Урок 2. Последовательное, параллельное подключение резисторов. Приборы для измерения величин электрического тока
В этом уроке мы займемся практическим применением закона Ома. А также сможем измерить значение величин электрического тока (силы тока и напряжения) с помощью приборов – амперметра и вольметра.
Соберем электрическую цепь. Данная цепь представляет собой некоторый набор электрических компонентов, способных проводить электрический ток и соединенных между собой соответствующим образом. Цепь состоит из блока питания и одного или нескольких резисторов, соединенных проводами.
Рассмотрим последовательное и параллельное соединение резисторов.
Соберем электрическую цепь. Данная цепь представляет собой некоторый набор электрических компонентов, способных проводить электрический ток и соединенных между собой соответствующим образом. Цепь состоит из блока питания и одного или нескольких резисторов, соединенных проводами.
Рассмотрим последовательное и параллельное соединение резисторов.
Рис. 2.1 Последовательное и параллельное соединение резисторов.
Из закона Ома вытекают два важных следствия про последовательное и параллельное соединение проводников. Если несколько резисторов соединены последовательно друг за другом, то через каждый из них течет один и тот же ток. Ведь ток определяется как заряд, протекающий через данную точку в электрической цепи в течение секунды. Если токи в последовательной цепочке резисторов были бы разные, то это бы означало, что в каком-то из них накапливается электрический заряд.
Итак, ток через все резисторы последовательной цепи одинаков и равен I. Напряжение на первом резисторе по закону Ома будет равно U1 = I x R1, на втором — U2 = I x R2. Напряжение U на концах всей цепи будет, конечно же, равно сумме напряжений на каждом из резисторов:
U = U1 + U2
U=I×R1+I×R2
U=I×(R1+R2)
И получаем по закону Ома, что общее сопротивление последовательной цепи равно сумме сопротивлений всех резисторов в цепи:
R=R1+R2
Теперь рассмотрим параллельное соединение резисторов.
А теперь рассмотрим цепочку параллельно включенных резисторов. На схеме не сразу бросается в глаза очень маленькая, но важная деталь. Речь о жирной точке на месте соединения пересекающихся проводов. Эту точку можно считать капелькой припоя, соединяющей такие проводники друг с другом и обеспечивающей контакт между ними. Если же на месте пересечения проводов на схеме точка не стоит, то это означает, что и контакта в этом месте нет. Просто было удобно провести линии на схеме так, будто один изолированный провод просто лежит на другом. После такого отступления можно изучить работу этой схемы.
Параллельное соединение резисторов
Ток в точке соединения резисторов растекается по всем ветвям, а потом собирается обратно. Поэтому общая сила тока в цепи равна сумме токов через все резисторы:
I=I1+I2
Напряжение на всех резисторах в такой цепочке одинаково, иначе бы возникли токи, выравнивающие потенциалы в каждом узле схемы слева и справа, и они бы все равно неизбежно стали одинаковыми.
U=U1=U2
Ток через каждый из резисторов вычисляется по закону Ома:
I1=U/R1
I2=U/R2
Подставляем эти выражения в формулу общей силы тока:
I=U/R1+U/R2
U/R=U/R1+U/R2
1/R=1/R1+1/R2
Величина 1/R, обратная сопротивлению, называется проводимостью. Таким образом, закон Ома для параллельного соединения резисторов говорит, что проводимость такой цепи равна сумме проводимостей всех ее ветвей.
Из закона Ома вытекают два важных следствия про последовательное и параллельное соединение проводников. Если несколько резисторов соединены последовательно друг за другом, то через каждый из них течет один и тот же ток. Ведь ток определяется как заряд, протекающий через данную точку в электрической цепи в течение секунды. Если токи в последовательной цепочке резисторов были бы разные, то это бы означало, что в каком-то из них накапливается электрический заряд.
Итак, ток через все резисторы последовательной цепи одинаков и равен I. Напряжение на первом резисторе по закону Ома будет равно U1 = I x R1, на втором — U2 = I x R2. Напряжение U на концах всей цепи будет, конечно же, равно сумме напряжений на каждом из резисторов:
U = U1 + U2
U=I×R1+I×R2
U=I×(R1+R2)
И получаем по закону Ома, что общее сопротивление последовательной цепи равно сумме сопротивлений всех резисторов в цепи:
R=R1+R2
Теперь рассмотрим параллельное соединение резисторов.
А теперь рассмотрим цепочку параллельно включенных резисторов. На схеме не сразу бросается в глаза очень маленькая, но важная деталь. Речь о жирной точке на месте соединения пересекающихся проводов. Эту точку можно считать капелькой припоя, соединяющей такие проводники друг с другом и обеспечивающей контакт между ними. Если же на месте пересечения проводов на схеме точка не стоит, то это означает, что и контакта в этом месте нет. Просто было удобно провести линии на схеме так, будто один изолированный провод просто лежит на другом. После такого отступления можно изучить работу этой схемы.
Параллельное соединение резисторов
Ток в точке соединения резисторов растекается по всем ветвям, а потом собирается обратно. Поэтому общая сила тока в цепи равна сумме токов через все резисторы:
I=I1+I2
Напряжение на всех резисторах в такой цепочке одинаково, иначе бы возникли токи, выравнивающие потенциалы в каждом узле схемы слева и справа, и они бы все равно неизбежно стали одинаковыми.
U=U1=U2
Ток через каждый из резисторов вычисляется по закону Ома:
I1=U/R1
I2=U/R2
Подставляем эти выражения в формулу общей силы тока:
I=U/R1+U/R2
U/R=U/R1+U/R2
1/R=1/R1+1/R2
Величина 1/R, обратная сопротивлению, называется проводимостью. Таким образом, закон Ома для параллельного соединения резисторов говорит, что проводимость такой цепи равна сумме проводимостей всех ее ветвей.
Рис. 2.2 Последовательное и параллельное соединение резисторов.
Для замера напряжение используется прибор вольтметр.
Вольтметр это как раз тот прибор, который измеряет разность потенциалов между двумя точками. Напряжение (разность потенциалов) в любой точке схемы обычно измеряется относительно точки, имеющей наименьший потенциал во всей схеме.
Чтобы измерить напряжение постоянного тока между двумя точками, черный (минусовой) щуп вольтметра касаем в точку, где предположительно мы можем наблюдать точку с меньшим потенциалом. Красный щуп (плюсовой) касаем в точку, потенциал которой нам интересен. И результатом измерения будет числовое значение разности потенциалов, или другими словами напряжение.
Для замера напряжение используется прибор вольтметр.
Вольтметр это как раз тот прибор, который измеряет разность потенциалов между двумя точками. Напряжение (разность потенциалов) в любой точке схемы обычно измеряется относительно точки, имеющей наименьший потенциал во всей схеме.
Чтобы измерить напряжение постоянного тока между двумя точками, черный (минусовой) щуп вольтметра касаем в точку, где предположительно мы можем наблюдать точку с меньшим потенциалом. Красный щуп (плюсовой) касаем в точку, потенциал которой нам интересен. И результатом измерения будет числовое значение разности потенциалов, или другими словами напряжение.
Рис. 2.3. Подключение вольтметра.
При подключении вольтметра нужно следить за тем, чтобы напряжение не превышало максимально допустимое для вольтметра, а также чтобы соответствовал его тип - постоянное или переменное.
Амперметр используется для измерения силы тока.
Амперметр подключается последовательно в тот участок цепи, в котором требуется измерить ток, т.е. через амперметр будет протекать тот же ток, который течёт в цепи. Амперметр позволяет измерить ток как характеристику цепи, а не источника. Подключать амперметр напрямую к источнику электричества нельзя. В этом случае амперметр сам станет мощным потребителем и просто сгорит!
При подключении вольтметра нужно следить за тем, чтобы напряжение не превышало максимально допустимое для вольтметра, а также чтобы соответствовал его тип - постоянное или переменное.
Амперметр используется для измерения силы тока.
Амперметр подключается последовательно в тот участок цепи, в котором требуется измерить ток, т.е. через амперметр будет протекать тот же ток, который течёт в цепи. Амперметр позволяет измерить ток как характеристику цепи, а не источника. Подключать амперметр напрямую к источнику электричества нельзя. В этом случае амперметр сам станет мощным потребителем и просто сгорит!
Рис. 2.4. Подключение амперметра
При подключении амперметра нужно следить за тем, чтобы ток не превышал максимально допустимый для амперметра.
Соберите схемы, используя последовательное или параллельное подключение резисторов. Произведите расчеты, а затем сравните с показаниями приборов.
При подключении амперметра нужно следить за тем, чтобы ток не превышал максимально допустимый для амперметра.
Соберите схемы, используя последовательное или параллельное подключение резисторов. Произведите расчеты, а затем сравните с показаниями приборов.