§ 29. Послідовне з’єднання провідників

Послідовне з'єднання елементів електричного кола

Сила струму при послідовному з'єднанні провідників

Напруга при послідовному з'єднанні провідників

Опір при послідовному з'єднанні провідників

ПОСЛІДОВНЕ З’ЄДНАННЯ ЕЛЕМЕНТІВ ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА. Для того щоб скласти електричне коло, потрібно певним чином з’єднати декілька елементів: джерело струму, споживач електричної енергії, вимірювальний прилад тощо (рис. 29.1).

З’єднання елементів електричного кола, за якого провідники з’єднуються по черзі один за одним, причому кінець одного елемента з’єднується з початком тільки одного на-ступного, називається послідовним._

Наприклад, послідовно з’єднують резистори, елементи автомобільної акумуляторної батареї (рис. 29.2).

FM    R2    R3    jf.//' /Х/'Т*■ Чу** ..

|·    I    J·· —І    І ■ I

jjj

Приклади послідовного з’єднання елементів: уШ

а)    послідовне з’єднання резисторів;

б)    послідовне з'єднання елементів автомобільної акумуляторної батареї

СИЛА СТРУМУ ПРИ ПОСЛІДОВНОМУ З’ЄДНАННІ ПРОВІДНИКІВ. Розглянемо електричне коло з послідовно з’єднаних джерела CTpj^rMy, двох електроламп, амперметра та вимикача (рис. 29.3). Замкнемо електричне коло та виміряємо силу струму J₁

В HbOMJ^r.

Розімкнемо електричне коло та під'єднаємо амперметр між електролампами. Виміряємо силу струму I₂. Проведемо аналогічні вимірювання сили струму I₃ між джерелом струму та електролампами. Порівнявши отримані значення, побачимо, що сила струму в будь-яких ділянках електричного кола однакова.

При послідовному з’єднанні елементів сила струму в усіх ділянках електричного кола однакова: I =I₁ = I₂ =... = I_n.

НАПРУГА ПРИ ПОСЛІДОВНОМУ З’ЄДНАННІ ПРОВІДНИКІВ. Пригадайте електричну гірлянду, яку вам доводилося прилаштовувати на новорічну ялинку. Зазвичай вона складається з багатьох, послідовно з’єднаних низьковольтних електроламп, світло-діодів, розрахованих, наприклад, на декілька вольт, проте ви знаєте, що гірлянда вмикається в мережу напругою 220 В. Чому ж низьковольтні елементи світяться й не перегорають? Виявляється, що загальна напруга, яка прикладається до кінців гірлянди, розподіляється між окремими електролампами. Наприклад, щоб електролампи гірлянди, розраховані на напругу 3,5 В, не

220 В

перегоріли, потрібно послідовно з’єднати ——«63 лампи.

3,5 В

Розглянемо електричне коло з послідовно з’єднаних джерела струму, двох електроламп, амперметра та вимикача. Замкнемо електричне коло. Амперметр покаже силу струму в ньому⁷. По черзі виміряємо вольтметром, під’єднуючи його паралельно до затискувачів, напругу на полюсах джерела струму U та на кожній з електроламп U_lt U₂ (рис. 29.4). Порівняємо виміряні значення напруги.

У результаті напруга на полюсах джерела струму дорівнюватиме сумі напруг на електролампах:

U = U₁ + U₂.

Таким чином, повна напруга в електричному колі (або напруга на полюсах джерела струму) при послідовному з'єднанні дорівнює сумі напруг на окремих ділянках кола: U = U₁ + U₂ +... + U_n.

ОПІР ПРИ ПОСЛІДОВНОМУ З’ЄДНАННІ ПРОВІДНИКІВ. Розглянемо електричне коло з п послідовно з’єднаних елементів. Застосуємо закон Ома для всього кола та окремих його ділянок. Отримаємо:

U = I-R,

U₁ = I- R₁₉ U₂ = I- R₂,

U_n = I- R_nt

де і — сила струму в колі; R, R₁₉ R₂, R_n — загальний опір кола та його ділянок. Оскільки загальна напруга на кінцях послідовного з’єднання дорівнює сумі напруг на окремих ділянках кола, тобто

U = U₁ + U₂ +... + U_n, то І - R = І - R₁ + І - R₂ +... + I-R_n

Звідси: R = R₁ + R₂ +... + R_n.

Загальний опір при послідовному з'єднанні дорівнює сумі опорів окремих провідників або ділянок електричного кола:

R — R₁ + R₂ +... + R_n.

Цю властивість послідовного з’єднання елементів електричного кола враховують при виготовленні амперметрів. Оскільки амперметр вмикається в коло послідовно, то його опір має бути дуже малим (десяті або соті частки ома), щоб він суттєво не впливав на загальний опір і, відповідно, силу струму в колі.

Розглянемо приклад задачі та спробуємо розібратися, як формули для розрахунку електричних характеристик кіл із послідовним з’єднанням використовують для розв’язування фізичних задач.

Задача. Три резистори з опорами 2, 3, 5 Ом з’єднані послідовно. Амперметр, увімкнений у коло, показує струм 1 А. Визначити опір кола, напругу на кожному резисторі та повну напругу на кінцях ділянки кола.

Головне в цьому параграфі_

З’єднання елементів електричного кола, за якого провідники з’єднуються по черзі один за одним, причому кінець одного елемента з’єднується з початком тільки одного наступного, називається послідовним.

При послідовному з’єднанні елементів сила струму в усіх частинах електричного кола однакова: I =I_a = I₂ =... = I_n.

Повна напруга в електричному колі (або напруга на полюсах джерела струму) при послідовному з'єднанні дорівнює сумі напруг на окремих ділянках кола: U = U_a + U₂ +... + U_n.

Загальний опір при послідовному з’єднанні дорівнює сумі опорів окремих провідників або ділянок електричного кола: R = R_a + R₂ +... + R_n.

Запитання для самоперевірки_

1.    Яке з'єднання елементів електричного кола називають послідовним? Як його зображають на електричних схемах?

2.    Як виміряти силу струму в електричному колі при послідовному з’єднанні його елементів? Чи залежить виміряне значення від точки увімкнення амперметра в електричне коло?

3.    Як визначити повну напругу в електричному колі, якщо є виміряні значення Hanpyn¹ кожної з його ділянок, з’єднані послідовно?

4.    Як визначити опір ділянки кола, що складається з декількох послідовно з’єднаних резисторів із відомими опорами?

5.    Чому внутрішній опір амперметра має бути дуже малим?

Вправа до § 29

1п. Накресліть у зошиті схему електричного кола, зображеного на рис. 29.4. Які елементи електричного кола з'єднані послідовно?

2с. Послідовно з вольтметром, опір якого 300 Ом, увімкнено додатковий опір 2,7 кОм. Визначте загальний опір цих елементів електричного кола.

Зс. Для освітлення трамвайного вагона використовуються електричні лампи, розраховані на напругу 120 В, хоча напруга в контактній мережі трамвая 600 В. Скільки ламп та яким чином мають бути увімкнені в електричну систему освітлення трамвайного вагона?

4д. Порівняйте температуру ниток розжарювання двох однакових електричних лампочок Л, і Л₂, зображених на електричній схемі. Як зміниться розжарювання нитки кожної з лампочок, якщо повзунок D реостата R перемістити: а) праворуч; б) ліворуч? Нагадаємо, що розжарення нитки лампочки залежить від сили струму в ній: чим більша сила струму, тим більше розжарення і навпаки.

5д. Опір резисторів, увімкнутих в електричне коло, становить Ri = 6 Ом, R₂ = 12 Ом. Покази вольтметра 6 В. Визначте напругу на резисторі опором R, та напругу U на ділянці кола.

6в. У коло увімкнено послідовно три провідники опором R₁ = 50 Ом, R₂ = 60 Ом, R₃= 120 Ом (див. рисунок до задачі). Яку силу струму показує амперметр і яка напруга між точками А і В, якщо покази вольтметра 12 В?

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Головко