Параллельная электрическая цепь

Если нам необходима работа электроприбора, нужно будет подключить его к источнику тока. Ток при этом должен проходить через прибор, и затем снова возвращаться к источнику, иными словами, цепь должна при этом быть замкнутой.

Однако подключение каждого прибора к отдельно взятому источнику может быть осуществимым только в лабораторных условиях. На практике приходится иметь дело с ограниченным числом источников и достаточно большим количеством потребителей тока.

Это объясняет создание систем соединений, позволяющих нагружать один источник большим числом потребителей. Системы при этом могут быть различной сложности и разных разветвлений, при этом в их основе будут лежать 2 типа соединения: последовательным и параллельным способом.

Способы соединения приемников электрической энергии

При условии одновременного включения нескольких приемников электроэнергии в одинаковую сеть, их можно легко рассматривать в виде элементов единой цепи с присущим каждому сопротивлением.

В определенных случаях подобный подход оказывается вполне приемлем, когда лампы накаливания, например, рассматриваются аналогично резисторам. Приборы в этом случае легко заменяются на их сопротивления и далее производится расчет требуемых параметров цепи.

При таком типе соединений электрическая цепь иметь разветвления не будет. Это могут быть, например, две лампы, такое же количество обмоток или электродвигателей.

Сила тока в цепи будет равной в любой точке, что обусловлено не накоплением в проводниках электрического заряда при постоянном токе и тем, что за определенно взятое время через любое поперечное сечение проводника будет проходить одинаковый заряд. Таким образом, сила тока в обоих проводниках определяется так:

$I_1 = I_2 = I$

Напряжение всей цепи при условии последовательного соединения будет определяться суммой напряжений на каждом элементе, который включен в цепь:

$U = U_1 + U_2$

Применяя закон Ома в отношении всего участка в целом и для определенных участков с сопротивлениями проводников $R_1$ и $R_2$, возможно вывести следующую формулу для полного сопротивления:

$R = R_1+R_2$

Это правило применимо к любому количеству последовательно соединенных проводников. Огромным преимуществом при параллельном соединении является тот факт, что если будет выключен один из элементов, сама цепь продолжит свою работу дальше с функционированием всех остальных элементов. При этом есть и свои минусы. Так, все приборы должны рассчитываться на основании одного и того же напряжения.

Смешанным считается такой вид соединения, когда в цепи есть группы параллельно и последовательно включенных сопротивлений.

Электрические цепи с параллельным соединением элементов

Параллельным считается соединение, при котором каждый включенный в цепь потребитель электрической энергии будет находиться под одним и тем же напряжением. В этом случае они присоединяются к двум узлам цепи $а$ и $b$, и на основе первого закона Кирхгофа можно записать следующую формулу, которая демонстрирует равенство общего тока $I$ всей цепи сумме токов отдельно взятых ветвей:

$I = I_1 + I_2 + I_3$

В случае параллельного включения двух сопротивлений $R_1$ и $R_2$, их заменяют одним эквивалентным сопротивлением:

$R_{экв} = \frac{R_1R_2}{R_1+R_2}$

Тогда эквивалентная проводимость цепи будет равнозначна сумме проводимостей отдельных ветвей:

$g_{экв} = g_1 + g_2 + g_3$

По мере роста количества параллельно включенных потребителей, проводимость цепи $g_{экв}$ растет также, и наоборот, общее сопротивление $R_{экв}$ уменьшается.

Напряжения в электрической цепи с параллельно соединенными сопротивлениями:

$U = IR_{экв}$

Сравнение последовательного и параллельного соединения цепи

При последовательном соединении приемников электроэнергии наблюдаются следующее:

• при изменении сопротивления одного из приемников цепи, на остальных напряжения изменяются;
• в случае обрыва одного из приемников, ток перестает течь во всей цепи и во всех остальных приемниках.

В силу таких особенностей последовательное соединение мы встречаем довольно редко, и оно используется исключительно при условии, что напряжение сети будет выше, чем номинальное напряжение приемников.