким проводом), на лицевую сторону полосок укладываются полосы пластика такой же ширины, нарезанные из бутылок
Они играют роль светофильтра и хороши при использовании прозрачных (бесцветных) светодиодов
Затем аккуратно натягивают прозрачную термоусадку и, осторожно нагревая ее, обтягивают получившуюся светодиодную ленту, обеспечивая качественную защиту от влаги. Получившиеся отрезки соединяют в группу из 4 параллельных элементов, чтобы можно было использовать стандартный 12-вольтный источник
Остается только подключить блок питания и установить светильник в отведенное место.
Подписка на рассылку
Точечные светодиодные светильники для потолков становятся все более популярными за счет яркости, долговечности и возможности создать привлекательное точечное освещение. Точечные светильники со светодиодной подсветкой включают в себя лампу для основного освещения, а также встроенные в корпус светодиоды, которые могут размещаться в корпусе на передней или боковой панелях. Такие светильники обеспечивает потрясающие визуальные эффекты – они могут быть белыми или многоцветными, плавно менять яркость или цвет освещения и монтируются в любых жилых помещениях – спальне, кухне, ванной комнате и других комнатах.
Как установить точечные светильники – подготовка к монтажу
Прежде всего, необходимо осуществить прокладку кабеля, еще до установки потолка. Как правило, точечные светильники располагаются на расстоянии 40-50см друг от друга и до монтажа потолка необходимо проложить провод к одному из них, а после протягивать его от одной точки освещения к другой. Для монтажа точечных светильников подойдут медные кабели (провода) ВВГ, ШВВП или ПВС с сечением жил 1,5мм2. Кабель или провод прокладывается в гофрорукаве, который в свою очередь закрепляется при помощи скоб или стяжек на потолке и подводится к точке установки первого светильника.
Далее в подвесном потолке делаются отверстия нужного диаметра, в зависимости от типа светильника (в основном это 60 мм). Если потолок гипсокартонный, достаточно прорезать отверстия нужного диаметра, тогда как в пластиковый потолок необходимо будет устанавливать термокольца, предотвращающие перегрев.
После этого провод протягивается в каждое отверстие и начинается непосредственно монтаж светильника.
Схема подключения точечных светильников
Схема подключения точечных вариантов мало отличается от схемы подключения обычных моделей светильников. Смотрите схему, которая включает в себя источник питания на 220В, выключатель и сам светильник.
Светильники с лампами на 12В обязательно комплектуются понижающими трансформаторами, которые устанавливаются в схеме перед светильниками, как на схеме. Монтаж большинства светильников осуществляется при помощи клеммника, в которые протягиваются зачищенные жилы проводов и затягиваются.
Также есть возможность раздельного включения/отключения основного освещения и подсветки при помощи двухклавишного выключателя. При использовании такой схемы одна клавиша будет включать лампу точечного светильника, а вторая – светодиодную подсветку.
Стоит отметить, что при подключении светильника любого вида необходимо обеспечить полное отключение электропитания в квартире или доме.
Многие люди, использующие точечное освещение, задумываются, как поменять лампочку в точечном светильнике, ведь, несмотря на долговечность светодиодов, их срок службы все-таки ограничен.
Замена лампочек в точечном светильнике
Замена лампочек в точечном светильнике
- отключите свет в комнате либо обесточьте квартиру;
- достаньте из точечного светильника стопорное кольцо – проволоку, удерживающую светильник;
- достаньте из патрона светодиодную лампу и замените её новой;
- установите светильник на место и закрепите стопорным кольцом.
При замене ламп важно соблюдать осторожность, чтобы не проткнуть полотно подвесного потолка. Точечные светильники – удобный способ деления комнаты на зоны и акцентирования элементов декора и интерьера. Обычно лампы для них не отличаются высокой мощностью, а с распространением светодиодных источников света и вовсе редко потребляют больше 5 Ватт
Однако всё довольно часто в нашу редакцию приходят вопросы на тему «какой нужен провод для подключения точечных светильников?». Давайте разбираться вместе!
Обычно лампы для них не отличаются высокой мощностью, а с распространением светодиодных источников света и вовсе редко потребляют больше 5 Ватт. Однако всё довольно часто в нашу редакцию приходят вопросы на тему «какой нужен провод для подключения точечных светильников?». Давайте разбираться вместе!
Точечные светильники – удобный способ деления комнаты на зоны и акцентирования элементов декора и интерьера. Обычно лампы для них не отличаются высокой мощностью, а с распространением светодиодных источников света и вовсе редко потребляют больше 5 Ватт. Однако всё довольно часто в нашу редакцию приходят вопросы на тему «какой нужен провод для подключения точечных светильников?». Давайте разбираться вместе!
Как правильно подключать?
При параллельном соединении светодиодов нужно пользоваться ограничительным резистором для каждого из диодов, как изображено на рисунке ниже. Это даёт возможность установить ток для каждого из элементов электрический схемы.
Схема параллельного соединения светодиодов
Ниже схема НЕ правильного подключения резистора в цепь.
Так подключать не правильно
При параллельном подключении светодиодов и любых других потребителей, напряжение на их выводах будет равным. С одной стороны это хорошо, но не для диодов. Каждый светодиод, даже набор взятый из одной партии, имеет небольшой технологический разброс параметров. Напряжение, необходимое для достижения номинального тока, может незначительно отличаться в пределах десятых долей вольта.
Выше вы видели вольт-амперную характеристику прибора и легко сделаете вывод, что незначительное превышение номинального напряжения ведет к лавинообразному росту тока и перегреву. Некоторые предлагают исключить и резистор из этой схемы, такое соединение светодиодов самое неудачное!
Общий ток в цепи равен сумме токов в каждой из ветвей параллельной цепи. Если выбирать, как соединять светодиоды для работы в цепи с повышенным напряжением (6 и более вольт), лучше использовать последовательное соединение.
Последовательное подключение
Чтобы подключить светодиоды последовательно, нужно к катоду одного устройства припаять анод другого, и так до нужной длины цепочки. Соединение производится через токоограничивающий резистор. По схеме будет протекать один и тот же ток через все элементы. Уровень напряжения будет суммой падений на каждом участке.
Так, для подключения к источнику питания с напряжением 12 Вольт потребуется не более четырех светодиодов 3 Вольт (3*4=12). Для большего числа диодов нужен более мощный аккумулятор.
Преимущества и недостатки
Преимущества:
- одинаковый уровень тока;
- простота.
Недостатки:
- количество светодиодов ограничено падением напряжения;
- если сломается один элемент, непригодной становится вся цепочка.
Схема раньше использовалась в гирляндах для елки. Сейчас ее вытеснило смешанное соединение.
Параллельное соединение источников питания
Но что будет, если источники питания соединить параллельно? Давайте же рассмотрим это с точки зрения той же самой гидравлики. Имеем те же самые башни, в которых воды до самых краев:
Нет, здесь мы не будет извращаться. Мы просто соединим наши башни у самого основания трубой:
Давление на дно у каждой башни изменится? Думаю, нет. Оно останется таким же, как в одной из башен. А что поменялось? Поменялся просто объем воды. Ее стало в 2 раза больше.
Но вы можете сказать, что в первом случае у нас тоже воды стало в 2 раза больше!
Да, все оно так, но здесь важное значение имеет именно то, что давление на дно башни изменилось и стало также в два раза больше. Если сделать врезку одинакового диаметра прямо у подножия водобашни, то в случае, когда водобашни стоят одна на другой сила потока воды будет в два раза быстрее, чем если бы мы делали точно такую же врезку на картинке, где мы соединяли водобашни трубой
Более подробно эту мысль я еще озвучивал в статье про Закон Ома.
Если всю эту мысль спроецировать на наши источники питания, то получается, что при последовательном соединении у нас суммировалась напряжение, а при параллельном должна суммироваться сила тока. Но это не значит, что нагрузка, которая кушала, к примеру, 1 Ампер, после того, как мы ее цепанем к двум параллельным источникам питания, будет кушать 2 Ампера. При параллельном соединении у нас напряжение остается таким же, а вот емкость батарей увеличивается. Но нагрузка все равно будет кушать тот же самый 1 Ампер, иначе бы все это противоречило закону Ома.
Настало время все это рассмотреть на реальном примере. Итак, замеры мы уже делали. Осталось соединить два источника питания параллельно, в нашем случае это аккумуляторы li-ion:
Как вы видите, напряжение не изменилось.
При параллельном соединении источников питания должно соблюдаться условие, что на них должно быть одинаковое напряжение.
Вот сами подумайте, что может произойти, если одна из башен будет пустая?
Думаю, нетрудно догадаться, что вода из одной башни будет перетекать в другую башню, пока их уровень не выровняется (закон сообщающихся сосудов), если у одной башни сломался насос и она пустая.
То же самое и с источниками питания. Нельзя соединять источники питания разных напряжений параллельно. Это чревато тем, что вы убьете здоровые аккумуляторы, а дохлые так и останутся дохлыми или чуток зарядятся. Если разница между напряжениями аккумулятора большая, то в такой цепи может течь бешеная сила тока, которая вызовет нагрев и даже возгорание аккумуляторов.
Нельзя соединять источники питания разных напряжений параллельно
Преимущества и недостатки параллельного подключения
| Вид лампы | Преимущества | Недостатки |
| Накаливания галогеновые, люминесцентные | Возможно подключить к сети любое количество светильников по щлейфной схеме Перегорание отдельного элемента лучевой модели не влияет на работу остальных Накал полный на всех лампочках Можно подключить люстру с несколькими лампами Немного соединительных контактов | Повышение стоимости при использовании лучевой схемы за счет большого расхода кабеля и необходимости в клеммной колодке При щлейфной модели нарушение одного соединения мешает работе остальных |
| Светодиодная | Можно соединить некоторое количество диодов, если их суммарная мощность не превышает мощность источника питания При перегорании отдельного источника остальные работают | Схема не работает, если диоды подсоединяются через один резистор Конструкция громоздкая и дорогая из-за большого количества деталей При выходе из строя отдельного элемента на остальных увеличивается нагрузка |
Последовательное включение
При последовательном соединении светодиодов в электросхеме исключены индивидуальные настройки цепи каждого СД в отдельности. Но есть и свои особенности.
Последовательное соединение.
Схема настраивается одним резистором, при этом происходит срабатывание всех диодов одновременно. Преимуществом этого соединения является малокомпонентность и простота. Недостатком – невысокая «живучесть»: при выходе из строя одного СД выключается вся система.
Последовательный способ подключить LED-приборы позволяет использовать высоковольтные источники тока. Обычно это стационарные осветительные приборы различного назначения, использующие стандартные общественные электросети.
Включение светодиода через блок питания без резистора
У меня уже несколько лет работает модернизированная под LED настольная лампа. В качестве источника света используется шесть ярких светодиодов, а в качестве источника питания – старое зарядное устройство от мобильного телефона Nokia. Вот моя схема включения светодиода:
Номинальное напряжение диодов – 3,5В, ток – 140мА, мощность — 1Вт.
При выборе внешнего источника питания необходимо ограничение по току. Подключение этих светодиодов к современным зарядным устройствам с напряжением питания 5В 1-2А потребует ограничивающий резистор.
Что бы адаптировать эту схему к зарядному устройству, рассчитанному на 5В, используйте резистор на 10-20Ом мощностью 0,3А.
Если у вас другой источник питания, убедитесь, что в нем есть схема стабилизации тока.
| Схема зарядного устройства от мобильного телефона | Блок питания большинства низковольтных бытовых приборов |
|
Как происходит подключение лампочек последовательно или параллельно
Чтобы понять, как подключать лампочки — последовательно или параллельно — важно рассмотреть преимущества и недостатки обоих соединений, которые выплывают только на практике. Наиболее часто встречающийся вариант — последовательное и параллельное включения комбинируются по-разному. Наиболее часто встречающийся вариант — последовательное и параллельное включения комбинируются по-разному
Наиболее часто встречающийся вариант — последовательное и параллельное включения комбинируются по-разному
Последовательно
Подобное соединение редко применяется в квартирах или домах. Для бытового использования больше подходит смешанный способ. Последовательно соединяют лампочки, если сооружают гирлянду или монтируют свет в длинном коридоре.
При подключении лампочек друг за другом следует учитывать некоторые особенности:
- через устройства будет протекать ток одинаковой силы;
- если произойдет резкий спад напряжения, воздействие распределится равномерно на все объекты цепочки;
- также равномерно распределяется мощность на каждый элемент цепи.
Вам это будет интересно Укладка кабеля
Обратите внимание! Из-за последовательности спайки и равномерного распределения мощности стандартные лампочки на 220 В выдают свет не в полную силу. Чем больше ламп подключено в сеть, тем меньше света они будут производить. Неравномерность свечения обусловлена различной мощностью при одинаковой силе тока
Неравномерность свечения обусловлена различной мощностью при одинаковой силе тока
Если в схему встраивать лампы накаливания с отличающейся мощностью, ярче горит та, что имеет меньшую энергоемкость (обладает большим внутренним сопротивлением). Это объясняется тем, что напряжение при более высоком сопротивлении увеличивается.
Если лампочки в последовательной схеме горят, значит система исправна полностью
Последовательное соединение лампочек в электросети обеспечивает более щадящий режим работы для приборов благодаря равномерно распределяемой мощности (нагрузке). Кроме этого, для фактического соединения потребуется меньшее количество кабеля (по длине).
- при выходе из строя одного элемента обесточивается вся система;
- при подключении ламп накаливания разной мощности невозможно обеспечить равномерное освещение помещения.
Важный момент — в последовательную электрическую схему нельзя включать энергосберегающие (светодиодные) лампочки. Для их правильной работы требуется стабильное напряжение в 220 В, подаваемое равномерно на каждый элемент (параллельное соединение).
Параллельно
Основное отличие параллельной схемы соединения элементов — равнозначная подача питания к каждой лампочке в сети независимо от их общего количества. Это значит, что к каждой лампе подается свой ток. Провода, соединяющие детали цепи, подключаются параллельным образом.
Схема для параллельного подключения лампочек отображает тип соединения проводников к элементам
Преимущества данной техники сборки электрической цепи:
- если один элемент сгорит (лампа или кабель), остальные продолжат работать в прежнем режиме;
- лампочки накаливания горят настолько мощно, насколько позволяют их характеристики;
- можно включать в цепь энергосберегающие элементы;
- чтобы подключить новую лампу в комнате, достаточно вывести из соединения потолочной люстры необходимое число фазных проводников и соединить их в группу.
Основной недостаток — большой расход материала. До каждой точки необходимо вести отдельный провод, что увеличивает протяженность проводов в несколько раз (по сравнению с последовательным соединением).
Обратите внимание! В большинстве случаев используют смешанное соединение проводов и элементов. Основой является параллельное подключение нескольких распредкоробок последовательного типа. На отдельных ветках лампочки соединяют последовательно (например, в длинном коридоре, над кроватью, в других подобных местах жилого помещения)
На отдельных ветках лампочки соединяют последовательно (например, в длинном коридоре, над кроватью, в других подобных местах жилого помещения).
Вам это будет интересно Соединительные коробки
