§ 37. Паралельне з'єднання провідників

Думки вголос

Я вивчу паралельне з'єднання провідників, яке широко застосовують на практиці. Ці знання потрібні в житті для розв’язування багатьох практичних завдань.

Другий спосіб з’єднання провідників, який застосовують на практиці, називають паралельним з’єднанням. Якщо одні кінці споживачів з’єднують в одній точці, а інші кінці — в іншій, то це називають паралельним з’єднанням провідників.

Приклад паралельного з’єднання трьох ламп зображено на малюнку 137. У цій ділянці кола один вимикач вмикає і вимикає відразу три лампи (точки AiB — точки розгалуження).

На малюнку 138 кожен вимикач, незалежно від інших, вмикає і вимикає окрему лампу.

Щоб вивчити закономірності паралельного з’єднання споживачів струму, зберемо електричне коло з амперметрами і вольтметром (мал. 139).

A₁, A₂, A₃ — амперметри, які вимірюють силу струму в окремій ділянці паралельного з’єднання. А — амперметр, який вимірює силу струму в провіднику після розгалуження.

Оскільки кінці всіх гілок розгалуженої ділянки з’єднують в одних і тих самих точках Ai В, то напруга на кінцях всього розгалуження дорівнює напрузі на окремих гілках:

U = U₁= U₂= U_s; U = const.

Виміри сили струму амперметрами показують, що сила струму в нерозгалуженій частині кола при паралельному з’єднанні дорівнює сумі сил струмів в окремих гілках розгалуження:

I = I₁+ I₂+ I_s.

(Перевірку справедливості цієї рівності здійснимо під час лабораторної роботи на наступному уроці.)

Використаємо формулу закону Ома і одержимо:

Якщо у нас буде паралельне з’єднання довільної п кількості однакових провідників, то

У разі паралельного з’єднання ми ніби збільшуємо площу поперечного перерізу, тому загальний опір у ділянках розгалуження буде меншим.

Приклад паралельного з’єднання двох резисторів зображено на малюнку 140.

Сила струму в провідниках, з’єднаних паралельно, обернено пропорційна опорам цих провідників (через більший опір проходить менший струм).

Перевага паралельного з’єднання: якщо є розрив в одній із ділянок розгалуження, то струм в інших ділянках проходить.

Недоліки паралельного з’єднання: що більше ми приєднуємо споживачів, то більша сила струму в колі, а опір менший — може статися коротке замикання.

Споживачі, які вмикають в мережу паралельно, повинні бути розраховані на однакову напругу, рівну напрузі в мережі. У будинках для освітлення і в побутових приладах напруга 127 В і 220 В — така сама, як і в мережі.

На практиці часто застосовують змішане (паралельне і послідовне) з’єднання провідників.

Для тих, хто хоче знати більше

Джерела струму теж можна з’єднувати паралельно в батарею (мал. 141). Але при цьому обов’язково необхідно дотримуватися правила: мінус «-» з’єднують з мінусом «-», а плюс

«+» з плюсом «+».

Паралельне з’єднання джерел використовують для того, щоб отримати однакове значення напруги з більшим запасом електроенергії. Для цього необхідно однакові клеми декількох елементів живлення з’єднати між собою. У результаті ми отримаємо спільний «+» та спільний «-». За такого з’єднання напруга на спільних клемах не змінюється, а запас електричної енергії збільшується. Необхідно пам’ятати, що паралельно можна з’єднувати між собою лише ті джерела електричної енергії, які мають однакову напругу. Найпростішим та безпечним джерелом живлення є звичайні батарейки. Однак вони досить малі за потужністю — їх вистачає на короткий час. Тому, з’єнавши їх паралельно, можна підвищити потужність джерела живлення. З’єднувати необхідно однакові за характеристиками джерела струму.

Приклад розв’язування задач. В освітлювальну мережу кімнати ввімкнули дві електричні лампи опором 200 Ом і 300 Ом. Напруга в мережі 120 В. Визначити силу струму в кожній лампі, силу струму в проводах до розгалуження, загальний опір ламп.

Відповідь: I₁ = 0,6 A; I₂ = 0,4 A; I = I A; R = 120 Ом.

Ми переконались, що загальний опір кола R= 120 Ом менший за опір кожного із провідників .R₁ = 200 Ом, R₂ = 300 Ом, з’єднаних паралельно.

Підсумки

•    У разі паралельного з’єднання провідників одні кінці споживачів з’єднують в одну точку (вузол), а інші — в другу точку (вузол).

•    Паралельне з’єднання провідників має такі закономірності:

• На практиці часто використовують змішане з’єднання споживачів електричного струму.

Завдання

1*. Розрахувати загальний опір ділянок кола, утворених з’єднанням трьох резисторів: R₁ = R₂= R₃= 10 Ом (мал. 142).

2*. Накреслити схему включення люстри з трьома лампами, якщо за допомогою одного вимикача вмикають одну лампу, а з допомогою іншого — дві інші.

З*. Два однакові резистори підключено паралельно. Який опір цього з’єднання?

4*. Як потрібно підключити лампи, розраховані на напругу 220 В, до мережі 220 В? Як вплине перегоряння однієї лампи на роботу інших?

5*. Два резистори підключені паралельно, через перший резистор протікає в 4 рази більший струм, ніж через другий. Опір якого резистора більший і у скільки разів?

6**. Які опори можна одержати, маючи три резистори по 6 кОм? Намалювати схеми можливих з’єднань.

7**. У скільки разів зміняться показання амперметра, якщо від схеми 1 перейти до схеми 2 (мал. 143)? Напруга на ділянках однакова.

8***. Дріт було розрізано на три однакові частини, які потім було з’єднано паралельно. Опір такого з’єднання — 3 Ом. Який був опір дроту до розрізання?

9***. Знайти загальний опір кола (мал. 144).

10*»*. Однорідний дріт опором 360 Ом склали у кільце. У яких точках цього кільця потрібно підключитися, щоб отримати опір 80 Ом?

Додаткові завдання

1.    Намалюй схему з’єднання батарейки, лампочки і двох вимикачів, щоб лампочка загорялась при включенні дзвоника, але могла вмикатися і при непрацюючому дзвонику.

2.    Намалюй схему з’єднання батарейки двох лампочок і трьох вимикачів, щоб вмикання і розмикання кожної лампочки здійснювалось своїм вимикачем, а третій вимикач зміг відімкнути відразу дві лампочки.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5 ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА З ПАРАЛЕЛЬНИМ З’ЄДНАННЯМ ПРОВІДНИКІВ

Мета. Розвивати вміння досліджувати електричні кола та експериментально перевірити закономірності паралельного з’єднання провідників.

Вказівки до роботи

У разі паралельного з’єднання провідників справджуються такі твердження:

•    сила струму до розгалуження кола дорівнює сумі сил струмів в окремих його ділянках:

I = I₁ + /₂+...+ I_n;

•    напруга на всіх паралельно з’єднаних ділянках кола однакова:

U = U₁=U₂ =... = U_n;

•    величина, обернена до загального опору розгалуження, дорівнює сумі обернених величин опорів кожної з ділянок кола:

Виконання роботи

Увага! Повтори правила безпеки під час роботи з електричними приладами (див. с. 65-66 підручника).

Обладнання: джерело струму, амперметр, вольтметр, резистори 10 Ом і 20 Ом, реостат, з’єднувальні провідники (використайте схеми та теоретичний матеріал § 37).

1. Зберіть електричне коло за схемою (мал. 145).

Електричний струм

2. Виміряйте силу струму в колі та напругу на ділянці кола, яка містить два паралельні резистори. Обчисліть опір ділянки за

формулою:

3.    Накресліть коло для вимірювання сили струму та напруги на першому резисторі. Проведіть вимірювання та обчислення опору першого резистора за формулою:

4.    Накресліть коло для вимірювання сили струму та напруги на другому резисторі. Проведіть вимірювання та обчислення опо-

6.    Перевірте виконання законів паралельного з’єднання провідників:

7.    Поясніть можливу невелику розбіжність результатів.

8.    Зробіть висновок.

Запитання

1.    Яка залежність між силою струму і опором у разі паралельного з’єднання?

2.    Яка ціна поділок та максимальне значення приладів в даній роботі?

3.    Що таке реостат? Для чого його використовують?

4.    Яка відмінність між приладами: резистор, реостат, потенціометр?

Додаткове завдання

Резистори, опори яких 2 кОм і 3 кОм, з’єднано паралельно і під’єднано до джерел постійної напруги 15 В. Визнач силу струму в кожному з резисторів та опір кола.

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Сердюченко