Последовательное соединение потребителей

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 7Следующая ⇒

Последовательным называется соединение, когда ток последовательно проходит через несколько потребителей. В схеме на рис.9 последовательно включены три резистора. Здесь и далее источник ЭДС, питающий схему, не отображается. Однако, не нужно забывать, что он есть и создаёт на входных клеммах напряжение питания .

В схеме можно измерить четыре напряжения: общее для всей цепи и напряжения на каждом из резисторов.

Напряжение на этой и других схемах обозначается стрелкой, направленной от “+” к “-”.

Главное свойство последовательной цепи состоит в том, что ток одинаков во всех участках цепи.

Это можно понять, представив, что мы имеем дело с водой, последовательно протекающей по нескольким трубам. Сколько бы ни было труб, во всех протекает одно и тоже количество воды. В электрической схеме мы имеем дело не с водой, а с движущимся по проводам потоком электронов. Но принцип остаётся в силе: сколько электронов начало движение от верхней клеммы, столько же их подойдёт к нижней клемме.

Рис.9 Последовательное соединение резисторов

Главное свойство последовательной цепи состоит в том, что ток одинаков во всех участках цепи.

Общее напряжение, приложенное к цепи, равно сумме напряжений на всех элементах, входящих в цепь:

Общее сопротивление всей цепи равно сумме всех сопротивлений:

Последовательное соединение применяется, например, в елочной гирлянде. В ней, можно соединить последовательно 22 низковольтные лампочки, каждая рассчитана на 10 В. Общее напряжение составит 220В.

Главный недостаток последовательного соединения состоит в том, что обрыв одного сопротивления выключает (разрывает) всю цепь. При перегорании одной лампочки в гирлянде, она погаснет вся.

Пример 5. Расчёт цепи с последовательным соединением резисторов.

Последовательно соединены , , , общее напряжение . Найти ток в цепи и напряжение на каждом сопротивлении.

Решение:

1) Найдем общее сопротивление всей цепи:

2) Найдем ток в цепи по закону Ома:

3) Найдем напряжение на каждом из сопротивлений, входящих в цепь:

Если все сопротивления в цепи одинаковые, то напряжения на них будут равны. Если сопротивления разные, то напряжение будет больше, где будет больше сопротивление.

Пример 6. Расчёт цепи с последовательным соединением резисторов.

Последовательно соединены два резистора (см. рис.10).

Рис. 10. Схема к задаче

Известно: , . Вольтметр, подключённый к резистору R1 показывает . Найти напряжение на втором резисторе и общее напряжение , приложенное к схеме.

Решение:

1) Найдем общее сопротивление цепи:

2) Найдем ток в цепи:

3) Найдем напряжение на втором резисторе:

4) Найдем общее напряжение

Применение последовательного соединения в технике.

Реостат

Реостат – это электротехническое устройство, служащее для регулирования тока в цепи. Он представляет собой спираль из высокоомной проволоки, намотанную на керамический цилиндр. Спираль имеет два вывода. Вдоль реостата может перемещаться движок – подвижный контакт, который является третьим выводом реостата. (На схеме обозначен стрелкой.)

Реостат применятся, например, с целью регулирования яркости лампы.

Рис.11. Реостат и схема включения реостата

В схеме на рис.11 показано, что реостат включён последовательно с лампой накаливания. Используя свойства последовательного соединения, запишем:

В знаменателе формулы здесь записана сумма сопротивлений реостата и лампы, образующая общее сопротивление цепи.

Ток проходит от верхней входной клеммы, по левой части реостата до движка, затем переходит на движок и далее, по пути наименьшего сопротивления, проходит по проводу мимо правой части реостата. Далее ток проходит по лампе и попадает на нижнюю входную клемму.

При перемещении движка реостата слева направо, возрастает сопротивление той части реостата по которой проходит ток. В результате, в соответствии с формулой, ток в цепи, а, следовательно, и яркость лампы уменьшаются.

Пример 7.

С помощью реостата регулируют напряжение на лампе (рис. 11). Движок реостата находится в среднем положении. Известно: что сопротивление всей обмотки реостата R_р составляет 200 Ом, а сопротивление лампы . В среднем положении движка напряжение на лампе . Общее напряжение, приложенное к цепи, составляет 100В.

Решение:

1) Найдем ток в цепи. Реостат и лампа соединены последовательно. В среднем положении реостата работает только половина его обмотки. Поэтому:

2) Найдем напряжение на лампе U_л

Делитель напряжения

Рассмотрим применение последовательного соединения в схеме делителя напряжения:

Рис. 12. Делитель напряжения

Делителем напряжения называется схема, состоящая из двух резисторов, включённых последовательно, которая позволяет получить на выходе напряжение, меньше чем на входе. Такая схема часто используется в электротехнике или электронике.

Например, источник ЭДС дает 10 В, а нам нужно только 5В. Потребуется делить напряжения.

В схеме делителя резисторы R1 и R2 соединены последовательно. На входные (левые) клеммы схемы подаётся входное напряжение, общее для двух резисторов.

С выходных (правых) клемм можно снять выходное напряжение. Оно всегда будет меньше, чем входное. Это следует из свойств последовательного соединения:

, следовательно:

то есть напряжение на выходе делителя (на резисторе R2) всегда меньше чем на входе.

Здесь мы впервые используем термин падение напряжения на сопротивлении R1. Смысл его в том, что на сопротивлении R1 падает (теряется) избыточное, ненужное напряжение.

Верхний по схеме резистор называется гасящим плечом делителя. На нём гасится (падает) излишек напряжения. Нижний резистор называется рабочим плечом, т.к. с него снимается напряжение, которое будет подано для работы какого-то устройства или схемы.

Степень уменьшения напряжения делителя определяется соотношением плеч делителя. Если необходимо уменьшить U_вых, то гасящее плечо нужно увеличить и наоборот.

Чтобы изменить величину напряжения на выходе делителя нужно отключить резистор R1 и заменить его резистором другой величины.

Потенциометр

Потенциометр - это, фактически, тот же делитель напряжения, но позволяющий плавно регулировать величину напряжения выходного напряжения U_вых.

В качестве потенциометра используется реостат (см. рис.11) включённый по схеме потенциометра. Движок реостата, обозначенный на схеме стрелкой, разбивает всю обмотку реостата (его полное сопротивление) на две части. Верхняя часть полного сопротивления реостата (R₁) образует гасящее плечо делителя напряжения. Нижняя – рабочее (R₂).

Рис. 13. Регулирование напряжения с помощью потенциометра

Перемещая движок реостата вверх или вниз, можно плавно регулировать величину выходного напряжения. В верхнем положении движка реостата напряжение на выходе будет равно напряжению на входе. В нижнем положении движка напряжение на выходе станет равно нулю.

Потенциометр применяется, например, в качестве регулятора громкости в радиоприёмнике.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 Следующая ⇒