Na física, estuda-se o tópico de conexão paralela e em série, e pode ser não apenas condutores, mas também capacitores. É importante aqui não ficar confuso sobre como cada um deles aparece no diagrama. E só então aplicar fórmulas específicas. A propósito, você precisa lembrá-los de cor.
Como distinguir entre esses dois compostos?
Olhe atentamente para o diagrama. Se os fios forem representados como uma estrada, os carros nele desempenharão o papel de resistores. Em uma estrada reta sem bifurcações, os carros andam um após o outro, em cadeia. A conexão em série de condutores também parece a mesma. A estrada neste caso pode ter um número ilimitado de curvas, mas não um único cruzamento. Não importa como a estrada (fios) balançasse, as máquinas (resistores) sempre estarão localizadas uma após a outra, em uma cadeia.
É uma questão bem diferente se uma conexão paralela for considerada. Em seguida, os resistores podem ser comparados com os atletas no início. Eles estãocada um está em sua própria pista, mas eles têm a mesma direção de movimento, e a linha de chegada está no mesmo lugar. Da mesma forma, resistores - cada um deles tem seu próprio fio, mas todos estão conectados em algum ponto.
Fórmulas para força atual
É sempre discutido no tópico "Eletricidade". Conexões paralelas e em série afetam a quantidade de corrente nos resistores de diferentes maneiras. Para eles, são derivadas fórmulas que podem ser lembradas. Mas basta lembrar o significado que lhes é investido.
Então, a corrente na conexão em série dos condutores é sempre a mesma. Ou seja, em cada um deles o valor da força atual não é diferente. Você pode fazer uma analogia se comparar um fio com um cano. Nele, a água flui sempre da mesma maneira. E todos os obstáculos em seu caminho serão varridos com a mesma força. O mesmo com a corrente. Portanto, a fórmula para a corrente total em um circuito com uma conexão em série de resistores é assim:
I gen=I 1=I 2
Aqui, a letra I denota a força da corrente. Esta é uma notação comum, então você precisa se lembrar dela.
A corrente na conexão paralela não será mais um valor constante. Com a mesma analogia com um cano, verifica-se que a água será dividida em duas correntes se o cano principal tiver um ramal. O mesmo fenômeno é observado com a corrente quando uma ramificação de fios aparece em seu caminho. A fórmula para a força total da corrente quando os condutores estão conectados em paralelo:
I gen=I 1 + I 2
Se a ramificação for composta de fios quemais de dois, então na fórmula acima haverá mais termos com o mesmo número.
Fórmulas para estresse
Quando se considera um circuito em que os condutores estão ligados em série, a tensão em toda a seção é determinada pela soma desses valoresem cada resistor específico. Você pode comparar esta situação com placas. Será fácil para uma pessoa segurar um deles, ele também poderá pegar o segundo próximo, mas com dificuldade. Uma pessoa não poderá mais segurar três pratos um ao lado do outro, será necessária a ajuda de um segundo. etc. Os esforços das pessoas se somam.
A fórmula para a tensão total de uma seção de um circuito com uma conexão em série de condutores é assim:
U gen=U 1 + U 2, onde U é a designação adotada para tensão elétrica.
Outra situação surge se for considerada uma conexão paralela de resistores. Quando as placas são empilhadas umas sobre as outras, elas ainda podem ser seguradas por uma pessoa. Então você não precisa adicionar nada. A mesma analogia é observada quando os condutores são conectados em paralelo. A tensão em cada um deles é a mesma e igual àquela que está em todos eles ao mesmo tempo. A fórmula para a tensão total é:
U gen=U 1=U 2
Fórmulas para resistência elétrica
Você não pode mais memorizá-los, mas conheça a fórmula da lei de Ohm e deduza a desejada. Decorre dessa lei quetensão é igual ao produto da corrente pela resistência. Ou seja, U=IR, onde R é a resistência.
Então a fórmula com a qual você precisará trabalhar depende de como os condutores estão conectados:
- em série, então você precisa de igualdade para tensão - IgenRtotal=I1R1 + I2R2;
- em paralelo, é necessário usar a fórmula para a intensidade da corrente - Utotal / Rtotal=U 1/R1 + U2 / R2 .
Seguido por transformações simples, que se baseiam no fato de que na primeira igualdade todas as correntes têm o mesmo valor e na segunda - as tensões são iguais. Assim, eles podem ser encurtados. Ou seja, obtêm-se as seguintes expressões:
- R gen=R 1 + R 2 (para conexão em série de condutores).
- 1 / R gen=1 / R 1 + 1 / R 2(quando conectado em paralelo).
Quando o número de resistores conectados à rede aumenta, o número de termos nessas expressões muda.
Vale a pena notar que a conexão paralela e em série dos condutores tem um efeito diferente na resistência total. O primeiro deles reduz a resistência da seção do circuito. Além disso, acaba sendo menor que o menor dos resistores usados. Quando conectado em série, tudo é lógico: os valores se somam, então o número total será sempre o maior.
Corrente de trabalho
As três grandezas anteriores formam as leis da conexão paralela e do arranjo em série dos condutores em um circuito. Por isso, é imprescindível conhecê-los. Sobre trabalho e potência, você só precisa se lembrar da fórmula básica. Está escrito da seguinte forma: A \u003d IUt, onde A é o trabalho da corrente, t é o tempo de sua passagem pelo condutor.
Para determinar o trabalho total com uma conexão serial, você precisa substituir a tensão na expressão original. Você obtém a igualdade: A \u003d I(U 1 + U 2)t, abrindo os colchetes nos quais verifica-se que o trabalho em toda a seção é igual a eles em cada consumidor atual específico.
O raciocínio procede de forma semelhante se for considerado um esquema de conexão paralela. Apenas a força atual deve ser substituída. Mas o resultado será o mesmo: A=A 1 + A 2.
Potência atual
Ao derivar uma fórmula para potência (notação "P") de uma seção de circuito, você novamente precisa usar uma fórmula: P \u003d UI. Após esse raciocínio, verifica-se que as conexões paralelas e em série são descrito por tal fórmula para poder: P \u003d P1 + P 2.
Ou seja, não importa como os esquemas sejam elaborados, a potência total será a soma dos envolvidos na obra. Isso explica o fato de ser impossível incluir muitos dispositivos poderosos na rede de apartamentos ao mesmo tempo. Ela simplesmente não aguenta a carga.
Como a conexão dos condutores afeta o reparo da guirlanda de Ano Novo?
Imediatamente após uma das lâmpadas queimar, fica claro como elas foram conectadas. Noconexão serial, nenhum deles acenderá. Isso se deve ao fato de que uma lâmpada que se tornou inutilizável cria uma interrupção no circuito. Portanto, você precisa verificar tudo para determinar qual está queimado, substituí-lo - e a guirlanda começará a funcionar.
Se usar uma conexão paralela, não parará de funcionar se uma das lâmpadas falhar. Afinal, a corrente não será completamente quebrada, mas apenas uma parte paralela. Para reparar tal guirlanda, você não precisa verificar todos os elementos do circuito, mas apenas aqueles que não brilham.
O que acontece com um circuito se forem incluídos capacitores em vez de resistores?
Quando conectados em série, observa-se a seguinte situação: as cargas dos positivos da fonte de energia chegam apenas às placas externas dos capacitores extremos. Aqueles no meio simplesmente passam essa carga ao longo da cadeia. Isso explica o fato de as mesmas cargas aparecerem em todas as placas, mas com sinais diferentes. Portanto, a carga elétrica de cada capacitor conectado em série pode ser escrita da seguinte forma:
q gen =q 1=q 2.
Para determinar a tensão em cada capacitor, você precisará conhecer a fórmula: U=q / C. Nela, C é a capacitância do capacitor.
A tensão total segue a mesma lei dos resistores. Portanto, substituindo a tensão na fórmula de capacitância pela soma, temos que a capacitância total dos dispositivos deve ser calculada pela fórmula:
C=q / (U 1 + U2).
Você pode simplificar esta fórmula invertendo as frações e substituindo a razão entre tensão e carga pela capacitância. Acontece a seguinte igualdade: 1 / С=1 / С 1 + 1 / С 2.
A situação parece um pouco diferente quando os capacitores são conectados em paralelo. Em seguida, a carga total é determinada pela soma de todas as cargas que se acumulam nas placas de todos os dispositivos. E o valor da tensão ainda é determinado de acordo com as leis gerais. Portanto, a fórmula para a capacitância total dos capacitores conectados em paralelo é:
С=(q 1 + q 2) / U.
Ou seja, este valor é considerado como a soma de cada um dos dispositivos utilizados na conexão:
S=S 1 + S 2.
Como determinar a resistência total de uma conexão arbitrária de condutores?
Ou seja, aquela em que seções sucessivas substituem as paralelas e vice-versa. Para eles, todas as leis descritas ainda são válidas. Só você precisa aplicá-los em etapas.
Primeiro, é suposto expandir mentalmente o esquema. Se é difícil imaginar, então você precisa desenhar o que acontece. A explicação ficará mais clara se a considerarmos com um exemplo específico (veja a figura).
É conveniente começar a desenhar a partir dos pontos B e C. Eles devem ser colocados a alguma distância um do outro e das bordas da folha. À esquerda, um fio se aproxima do ponto B, e dois já estão direcionados para a direita. O ponto B, por outro lado, tem dois ramos à esquerda e um fio depois dele.
Agora você precisa preencher o espaço entre essespontos. Três resistores com coeficientes de 2, 3 e 4 devem ser colocados ao longo do fio de cima, e aquele com um índice de 5 vai de baixo para cima. Os três primeiros são ligados em série. Com o quinto resistor eles estão em paralelo.
Os dois resistores restantes (o primeiro e o sexto) são conectados em série com a seção considerada do BV. Portanto, o desenho pode simplesmente ser complementado com dois retângulos em cada lado dos pontos selecionados. Resta aplicar as fórmulas para calcular a resistência:
- primeiro o dado para conexão serial;
- então para paralelo;
- e novamente consecutivamente.
Desta forma, você pode implantar qualquer esquema, mesmo muito complexo.
O problema da conexão serial dos condutores
Condição. Duas lâmpadas e um resistor são conectados em um circuito um atrás do outro. A tensão total é de 110 V e a corrente é de 12 A. Qual é o valor do resistor se cada lâmpada for de 40 V?
Decisão. Como uma conexão em série está sendo considerada, as fórmulas para suas leis são conhecidas. Você só precisa aplicá-los corretamente. Comece descobrindo o valor da tensão no resistor. Para fazer isso, você precisa subtrair duas vezes a tensão de uma lâmpada do total. Acontece 30 V.
Agora que duas grandezas são conhecidas, U e I (a segunda delas é dada na condição, pois a corrente total é igual à corrente em cada consumidor em série), podemos calcular a resistência do resistor usando Lei de Ohm. Acontece que é 2,5 ohms.
Resposta. A resistência do resistor é de 2,5 ohms.
Tarefapara conexão de capacitores, paralelo e série
Condição. Existem três capacitores com capacidades de 20, 25 e 30 microfarads. Determine sua capacitância total quando conectados em série e paralelo.
Decisão. É mais fácil começar com uma conexão paralela. Nesta situação, todos os três valores precisam apenas ser adicionados. Assim, a capacitância total é 75uF.
Os cálculos serão um pouco mais complicados quando esses capacitores estiverem conectados em série. Afinal, primeiro você precisa encontrar a razão da unidade para cada uma dessas capacidades e depois somá-las. Acontece que a unidade dividida pela capacidade total é 37/300. Então o valor desejado é de aproximadamente 8 microfarads.
Resposta. A capacitância total na conexão em série é de 8 uF, em paralelo - 75 uF.
