§ 22. Паралельне з’єднання провідників

Приклад простого кола з паралельним з’єднанням двох лампочок показаний на мал. 2.83. На схемі кольором виділено відповідні з’єднувальні провідники.

Паралельним називають таке з’єднання провідників (резисторів, споживачів та інших елементів кола), за якого початок одного провідника з’єднують з початком іншого й так само з’єднують кінці провідників.

Паралельне з’єднання провідників використовується, зокрема, в електромережі наших квартир і будинків. За допомогою вимикачів можна увімкнути чи вимкнути світильник, одну чи кілька ламп у люстрі, телевізор або інший прилад. За такого з’єднання від’єднання від мережі чи увімкнення одного або кількох приладів практично не впливає на роботу інших приладів.

У точці з’єднання провідників А (див мал. 2.83) струм, що надходить від джерела, розгалужується й далі поширюється в різних ділянках. У точці з’єднання В струми окремих ділянок ніби зливаються. Моделлю-аналогом такого з’єднання може бути розгалуження у трубах водяного опалення в будинках. Потік води підводиться до будинку по одній трубі, потім розгалужується по трубах, що постачають тепло в окремі квартири. Пройшовши по батареях опалення в різних квартирах, вода надходить до спільної труби й повертається до котельні.

Позначимо силу струму в одній лампочці I₁, а в другій — I₂ Електричний заряд не може накопичуватися. Із закону збереження заряду випливає, що сила струму до розгалуження повинна дорівнювати силі струму в точці, де сходяться провід-

ники (В). Тому сила струму І до і після розгалуження дорівнює сумі сил струмів у кожному з провідників: I = I₁ + I₂.

У разі паралельного з’єднання провідників сила струму до

(і після) розгалуження дорівнює сумі сил струмів у кожному з провідників.

Точки А і В є спільними для усіх паралельно з’єднаних провідників. Тому напруга на ділянці між цими точками розгалуження і на кожному з паралельно з’єднаних провідників однакова. У нашому випадку — з’єднання двох провідників (лампочок): U = U₁ = U₂.

Напруга на ділянці з паралельно з’єднаними провідниками дорівнює напрузі на кожному з провідників. ¹⁷

Задача. Нехай ділянка кола складається з трьох паралельно з’єднаних резисторів однакового опору по 3 Ом кожний. Який загальний опір цієї ділянки?

P о з в ’ я з у в а н н я. Згідно з встановленою для паралельного з’єднання закономірністю

Отже, R = 2 Ом.

Опір паралельного з'єднання трьох резисторів, опорами 6 Ом кожний, становить 2 Ом.

В і д п о в і д ь: R = 2 Ом.

Як бачимо, загальний опір з’єднання трьох однакових паралельно з’єднаних резисторів виявився в три рази меншим за опір кожного окремого резистора.

Якщо провідники однакового опору з’єднуються паралельно,

то загальний опір з’єднання дорівнює опору одного

провідника, поділеному на кількість провідників.

Зазначимо, що у разі паралельного з’єднання загальний опір ділянки завжди буде меншим за опір провідника з найменшим опором.

Щоб вольтметр показував напругу на кінцях ділянки кола, через нього має проходити струм. Фактично, вольтметр показує напругу на самому собі. Щоб включення вольтметра не вносило змін у електричне коло, його опір має бути якомога більшим, а сила струму в ньому — мінімальною. Ідеальним вольтметром є такий, опір якого безмежно великий.

ЗАПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ

1.    Яке з’єднання провідників називається паралельним?

2.    Яка електрична величина однакова для всіх провідників у разі їхнього паралельного з’єднання?

3.    Як співвідноситься сила струму в колі до розгалуження із силами струму в окремих гілках розгалуження?

4.    Як визначити опір ділянки з кількома паралельно з’єднаними резисторами?

5.    Учень удома приєднав лампочки до мережі так, як показано на мал. 2.84. Як вони будуть світитися у разі положення вимикача “увімкнуто” і “вимкнуто”? Відповіді пояснити.

6.    Є 10 резисторів, опір кожного із яких 50 Ом. Яким буде опір ділянки кола, утвореної цими резисторами, у разі паралельного з’єднання?

7.    Амперметр, увімкнутий у коло, яке складається з лампочки і джерела струму, показує силу струму, 0,2 А. Якими стануть

показання амперметра, якщо паралельно увімкнути ще одну таку саму лампочку (мал. 2.85)?

8.    Яким буде опір ділянки кола, що складається з трьох паралельно з’єднаних резисторів опорами 6, 9 і 18 Ом?

9.    Відрізок дроту опором 80 Ом розрізали на чотири частини, які з’єднали паралельно. Який опір з’єднаного таким чином дроту?

10.    Напруга в мережі становить 120 В. Дві лампи, опорами по 240 Ом кожна, з’єднали паралельно і увімкнули в мережу. Яка сила струму в кожній з них? Яка загальна сила струму в колі до розгалуження?

11*. Амперметр А показує силу струму 1,6 А, вольтметр V показує напругу 120 В, резистор R1 має опір R₁ = 100 Ом. Визначте опір R₂ резистора R2 і сили струмів I₁ та I₂, які показують амперметри А1 та А2 (мал. 2.86).

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 6

Дослідження електричного кола з паралельним з’єднанням провідників

Завдання. Експериментально перевірити закономірності паралельного з’єднання провідників.

Обладнання: джерело струму; з’єднувальні провідники; амперметр; вольтметр; реостат; два дротяні резистори (ніхромові спіралі на колодочках); вимикач.

Підготовка до проведення експерименту

1.    Пригадайте основні закономірності паралельного з’єднання провідників.

2.    Пригадайте правила увімкнення амперметра для вимірювання сил струмів у різних ділянках кола та вольтметра для вимірювання напруг на різних ділянках кола.

3.    Накресліть схему кола з двома паралельно увімкнутими дротяними резисторами струму, вимикачем та амперметром.

4.    Визначте ціни поділок амперметра і вольтметра.

5.    Підготуйте таблицю для занесення результатів вимірювань та обчислень.

Проведення експерименту

1.    Складіть електричне коло. Виміряйте напругу на окремих резисторах і на всій ділянці, яка складається з двох паралельно увімкнутих резисторів.

2.    Увімкніть амперметр до розгалуження та в кожну з паралельних гілок. Виміряйте сили струмів та запишіть їхнє значення у таблицю.

3.    Визначте за результатами вимірювань опір усієї ділянки з двох резисторів та окремих резисторів. Перевірте формулу визначення опору ділянки з паралельним з’єднанням провідників.

4.    Повторіть дослід за іншого положення повзунка реостата.

5.    Проаналізуйте одержані результати. Зробіть висновки.

Головне в темі “Електричний струм”

Електричним струмом називають напрямлений (упорядкований) рух заряджених частинок.

Щоб струм існував тривалий час, необхідно, щоб увесь цей час у провіднику існувало електричне поле.

За напрямок електричного струму прийнято напрямок руху позитивно заряджених частинок.

У джерелах електричного струму відбувається розділення позитивних і негативних електричних зарядів і їхнє нагромадження на полюсах.

Сукупність джерел струму, споживачів та провідників, що їх з’єднують, називають електричним колом.

Електричний струм виявляється в діях: тепловій, хімічній, магнітній, світловій, фізіологічній.

Фізичну величину, яка чисельно дорівнює відношенню заряду, що пройшов через поперечний переріз провідника, до часу його проходження, називають силою струму:

Одиницю сили струму, одну з семи основних одиниць CI, названо ампер (1 А).

Заряд можна визначити через силу струму і час його протікання:

Прилади для вимірювання сили струму називають амперметрами.

Напруга на ділянці кола — це фізична величина, яка чисельно дорівнює роботі електричного поля з перенесення заряду1 Кл між кінцями цієї ділянки кола.

Напругу позначають латинською літерою U:

Одиницею напруги у CI є вольт (1 В).

Прилади, за допомогою яких вимірюють напругу, називають вольтметрами.

Фізичну величину, яка чисельно характеризує властивість провідника впливати на силу струму в електричному колі і дорівнює відношенню напруги на провіднику до сили струму в ньому, називають опором провідника.

Опір провідника позначають літерою R. Щоб визначити опір провідника, потрібно напругу на його кінцях поділити на силу струму в ньому:

Одиницею опору в CI є ом (1 Ом).

Опір провідника залежить від матеріалу, з якого він виготовлений (питомого опору), прямо пропорційний довжині й обернено пропорційний його площі поперечного перерізу.

Щоб знайти опір провідника довжиною l і площею поперечного перерізу S, необхідно питомий опір помножити на довжину провідника і поділити на площу його поперечного перерізу:

Закон Ома. Сила струму в провідниках ділянки кола прямо пропорційна напрузі на кінцях цієї ділянки і обернено пропорційна її опору:

З’єднання, за якого кінець одного провідника з’єднується з початком наступного, називають послідовним з’єднанням провідників.

При послідовному з’єднанні провідників сила струму в будь-яких провідниках кола однакова: I = I₁ = I₂.

Загальна напруга на послідовно з’єднаних провідниках дорівнює сумі напруг на кожному з провідників: U = U₁ + U₂.

Загальний опір ділянки кола з послідовним з’єднанням провідників дорівнює сумі опорів окремих провідників: R = R₁ + R₂.

Паралельним називають таке з’єднання провідників (резисторів, споживачів та інших елементів кола), за якого початок одного провідника з’єднують з початком іншого й так само з’єднують кінці провідників.

У разі паралельного з’єднання провідників сила струму до (і після) розгалуження дорівнює сумі сил струмів у кожному з провідників: I = I₁ + I₂.

Напруга на ділянці з паралельно з’єднаними провідниками дорівнює напрузі на кожному з провідників: U = U₁ = U₂.

У випадку паралельного з’єднання провідників сили струму в окремих провідниках обернено пропорційні до їх опорів:

У разі паралельного з’єднання провідників величина, обернена до загального опору ділянки кола, дорівнює сумі величин, обернених опорам кожного з провідників:

ПЕРЕВІР СЕБЕ

1.    Електричний струм це ...

A) електричні заряди, що е в провідниках;

Б) упорядкований рух частинок, що мають електричний заряд;

B)    електричне поле, що виникає навколо полюсів джерела струму;

Г) будь-який рух частинок, що мають електричний заряд.

2.    Які частинки, що мають заряд, є носіями струму в металах?

A)    протони;

Б) позитивні іони;

B)    негативні іони;

Г) електрони.

3.    Що є лише дією електричного струму та її результатом?

А) електрична напруга, нагрівання провідника зі струмом;

Б) відхилення магнітної стрілки біля провідника зі струмом, сила струму;

В) хімічна дія струму, виділення речовини на електродах у розчині солі;

Г) опір провідника, нагрівання провідника струмом.

4.    Опір провідника залежить від.

A)    сили струму в провіднику, напруги на ньому та зовнішніх впливів;

Б) напруги на провіднику, його довжини та матеріалу, з якого виготовлений провідник;

B)    геометричних розмірів, матеріалу провідника та зовнішніх впливів;

Г) ізоляції провідника, довжини, та матеріалу.

5.    Одиницею сили струму в CI є.

A)    вольт;

Б) ампер;

B)    кулон;

Г) ом.

6. Для перевірки залежності сили струму в провіднику від прикладеної напруги можна скористатися електричним колом, складеним за схемою, зображеною на мал. ...

7.    Які зміни відбулися на ділянці кола, якщо амперметр, увімкнутий послідовно з резистором, показує збільшення сили струму?

A)    збільшився опір;

Б) зменшилася напруга;

B)    зросла напруга або зменшився опір;

Г) збільшився опір або зменшилася напруга.

8.    Два резистори увімкнуто послідовно. Опір першого резистора 3 Ом, напруга на ньому 3 В. Яка сила струму в другому резисторі і який його опір, якщо напруга на ньому 6 В?

A)    6 А, 1 Ом;

Б) 2 А, 6 Ом;

B)    3 А, 1 Ом;

Г) 1 А, 6 Ом.

9.    20 резисторів, кожний опором 20 Ом, увімкнуто паралельно. Який опір цієї ділянки, і яка загальна сила струму в ній, якщо напруга на ділянці 1 В?

A)    1 Ом, 1 А;

Б) 400 Ом, 0,01 А;

B)    400 Ом, 1 А;

Г) 1 Ом, 20 А.

10.    Алюмінієвий і мідний дроти мають однакову довжину і площу поперечного перерізу. Який із них має більший опір і у скільки разів?

A)    мідний у 1, 65 разів;

Б) алюмінієвий у 1,65 разів;

B)    алюмінієвий у 3,3 рази;

Г) опір однаковий.

11) Формула закону Ома для ділянки кола записується так:

A)    R = ^U ;

I

Б) I = ^q ; t

B)    I = U ;

R

Г) q = It.

12. Сила струму в колі електричної плитки дорівнює 1,4 А. Який електричний заряд проходить через поперечний переріз спіралі плитки за 1 хв ?

A)    61,4 Кл;

Б) 84 Кл;

B) 140 Кл;

Г) 180 Кл.

РОБОТА І ПОТУЖНІСТЬ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Бойко