§ 31. Послідовне з’єднання провідників

Ви дізнаєтесь

Пригадайте

Послідовне

з’єднання

провідників

Резистори. У сучасній радіоелектроніці широко використовують резистори — прилади, призначені для зміни опору електричного кола.

Резистор (від латин, resisto — опираюсь) включають в електричне коло, щоб змінити його опір і, відповідно до закону Ома, — силу струму в колі.

Найпростіший резистор складається з каркаса, виготовленого з непровідного та термотривкого матеріалу 1, дроту з великим питомим опором, що намотаний на каркас 2, захисного шару 3 та виводів 4, за допомогою яких резистор включається в електричне коло (мал. 138, а).

На електричних схемах резистори зображають у вигляді умовних позначень (мал. 138, б). Залежно від призначення резистори виготовляють різних розмірів та конструкції (мал. 138, в).

Розв’язуючи задачі з фізики або виконуючи досліди, ми будемо розглядати електричні кола, що містять лампочки, дзвоники або інші споживачі струму. Якщо для розв’язання задачі неважливо, яким саме є споживач струму, то на електричній схемі можна зображати резистор, вважаючи, що його опір є таким самим, як і опір споживача.

Послідовне з’єднання елементів електричного кола. Пригадайте, ми з вами вже розглядали послідовне з’єднання елементів електричного кола — з’єднання, за якого елемента вмикаються в електричне коло один за одним.

Послідовно з’єднують резистори, елементи акумуляторної батареї. Послідовно вмикають в електричне коло амперметр. Будь-які споживачі струму (електричні лампи, резистори тощо) проводять електричний струм, тому для спрощення такі елементи кола можна називати узагальнено — провідники.

Сила струму за послідовного з’єднання провідників. Розглянемо електричне коло з послідовно з’єднаних джерела струму, двох електроламп, амперметра та вимикача (мал. 139). Замкнемо електричне коло та виміряємо силу струму J₁ у HbOMJ'.

Вимкнемо електричне коло, увімкнемо амперметр між електролампами та виміряємо силу струму I₂. Виконаємо вимірювання сили струму I_s між джерелом струму та електролампами. Порівняємо виміряні значення, побачимо, що сила струму в будь-яких частинах електричного кола є однаковою.

За послідовного з’єднання провідників сила струму в усіх частинах електричного кола однакова:

I = I =I =...=1 .

12    п

Напруга за послідовного з’єднання провідників. Розглянемо ще раз електричне коло з послідовно з’єднаних

джерела струму, двох електроламп, амперметра та вимикача. Замкнемо електричне коло. Амперметр покаже силу струму в ньому. По черзі виміряємо вольтметром, приєднуючи його паралельно до затискачів, напругу на полюсах джерела струму U та на кожній з електроламп U_v U., (мал. 140). Порівняємо виміряні значення напруги.

Бачимо, що напруга на полюсах джерела струму дорівнює сумі напруг на електролампах: U = U₁ + U_r

Таким чином, повна напруга в електричному колі (або напруга на полюсах джерела струму) за послідовного з’єднання провідників дорівнює сумі напруг на окремих ділянках кола:

U = U,+U,+ ... + U .

X    Δ    П

Опір за послідовного з’єднання 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 = І - R₁₉ U₂ = І - R_r U_n = I- R_n, де І — сила струму в колі; R, R_v R_r 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 /-R = I Я +I R+... + I R.

12    п

Звідси: R = R₁^R₂+ ... + R_n.

Загальний опір послідовно з’єднаних провідників дорівнює сумі опорів окремих провідників або ділянок електричного кола: R = R_i + R₂ +... + R_n.

Цю властивість послідовного з’єднання елементів електричного кола враховують, виготовляючи амперметри. Оскільки амперметр включається 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.

Підбиваємо підсумки

З’єднання елементів електричного кола, у якому провідники з’єднуються один за одним, називається послідовним.

За послідовного з’єднання провідників сила струму в усіх частинах електричного кола однакова:

/ = J₁ = Z₂=-=/.

Повна напруга в електричному колі (або напруга на полюсах джерела струму) за послідовного з’єднання дорівнює сумі напруг на окремих ділянках кола:

и=и_л + и₉+... + и.

1    Z    П

Загальний опір послідовно з’єднаних провідників дорівнює сумі опорів окремих провідників або ділянок електричного кола:

R = R- + R., +... + R .

IZ    п

Я знаю. вмію та можу пояснити

\

1.    Яке з’єднання елементів електричного кола називають послідовним?

2.    Як можна виміряти силу струму в електричному колі за послідовного з’єднання його елементів? Чи залежить виміряне значення від точки включення амперметра в електричне коло?

3.    Як визначити повну напругу в електричному колі, якщо є виміряні значення напруг кожної з його ділянок, що 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?

ПОЯСНІТЬ

1.    Чому сила струму за послідовного з’єднання провідників на всіх ділянках є однаковою?

2.    Чому за послідовного з’єднання двох споживачів справджується формула R = R_a + R₂?

3.    Чому напруги на провідниках та їх опори за послідовного з’єднання для будь-якої пари провідників пов’язані співвідношенням:

ВЧИМОСЯ РОЗВ'ЯЗУВАТИ ЗАДАЧІ

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

Резистори з’єднані послідовно, тому загальний опір кола:

R = R₁ + R₂ + R₂; R = 2 Ом + 3 Ом + δ Ом = 10 Ом.

Сила струму за послідовного з’єднання є однаковою в усіх резисторах:

I₁=I₂=I₃=I= і а.

Напругу на кожному з резисторів визначаємо за законом Ома для ділянки кола:

U₁ = I R_lfU₁ = I А 2 Ом = 2 В;

U₂ = І ■ R_2f U₂ = I А 3 Ом = З В;

U =I -R_4f U= 1 А 5 Ом = 5 В.

Повна напруга в колі за послідовного з’єднання:

¢/= CZ_j+ CZ₂+ CZ₃, або U = I ■ R_f U = 2 В + З В + 5 В = 10 В, або U = I А · 10 Ом = 10 В. Відповідь: R=10 Ом, CZ₁ = 2 В, U₂ = З В, U₂ = 5 В, U = 10 В.

1. Користуючись даними, зображеними на малюнку 142, визначте напругу джерела струму та напругу на кожному резисторі.

2.    В освітлювальну мережу 220 В увімкнули послідовно дві електричні лампи з однаковим опором. Якою буде напруга на кожній із ламп?

3.    Опір електричного кола, що складається з двох послідовно з’єднаних однакових ламп і реостата, дорівнює 1000 Ом. Визначте опір кожної лампи, якщо опір реостата дорівнює 120 Ом.

4.    На малюнку 143 зображено електричне коло. Опори резисторів, увімкнутих у коло, відповідно R₁ = 6 Ом, R₂ = 12 Ом. Показання вольтметра — б В. Визначте напругу на резисторі опором .R₁ та напругу U на всій ділянці кола.

5.    Ділянка електричного кола містить три резистори, з’єднані послідовно (мал. 144). Опори резисторів R₁ = 5 Ом, R₂ = 6 Ом, R₃ = 12 Ом. Яку силу струму показує амперметр і яка напруга в колі, якщо покази вольтметра 12 В?

6.    Як зміняться показання електричних приладів, зображених на малюнку 145, якщо повзунок реостата перемістити вниз;угору?

7.    Визначте покази амперметра та другого вольтметра (мал. 146), якщо показання першого вольтметра 18 В.

8.    До полюсів джерела струму приєднано послідовно два провідники однакових розмірів. Перший провідник виготовлено з алюмінію, другий — із міді. На кінцях якого провідника вольтметр покаже більшу напругу? У скільки разів відрізнятимуться показання вольтметра?

9.    Використовуючи показання вольтметрів, зображених на малюнку 147, дайте відповідь на запитання: яким є опір резистора .R₁, якщо опір резистора R₂ дорівнює 10 Ом?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА N_s 4

Дослідження електричного кола з послідовним з’єднанням провідників

г — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —    — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

Мета роботи: дослідити електричні кола з послідовним з’єднанням провідників, перевірити закони

\ послідовного з’єднання провідників.

Г — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —    — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — —

Прилади і матеріали: батарея акумуляторів, дві електролампи, амперметр постійного струму на 2 А, вольтметр постійного струму на 4 В, перемикач,

\ з’єднувальні проводи.

Вказівки щодо виконання роботи

1.    Накресліть схему електричного кола, що складається із джерела струму, двох електричних ламп, з’єднаних послідовно, амперметра та ключа.

2.    Складіть коло за накресленою схемою для вивчення послідовного з’єднання елементів.

3.    Визначте силу струму J₁ на лампі Jl₁ за показаннями амперметра. Включіть амперметр після другої лампи і виміряйте силу струму I₂. Увімкніть амперметр в інше місце кола і виміряйте силу струму І. Переконайтеся, що сила струму є однаковою. Результати вимірювань запишіть до таблиці.

4.    Вольтметр підключіть паралельно: а) до лампи Jl₁, виміряйте напругу CZ₁; б) до лампи Jl₂, виміряйте напругу С/₂; в) до ділянки кола з обома лампами, виміряйте напругу U. Результати вимірювань запишіть до таблиці.

5.    Обчисліть опори ламп R_v R₂ та загальний опір послідовно з’єднаних елементів R. Результати вимірювань запишіть до таблиці.

6 Зробіть висновки.

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Засєкіна