Как трехфазный ток преобразуется в однофазный
Осталось разобраться, почему мы пользуемся однофазным током с напряжением, величина которого составляет именно 220 Вольт. Для этого необходимо проследить путь, и трансформацию электроэнергии от электростанции до розетки в доме потребителя.
https://youtube.com/watch?v=-vsQoK5bxh4
Мощные электростанции вырабатывают напряжение порядка 200 — 300 тысяч вольт, затем эта электроэнергия передается по высоковольтным ЛЭП на групповые распределительные подстанции, обслуживающие города, районы, крупные промышленные предприятия. Здесь происходит понижение напряжения, как правило, до 6000 Вольт и дальнейшая подача электричества на понижающие подстанции, трансформаторы которых снижают высокое напряжение до 380 Вольт.
Переменный ток
Существует классификация типов тока на два вида:
- Постоянный ток, когда положительные и отрицательные заряды двигаются в одном направлении от источника питания к потребителю;
- Переменный ток. В данном случае сила тока будет такой же, что и в первом пункте, но направление движения зарядов разное. Благодаря своим физическим свойствам, частицы двигаются в обоих направлениях, независимо от вида потребляющего прибора и его расположения.
Практически все электростанции производят электрический ток переменного типа, так как его генерация и транспортировка гораздо легче и выгоднее. От стадии производства до конечного потребителя электричество проходит множество трансформаций с повышением и понижением напряженности. На генерирующей станции ток вырабатывается номиналом 12 кВт, затем происходит его трансформирование специальной установкой, которая повышает указанное значение до 400 кВт. Это делается для того, чтобы устранить потери напряжения во время передачи тока на большие расстояния по специальным магистралям, к тому же переменные токи двигаются в обоих направлениях, поэтому для их беспрепятственного передвижения по проводнику нужно высокое напряжение.
Трансформатор
Трансформатор играет роль буфера, который накапливает определенное количество переменного тока и повышает его силу в несколько раз. Раньше эти установки были громоздкими и занимали много места, но благодаря современным технологиям, трансформаторные приборы могут располагаться прямо на линиях электропередач с фиксацией на опорах.
В отличие от переменного, постоянный ток имеет одно направление, и при его транспортировке происходят большие потери напряжения, в результате до потребителя доходит заряд не 220 В, а намного ниже, что пагубно влияет на бытовые приборы и электродвигатели. С этой точки зрения, намного выгоднее и безопаснее было сделать в сетях розеток для бытового или промышленного пользования переменный ток. Конечно, встречаются линии, которые снабжены постоянным напряжением, но это бывает крайне редко, в основном на предприятиях с высокоточным оборудованием.
Таким образом, ответ на вопрос «в розетке постоянный ток или переменный» однозначный: в бытовых сетях – переменный, в промышленности – и первый, и второй.
«Постоянный электрический ток. Действие электрического тока»
Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц. Для того чтобы в проводнике существовал электрический ток, необходимы два условия: 1) наличие свободных заряженных частиц, 2) электрическое поле, которое создаёт их направленное движение. Проходя по цепи, происходит действие электрического тока (тепловое, магнитное, химическое).
При существовании тока в разных средах: в металлах, жидкостях, газах — электрический заряд переносится разными частицами. В металлах этими частицами являются электроны, в жидкостях заряд переносится ионами, в газах — электронами, положительными и отрицательными ионами.
Дистиллированная вода не проводит электрический ток, поскольку она не содержит свободных зарядов. Если в воду добавить поваренную соль или медный купорос, то в ней появятся свободные заряды, и она станет проводником электрического тока.
Газы в обычных условиях тоже не проводят электрический ток, так как в них нет свободных зарядов. Однако если в воздушный промежуток между двумя металлическими пластинами, соединёнными с источником тока, внести зажжённую спичку или спиртовку, то газ станет проводником и гальванометр зафиксирует протекание тока по цепи.
Постоянный электрический ток
Постоянный электрический ток — это электрический ток, который с течением времени не изменяется по величине и направлению. Постоянный ток является разновидностью однонаправленного тока (англ. direct current), т.е. тока, не изменяющий своего направления. Часто можно встретить сокращения DC от первых букв англ. слов, или символом по ГОСТ 2.721-74.
На рисунке красным цветом изображён график постоянного тока. По горизонтальной оси отложен масштаб времени t, а по вертикальной — масштаб тока I или электрического напряжения U. Как видно, график постоянного тока представляет собой прямую линию, параллельную горизонтальной оси (оси времени).
При постоянном токе через каждое поперечное сечение проводника в единицу времени протекает одинаковое количество электричества (электрических зарядов). Постоянный электрический ток — это постоянное направленное движение заряженных частиц в электрическом поле.
Источник тока
Направленное движение зарядов обеспечивается электрическим полем. Электрическое поле в проводниках создаётся и поддерживается источником тока. В источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Эти частицы накапливаются на полюсах источника тока. Один полюс источника заряжается положительно, другой — отрицательно. Между полюсами источника образуется электрическое поле, под действием которого заряженные частицы начинают двигаться упорядоченно.
В источнике тока совершается работа при разделении заряженных частиц. При этом различные виды энергии превращаются в электрическую энергию. В электрофорной машине в электрическую энергию превращается механическая энергия, в гальваническом элементе — химическая.
Действие электрического тока
Электрический ток, проходя по цепи, производит различные действия. Тепловое действие электрического тока заключается в том, что при его прохождении по проводнику в нём выделяется некоторое количество теплоты. Пример применения теплового действия тока — электронагревательные элементы чайников, электроплит, утюгов и пр. В ряде случаев температура проводника нагревается настолько сильно, что можно наблюдать его свечение. Это происходит в электрических лампочках накаливания.
Магнитное действие электрического тока проявляется в том, что вокруг проводника с током возникает магнитное поле, которое, действуя на магнитную стрелку, расположенную рядом с проводником, заставляет её поворачиваться. Благодаря магнитному действию тока можно превратить железный гвоздь в электромагнит, намотав на него провод, соединённый с источником тока. При пропускании по проводу электрического тока гвоздь будет притягивать железные предметы.
Химическое действие электрического тока проявляется в том, что при его прохождении в жидкости на электроде выделяется вещество. Если в стакан с раствором медного купороса поместить угольные электроды и присоединить их к источнику тока, то, вынув через некоторое время эти электроды из раствора, можно обнаружить на электроде, присоединённом к отрицательному полюсу источника (на катоде), слой чистой меди.
Некоторые источники утверждают, что существует также механическое действие (например, рамка, по которой течет ток, поворачивается, если её поместить между полюсами магнитов) и световое (светодиоды).
Конспект по по физике в 8 классе: «Постоянный электрический ток. Действие электрического тока».
Следующая тема: «Сила тока. Напряжение»
Вид цепи и напряжение
В зависимости от направления протекания тока и особенностей напряжения, различают два вида электрических цепей:
- Цепи постоянного тока;
- Цепи переменного тока.
Cила тока: формула
Напряжение цепей постоянного тока является работой, совершаемой электрическим полем в ходе перемещения пробного плюсового заряда из точки A в точку Б. Напряжение в цепи постоянного тока определяется как разность потенциалов на его концах. В таких цепях принято считать, что ток идет от плюса к минусу (от плюсового полюса к минусовому).
На заметку. В реальности ток течет не от плюса к минусу, а, наоборот, от минуса к плюсу. Сформировавшееся ошибочное представление о направлении течения именно от плюса не стали изменять и оставили для удобства понимания физической сущности данного явления.
Для цепей переменного тока характерны такие виды и значения напряжения, как:
- мгновенное;
- амплитудное;
- среднее значение;
- среднеквадратическое;
- средневыпрямленное.
Напряжение в таких цепях – это достаточно сложная функция времени. Грубо говоря, ток в них течет от фазного провода, проходит через нагрузку и частично уходит в нулевой (течет от фазы к нулю)
Пример реальной цепи
Самую простую электрическую цепь можно сделать самостоятельно. Её часто собирают на уроке физики. При этом не стоит опасаться поражения током, так как в ней будет использоваться низковольтный источник напряжения. Но всё же перед тем как приступить к сборке, следует знать о коротком замыкании. Под ним понимают состояние, при котором происходит закорачивание выхода.
Другими словами, вся энергия источника тока оказывается приложенной к нему же. В результате разность потенциалов снижается до нуля, а в цепи возникает максимальная сила тока. Непреднамеренное короткое замыкание может привести к выходу из строя генератор и радиодетали. Именно для защиты от этого пагубного воздействия в цепи ставят предохранитель.
Схема для самостоятельного повторения будет представлять собой узел управления освещением. Для её сборки необходимо подготовить:
Источник питания на 12 вольт. Это может быть аккумулятор, регулируемый лабораторный блок, батарейки. Главное, чтобы источник смог выдавать нужное напряжение. Например, нужную величину можно получить соединив последовательно несколько батареек со стандартным номиналом 1,5 В (1,5 * 4 = 12 В).
Лампочка
Подойдёт накаливания
Здесь важно обратить внимание на её характеристики. Она должна быть рассчитанной на нужное напряжение.
Ключ
Это обыкновенный выключатель, имеющий два устойчивых состояния — разомкнутое и замкнутое.
Провода
В сборке можно использовать любые медные проводники сечением от 0,25 мм 2 .
Электрическая цепь включает (в общем случае): источник питания, рубильник (выключатель), соединительные провода, потребителей. Обязательно сформируйте замкнутый контур. В противном случае по цепи не сможет течь ток. Электрическими не принято называть контуры заземления, зануления. Однако по сути считаются таковыми, иногда здесь течет ток. Замыкание контура при заземлении, занулении обеспечивается посредством грунта.
Источники питания. Внутренняя, внешняя электрическая цепь
Для образования упорядоченного движения носителей заряда, формирующего ток, потрудитесь создать разность потенциалов на концах участка. Достигается подключением источника питания, который в физике принято называть внутренней электрической цепью. В противовес прочим элементам, составляющим внешнюю. В источнике питания заряды движутся против направления поля. Достигается приложением сторонних сил:
- Обмотка генератора.
- Гальванический источник питания (батарейка).
- Выход трансформатора.
Напряжение, формируемое на концах участка электрической цепи, бывает переменным, постоянным. Сообразно в технике принято контуры делить соответствующим образом. Электрическая цепь предназначена для протекания постоянного, переменного тока. Упрощенное понимание, закон изменения упорядоченного движения носителей заряда воспринимается сложным. С трудом понимаем, переменный в цепи ток или постоянный.
Род тока определен источником, характером внешней электрической цепи. Гальванический элемент дает постоянное напряжение, обмотки (трансформаторы, генераторы) – переменное. Связано с протекающими в источнике питания процессами.
Сторонние силы, обеспечивающие движения зарядов, называют электродвижущими. Численно ЭДС характеризуется работой, совершаемой генератором для перемещения единичного заряда. Измеряется вольтами. На практике для расчета цепей удобно делить источники питания двумя классами:
- Источники напряжения (ЭДС).
- Источники тока.
В действительности неизвестны, имитацию пытаются создать практики. В розетке ожидаем увидеть 230 вольт (220 вольт по старым нормативам). Причем ГОСТ 13109 однозначно устанавливает пределы отклонения параметров от нормы. В быту пользуемся источником напряжения. Параметр нормируется. Величина тока не играет значения. Напряжение подстанции круглые сутки стремятся сделать постоянным вне зависимости от текущего запроса потребителей.
В противовес источник тока поддерживает заданный закон упорядоченного движения носителей заряда. Значение напряжения роли не играет. Ярким примером подобного рода устройств выступает сварочный аппарат на базе инвертора. Каждый знает: диаметр электрода прочно связан с толщиной металла, прочими факторами. Чтобы процесс сварки шел правильно, приходится с высокой степенью постоянства поддерживать ток. Задачу решает электронный блок на основе инвертора.
Ток, напряжение бывают постоянными, переменными. Закон изменения параметра роли не играет
Неважно, подключать ли электрическую цепь к источнику постоянного, переменного напряжения. Однако важно выдержать правильный размер параметра
К примеру, действующее значение ЭДС.
Открытие: ток течёт не от плюса к минусу, а от фазы к нулю
Не существует электрического тока, текущего от плюса к минусу.
Достаточным доказательством этого факта служит бытовая электрическая розетка, которая имеет фазу (лампочка фазоуказателя горит) и нуль (лампочка фазоуказателя не горит).
В такой однофазной системе постоянный ток это движение электронов или позитронов от фазы к нулю.
Переменный ток формируется как движение электронов и позитронов от фазы к нулю, с соблюдением заданной генератором тока очерёдности, называемой частотой переменного тока.
Выпрямление переменного тока происходит посредством превращения электронов и позитронов друг в друга.
Объясняется это тем, что все элементы магнитоэлектрической системы электрона противоположны всем элементам магнитоэлектрической системы позитрона. И эта противоположность определяется вектором их движения в пространстве.
Поэтому, стоит только поменять вектор движения одного из зарядов на противоположный вектор, так сразу же этот заряд превращается в своего антипода.
Чтобы уяснить работу диодных мостов, необходимо понять, что разность потенциалов между плюсовым потенциалом и нулёвым потенциалом, а также разность потенциалов между нулёвым потенциалом и минусовым потенциалом есть равноценные положительные потенциалы, которые открывают полупроводниковые диоды.
А разность потенциалов между минусовым потенциалом и нулевым потенциалом, а также разность потенциалов между нулевым потенциалом и плюсовым потенциалом есть равноценные отрицательные потенциалы, которые открывают вакуумные диоды.
Анимация показывает, как полупроводниковый мост пропускает позитронный ток, движимый разностью потенциалов между плюсом и нулём. Но, когда на мост подаётся разность потенциалов между нулём и минусом, открывающий те, же самые диоды, здесь-то и происходит замена вектора движения электронов на вектор движения позитронов, с превращением электронов в позитроны.
Аналогичным образом происходит превращение позитронов в электроны в мосте, собранным на вакуумных диодах.
Заключение:
1. Любой любознательный восьмиклассник способен осуществить описанные опыты.
2. Комичность ситуации заключается в том, что с широким распространением осциллографов любой любознательный восьмиклассник на экране видит, что ток есть движение, как отрицательных, так и положительных зарядов.
3. Фарадей двести лет назад получил ток с отрицательными и положительными зарядами, который распространяется в прилегающем к проводнику слое эфира.
4. Все современные тепловые, гидравлические и атомные электростанции получают ток Фарадея.
Характеристики проводов «плюса» и «минуса»
Если электрический кабель имеет 2 проводника, то один из них «плюс» (фаза), а второй «минус» (ноль). Необходимо обязательно знать полярность при подключении электроприбора, в противном случае существует риск порчи оборудования.
Важно! Чаще всего «плюс» и «минус» помечают буквами, символами или определенным цветом, предусмотренным ГОСТом. В схемах электросети фазу («плюс») отмечают латинской буквой L, такую же маркировку используют на проводах, если нет цветовой разницы
Латинская буква N – означает «ноль» или «минус». Заземление же маркируют как PE или PEN
В схемах электросети фазу («плюс») отмечают латинской буквой L, такую же маркировку используют на проводах, если нет цветовой разницы. Латинская буква N – означает «ноль» или «минус». Заземление же маркируют как PE или PEN.
Иногда, при работе с проводкой, не имеющей никаких опознавательных знаков, используют маркеры, которые надеваются на провода в виде цветных колец с пометками. Другим вариантом разметки может быль термоусадочная лента разных цветов. Она надевается на кабель соответствующего напряжения и, для закрепления на носителе, подогревается.
Второе правило Кирхгофа
Второе правило Кирхгофа относится к замкнутому контуру в цепи. Замкнутый контур – это любая последовательность соединенных элементов внутри разветвленной электрической цепи, такая, что первый и последний элементы также соединены.
Алгебраическая сумма напряжений при обходе контура на элементах равна алгебраической сумме ЭДС в источниках, присутствующих в контуре. Если направление ЭДС или напряжение совпадает с направлением обхода – оно считается положительным, если не совпадает – отрицательным: $U_1+U_2+… =mathscr{E}_1+mathscr{E}_2+…$.
Рис. 2. Второе правило Кирхгофа.
Данное правило означает, что во-первых, источниками разности потенциалов в контуре являются источники ЭДС, а во-вторых, при обходе контура потенциал, изменяясь, все равно возвращается к исходному значению.
Цветное обозначение проводов «плюс» и «минус»
Во избежание короткого замыкания в сети провода, «плюс» и «минус» нельзя путать ни в коем случае. Маркировка электропроводки необходима для быстроты и легкости определения напряжения. Это является одним из требований ПУЭ.
Для точного обозначения голубого или зеленого цвета, а «плюс» – коричневого, красного, черного или белого цвета. Если в кабеле 3 проводника и один желтый с продольными зелеными линиями, то это – заземление.
Маркировка проводов по цвету
Важно! Перед началом работы лучше проверить все провода на наличие напряжения, несмотря на маркировки по цвету, чтобы избежать опасности короткого замыкания или удара током. Прокладывать проводку мог неопытный электрик или человек, не имеющий представление о маркировке, и цвета могут не соответствовать
Вам это будет интересно Особенности статического электричества
Существует два вида тока в электричестве. Постоянный ток не может быть передан на большое расстояние, поэтому в быту используют переменный ток. Постоянный ток используют в следующих направлениях:
- В промышленности, строительном оборудовании, строительстве, сельском хозяйстве;
- В городских транспортных средствах (трамваи, троллейбусы, метро, поезда);
- На электрических подстанциях, где он трансформируется в переменный ток, и его передают потребителю.
Важно! Только два проводника используется в сетях постоянного тока. Здесь не бывает фазы или ноля, только «плюс» и «минус»
В данном случае, используют «плюс» с красным цветом, а синим обозначают провод с «минусом».
Недостатки переменного тока
При передаче энергии изменяющего направление тока на большие расстояния возникают затруднения. Создание Единой Энергетической Системы выявило ряд недостатков:
- пропускная способность кабельных линий низкая из-за ёмкости между проводниками и землёй;
- при объединении и кольцевании ветвей системы, расположенных друг от друга на больших расстояниях, невозможно выполнить синхронизацию станций;
- пороговый предел устойчивости, необходимый для согласования, заканчивается на длинах линий свыше 500 км, при этом требуется повышение напряжения до 450 кВ, что приводит к удорожанию оконечного оборудования.
Куда течет ток или где же этот чертов катод?
Есть вещи, которые хочется, что называется «развидеть» — термин вполне устоявшийся и понятный.
— Евгений Гришковец, рассказывает про железнодорожников. (с) Спектакль «Одновременно» А есть вещи которые, ну никак не получается запомнить. Это возникает от того, что новое понятие не может однозначно зацепиться за уже известные факты в сознании, никак не получается построить новую связь в семантической сети фактов. Все знают, что у диода есть катод и анод. Все знают, как диод обозначается на электрической схеме. Но далеко не все могут правильно сказать, где же на схеме что.
Под спойлером картинка, посмотрев на которую, вы навсегда запомните, где у диода анод, а где катод. Должен предупредить, развидеть это не получится, так что тот, кто не уверен в себе, пусть не открывает.Теперь, когда мы отпугнули слабых, продолжаем…
Да, вот так все просто. Буква К — это катод, буква А — это анод. Извините, теперь и вы это никогда не забудете.
Продолжим, и разберемся куда течет ток. Если приглядеться, обозначение диода представляет собой стрелку. Вот, не поверите — ток течет именно туда, куда показывает стрелка! Что логично, не правда ли? Дальше больше — ток течет «А
ткуда» (от Анода) и «К уда» (к Катоду). В обозначениях транзисторов тоже есть стрелки, и они так же обозначают направление тока. Ток — направленное движение заряженных частиц — это мы все знаем из школьной физики. Каких частиц? Да, любых заряженных! Это могут быть и электроны несущие отрицательный заряд и обделенные электронами частицы — атомы или молекулы, в растворах и плазме — ионы, в полупроводниках — «свободные электроны» или вообще «дырки», что бы это не значило. Так вот, во всем этом зоопарке проще всего разобраться так: ток течет от плюса к минусу, и все
Запомнить это очень просто: «плюс» — интуитивно — это там где чего-то «больше», больше в данном случае зарядов (еще раз — не важно каких!) и текут они в сторону «минуса», где их мало и ждут. Все остальные подробности, непринципиальны
Ну, и последнее — батарейка. Обозначение тоже всем известно, две палочки подлинней потоньше и покороче потолще. Так вот покороче и потолще символизирует собой минус — эдакий «жирный минус» — как в школе, помните: «ставлю тебе четыре с жирным минусом
». Я только так и запомнил, возможно, кто-то предложит вариант лучше.
Теперь, вы без труда ответите на вопрос, загорится ли лампочка в этой схеме:
Всех с 1 апреля! Улыбайтесь, господа. Улыбайтесь!
Сила тока с точки зрения гидравлики
Думаю, вы не раз слышали такое словосочетание, как “сила тока“. А для чего нужна сила? Ну как для чего? Чтобы совершать полезную или бесполезную работу. Главное, чтобы что-то делать. Каждый из нас обладает какой-либо силой. У кого-то сила такая, что он может одним ударом разбить кирпич в пух и в прах, а другой не сможет поднять даже соломинку. Так вот, дорогие мои читатели, электрический ток тоже обладает силой.
Представьте себе шланг, с помощью которого вы поливаете свой огород
Давайте теперь проведем аналогию. Пусть шланг – это провод, а вода в нем – электрический ток. Мы чуть-чуть приоткрыли краник и вода сразу же побежала по шлангу. Медленно, но все-таки побежала. Сила струи очень слабая.
А давайте теперь откроем краник на полную катушку. В результате струя хлынет с такой силой, что можно даже полить соседский огород.
В обоих случаях диаметр шланга одинаков.
А теперь представьте, что вы наполняете ведро. Напором воды из какого шланга вы его быстрее наполните? Разумеется из зеленого, где напор воды очень сильный. Но почему так происходит? Все дело в том, что объем воды за равный промежуток времени из желтого и зеленого шланга выйдет тоже разный. Или иными словами, из зеленого шланга количество молекул воды выбежит намного больше, чем из желтого за равный период времени.
Разберем еще один интересный пример. Давайте допустим, что у нас есть большая труба, и к ней заварены две другие, но одна в два раза меньше диаметром, чем другая.
Из какой трубы объем воды будет выходить больше за секунду времени? Разумеется с той, которая толще в диаметре, потому что площадь поперечного сечения S2 большой трубы больше, чем площадь поперечного сечения S1 малой трубы. Следовательно, сила потока через большую трубу будет больше, чем через малую, так как объем воды, который протекает через поперечное сечение трубы S2, будет в два раза больше, чем через тонкую трубу.
Требования к штепсельным соединениям
Для подключения электроприбора к сети розетка с вилкой являются соответственно источником и приемником энергии, образуя штепсельное соединение. К нему предъявляются следующие требования.
Надежный контакт. Слабое соединение приводит к разогреву и выходу его из строя
Важно также обеспечить надежную фиксацию от самопроизвольного отключения. Здесь удобно применять пружинящие контакты в розетке.
Изоляция токонесущих частей друг от друга.
Защита от прикосновения руками или разными предметами к деталям, находящимся под напряжением
Для защиты от детей в розетках предусматриваются специальные шторки, открывающиеся только тогда, когда вставляется вилка.
Обеспечение полярности при подключении. Это важно, если через соединение течет постоянный ток или устройство применяется в сочетании с однополюсным выключателем. Конструкция розетки не допускает неправильного подключения.
Наличие заземления для приборов 1 класса защиты. В розетках важно правильно подключить заземление.
Защита от токов короткого замыкания
Что можно сказать в заключение. Если вы планируете сделать ремонт электропроводки своими руками или модернизировать существующую, почитайте эту статью . Крайне внимательно отнеситесь к выбору аппаратов защиты вашей сети. Важный совет: когда устанавливаете или будете устанавливать новый автомат, УЗО или диффавтомат, внимательно прочитайте бумагу, которая идет в комплекте. В ней содержится такой пункт, как срок эксплуатации и срок поверки. В течении срока эксплуатации производитель дает гарантию, что устройство будет выполнять свои основные функции. Срок поверки указывает на период, в течение которого могут измениться параметры срабатывания защиты, то есть через указанный промежуток времени желательно (а я бы даже сказал обязательно) либо сделать поверку автомата, либо заменить (благо, не так дорого он стóит). Кстати, пробки с плавкими предохранителями в поверке не нуждаются. Не забывайте делать регулярный осмотр электропроводки и как минимум раз в год протягивать винтовые соединения на автоматах и шинах нулевых и заземляющих проводов. Не забывайте про заземление — оно поможет вовремя выявить устройства с поврежденной изоляцией.
Источники напряжения обычно называют источниками питания. Для увеличения тока или напряжения, а может и того и другого источники питания (элементы, батареи) могут соединяться вместе. Существует три типа соединения элементов питания: 1. Последовательное соединение элементов. 2. Параллельное соединение элементов. 3. Последовательно-параллельное (смешанное) соединение элементов.
Параллельное и последовательное соединение
В электрике элементы соединяются либо последовательно — один за другим, либо параллельно — это когда к одной точке подключены несколько входов, к другой — выходы от тех же элементов.
Закон Ома для параллельного и последовательного соединения
Последовательное соединение
Как работает закон Ома для этих случаев? При последовательном соединении сила тока, протекающая через цепочку элементов, будет одинаковой. Напряжение участка цепи с последовательно подключенными элементами считается как сумма напряжений на каждом участке. Как можно это объяснить? Протекание тока через элемент — это перенос части заряда с одной его части в другую. То есть, это определенная работа. Величина этой работы и есть напряжение. Это физический смысл напряжения. Если с этим понятно, двигаемся дальше.
Последовательное соединение и параметры этого участка цепи
При последовательном соединении приходится переносить заряд по очереди через каждый элемент. И на каждом элементе это определенный «объем» работы. А чтобы найти объем работы на всем участке цепи, надо работу на каждом элементе сложить. Вот и получается, что общее напряжение — это сумма напряжений на каждом из элементов.
Точно так же — при помощи сложения — находится и общее сопротивление участка цепи. Как можно это себе представить? Ток, протекая по цепочке элементов, последовательно преодолевает все сопротивления. Одно за другим. То есть чтобы найти сопротивление, которое он преодолел, надо сопротивления сложить. Примерно так. Математический вывод более сложен, а так понять механизм действия этого закона проще.
Параллельное соединение
Параллельное соединение — это когда начала проводников/элементов сходятся в одной точке, а в другой — соединены их концы. Постараемся объяснить законы, которые справедливы для соединений этого типа. Начнем с тока. Ток какой-то величины подается в точку соединения элементов. Он разделяется, протекая по всем проводникам. Отсюда делаем вывод, что общий ток на участке равен сумме тока на каждом из элементов: I = I1 + I2 + I3.
Теперь относительно напряжения. Если напряжение — это работа по перемещению заряда, тоо работа, которая необходима на перемещение одного заряда будет одинакова на любом элементе. То есть, напряжение на каждом параллельно подключенном элементе будет одинаковым. U = U1=U2=U3. Не так весело и наглядно, как в случае с объяснением закона Ома для участка цепи, но понять можно.
Законы для параллельного соединения
Для сопротивления все несколько сложнее. Давайте введем понятие проводимости. Это характеристика, которая показывает насколько легко или сложно заряду проходить по этому проводнику. Понятно, что чем меньше сопротивление, тем проще току будет проходить. Поэтому проводимость — G — вычисляется как величина обратная сопротивлению. В формуле это выглядит так: G = 1/R.
Для чего мы говорили о проводимости? Потому что общая проводимость участка с параллельным соединением элементов равна сумме проводимости для каждого из участков. G = G1 + G2 + G3 — понять несложно. Насколько легко току будет преодолеть этот узел из параллельных элементов, зависит от проводимости каждого из элементов. Вот и получается, что их надо складывать.
Теперь можем перейти к сопротивлению. Так как проводимость — обратная к сопротивлению величина, можем получить следующую формулу: 1/R = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3.
Что нам дает параллельное и последовательное соединение?
Теоретические знания — это хорошо, но как их применить на практике? Параллельно и последовательно могут соединяться элементы любого типа. Но мы рассматривали только простейшие формулы, описывающие линейные элементы. Линейные элементы — это сопротивления, которые еще называют «резисторы». Итак, вот как можно использовать полученные знания:
Если в наличии нет резистора большого номинала, но есть несколько более «мелких», нужное сопротивление можно получить соединив последовательно несколько резисторов. Как видите, это полезный прием.
Для продления срока жизни батареек, их можно соединять параллельно. Напряжение при этом, согласно закону Ома, останется прежним (можно убедиться, измерив напряжение мультиметром). А «срок жизни» сдвоенного элемента питания будет значительно больше, нежели у двух элементов, которые сменят друг друга
Только обратите внимание: параллельно соединять можно только источники питания с одинаковым потенциалом. То есть, севшую и новую батарейки соединять нельзя
Если все-таки соединить, та батарейка которая имеет больший заряд, будет стремиться зарядить менее заряженную. В результате общий их заряд упадет до низкого значения.
В общем, это наиболее распространенные варианты использования этих соединений.
