Технология. 9 класс. Авторский коллектив: Е. С. Глозман, Е. Н. Кулакова, Ю. Л. Хотунцев, О. А. Кожина, И. В. Воронин, В. В. Воронина, А. Е. Глозман
§ 36. Неразветвлённые и разветвлённые электрические цепи
Когда перегорает одна из ламп в трёхрожковой люстре, остальные лампы светят по-прежнему. Совсем по-другому ведут себя лампочки в ёлочной гирлянде: одна лампочка перегорела — и вся гирлянда погасла. Почему одна и та же ситуация приводит к таким разным последствиям?
Потребители электрической энергии могут включаться по-разному. Наиболее простым является последовательное или параллельное соединение.
Если все элементы цепи включены последовательно, то такая цепь называется неразветвлённой (рис. 5.24).
Особенность данной цепи состоит в том, что при выходе из строя одного элемента не приводятся в действие и остальные. На рисунке 5.24 в качестве последовательно включённых элементов изображены лампы накаливания. Если вывернуть одну из ламп, то цепь станет разомкнутой, и остальные две лампы погаснут. Примером неразветвлённой цепи является домашняя ёлочная гирлянда.
Полезный совет
Если вам необходимо отремонтировать новогоднюю гирлянду, а при большом количестве ламп бывает трудно сразу обнаружить перегоревшую, то можно воспользоваться следующим способом. Быстрее всего найти перегоревшую лампу можно с помощью индикаторной световой отвёртки (рис. 5.25).
Для этого необходимо, касаясь сенсорного контакта на корпусе отвёртки, провести её концом над проводом, включённым в сеть. Для определения неисправной лампочки также можно воспользоваться омметром. Разделив гирлянду на две части, следует определить сопротивление каждой из них. Участок гирлянды, на котором стрелка прибора не отклоняется, и содержит неисправную лампочку. Неисправный участок снова разделите на две части и определите следующий неисправный участок. И так несколько раз, пока неисправная лампочка не будет найдена.
Сумма напряжений на отдельных участках неразветвлённой цепи равна напряжению источника питания: U1 + U2 + U3 = Uпит.
При последовательном включении элементов сопротивление цепи равно сумме сопротивлений её участков: Rцепи = R1 + R2 + R3.
Сила тока на всех элементах неразветвлённой цепи одна и та же:
I1 = I2 = I3 = I4
Электрическая цепь, имеющая разветвления (параллельные пути протекания токов), называется разветвлённой (рис. 5.26).
В цепи на рисунке 5.26 имеется две точки разветвления 1 и 2, в которых соединяются концы проводов. В точке 1 общий ток Iобщ, который течёт от «+» к «—», делится на части I1, I2 и I3, которые текут через разные лампы. В точке 2 токи складываются, и дальше к источнику электрической энергии течёт общий ток. Примером такой цепи является цепь подключения различных потребителей электрической энергии в квартире, т. е. схема квартирной электропроводки строится как параллельное соединение розеток, электронагревательных и электроосветительных приборов. При этом отключение одного потребителя не влияет на работу остальных.
Токи, протекающие в различных ветвях, могут отличаться друг от друга по величине, но общая сила тока в цепи равна сумме токов во всех ветвях:
Iобщ = I1 + I2 + I3
При параллельном включении элементов цепи связь полного сопротивления цепи с сопротивлением её участков выражается формулой
1/Rцепи= 1/R1 + 1/R2 + 1/R3.
В электрической цепи с параллельным соединением потребителей на каждый элемент цепи приходится одно и то же напряжение:
Uпит = U1 = U2 = U3
Принципиальная электрическая схема подключения к квартирной электропроводке приведена на рисунке 5.27.
Замыкая выключатель SA1, зажигаем лампу HL1. Замыкая выключатель SA2, зажигаем лампы HL2 и HL3, а замыкая оба выключателя, зажигаем все три лампы.
Расчёт простейшей электрической цепи опирается на закон Ома: I = U / R .
Если задано напряжение U = 220 В и сопротивление R = 100 Ом, то легко находим силу тока: I = 220 / 100 = 2,2 A.
Если последовательно включены два потребителя с сопротивлением R = 100 Ом, то сила тока уменьшится: I = U / 2R = 220 / 200 = 1,1 A.
Если два потребителя с сопротивлением R = 100 Ом соединены параллельно, то общее сопротивление Rобш находится по формуле
1 / Rобш = 1 / R1 + 1 / R2 = 2 / R; Rобш = R / 2 = 50 Ом.
Общая сила тока возросла I = U / Rобш = 220 / 50 = 4,4 A.
Полезная информация
При параллельном соединении потребителей электроэнергии их общее сопротивление падает, а общая сила тока растёт. Если сила тока в квартире превысит допустимое значение, сработает автоматический предохранитель или перегорит плавкий предохранитель.
Практическая работа № 25
«Неразветвлённые и разветвлённые электрические цепи»
Цель работы: исследовать распределения токов и напряжений на различных участках цепи, содержащей последовательное или параллельное соединение потребителей.
Оборудование и материалы: универсальный источник питания, лампа накаливания (3 шт.), ключ (3 шт.), предохранитель, набор проводов и перемычек, мультиметр цифровой (2 шт.).
Задание 1. Исследуйте цепь, содержащую последовательное соединение трёх ламп накаливания.
Порядок выполнения работы
1. Зарисуйте в рабочую тетрадь принципиальную электрическую схему, в которой потребителями электрической энергии являются три последовательно соединённые лампы накаливания. Введите в схему предохранитель и ключ (рис. 5. 28).
2. По составленной схеме соберите последовательную электрическую цепь и включите её после проверки.
3. Произведите измерения напряжений и токов на каждой лампе и общее напряжение в цепи. Полученные данные занесите в таблицу 5.4.
Таблица 5.4
| U | U1 | U2 | U3 | I | I1 | I2 | I3 |
4. Сделайте вывод, выполняются ли соотношения для силы тока и напряжения для неразветвлённой цепи.
Задание 2. Исследуйте цепь, содержащую параллельное соединение трёх ламп накаливания.
Порядок выполнения работы
1. Зарисуйте в тетрадь принципиальную электрическую схему параллельного соединения трёх ламп накаливания, дополнив её тремя ключами и предохранителем (рис. 5.29). Запишите недостающие обозначения.
2. Соберите электрическую цепь по схеме. После проверки цепи включите источник питания и убедитесь в том, что в этой схеме каждую лампу можно включать и выключать своим ключом независимо от состояния других ламп.
3. Замкните все ключи и произведите измерения напряжений и токов в цепи. Полученные данные занесите в таблицу 5.5.
Таблица 5.5
| I | I1 | I2 | I3 | U | U1 | U2 | U3 |
4. Сделайте вывод о равенстве напряжений на параллельно включённых элементах цепи. Как соотносится сумма сил токов в ветвях цепи (I1 + I2 + I3) с общей силой тока Iобщ?
Задание 3. Исследуйте цепь трёхламповой люстры.
Порядок выполнения работы
1. Нарисуйте в рабочей тетради принципиальную электрическую схему включения трёхламповой люстры, для питания которой используется источник переменного напряжения. Добавьте в схему прибор для измерения потребляемого люстрой тока, выключатели и предохранитель (рис. 5.30). Эта схема также является примером параллельного соединения потребителей.
2. Соберите электрическую цепь по схеме и проверьте её работоспособность. Произведите поочерёдно измерения силы тока в люстре, напряжения источника питания и напряжений на электролампах при различных положениях ключей SA1 и SA2. Данные занесите в таблицу 5.6.
Таблица 5.6
| Замкнут ключ | I | U | U1 | U2 | U3 |
| - | |||||
| SA2 | |||||
| SA1 | |||||
| SA1 и SA2 |
3. Сделайте вывод о том, как соотносятся между собой напряжения на электролампах.
Основные понятия и термины:
разветвлённая цепь, неразветвлённая цепь.
Вопросы и задания:
1. Какая цепь называется неразветвлённой? Приведите практический пример такой цепи.
2. Какая цепь называется разветвлённой? Приведите практический пример такой цепи.
3. Как найти общее сопротивление неразветвлённой цепи, если известно сопротивление отдельных её элементов?
4. Как найти общее сопротивление разветвлённой цепи, если известно сопротивление отдельных её элементов?
Задание
На рисунке 5.30 показана схема подключения трёхламповой люстры. Проанализируйте схему и ответьте на вопрос, в каких режимах может включаться люстра? Модифицируйте схему таким образом, чтобы при замыкании выключателя SА1 зажигалась одна лампа, а при замыкании выключателя SA2 — две.
