Педагогические науки/2. Проблемы подготовки специалистов

Гопкало С.В., Коломієць Ю.В.

ДВНЗ «Переяслав-Хмельницький державний педагогічний університет імені Григорія Сковороди»

ЛАБОРАТОРНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАЛЕЛЬНОГО ТА ПОСЛІДОВНОГО З’ЄДНАННЯ ПРОВІДНИКІВ

Виконання лабораторних робіт з курсу «Основи електротехніки і електроніки» сприяє закріпленню теоретичних знань та показує їх практичне значення. Під час виконання лабораторних робіт ми отримуємо досвід проведення експериментів, практичні навички збирання електричних схем, уміння користуватись електричними апаратами та приладами, які використовуються на практиці, виконуємо виміри та розрахунки, аналізуємо результати експериментів, навчаємося робити правильні висновки.

В повній мірі це стосується і лабораторної роботи, присвяченої вивченню паралельного та послідовного підключення провідників.

Якщо нам треба, щоб електроприлад працював, ми повинні підключити його до джерела струму. При цьому струм повинен проходити через прилад і повертатися знову до джерела, тобто ланцюг повинна бути замкнутою.

Але підключення кожного приладу до окремого джерела здійсненно, в основному, в лабораторних умовах. У житті ж доводиться мати справу з обмеженою кількістю джерел і досить великою кількістю споживачів струму. Тому створюють системи з’єднань, що дозволяють навантажити одне джерело великою кількістю споживачів. Системи при цьому можуть бути як завгодно складними і розгалуженими, але в їх основі лежить всього два види з’єднання: послідовне і паралельне з’єднання провідників. Кожен вид має свої особливості, плюси і мінуси. Розглянемо їх обидва.

Послідовне з’єднання провідників

Послідовне з’єднання провідників (рис.1) — це включення в електричний ланцюг декількох приладів послідовно, один за одним. Електроприлади в даному випадку можна порівняти з людьми в хороводі, а їх руки, що тримають один одного — це проводи, що з’єднують прилади. Джерело струму в даному випадку буде одним з учасників хороводу.

Напруга на кінцях всього ланцюга складається з напруг на кожному провіднику:

За законом Ома для ділянки кола:

де R - повний опір ланцюга, I - загальний струм в колі.

З виразів і отримуємо:

Плюсом послідовного з’єднання є простота складання, а мінусом — те, що якщо один елемент вийде з ладу, то струм пропаде у всій ланцюга. У такій ситуації непрацюючий елемент буде подібний ключу у вимкненому положенні. Приклад з життя незручності такого з’єднання напевно пригадають усе старші люди, які прикрашали ялинки гірляндами з лампочок.

Якщо в такій гірлянді виходила з ладу хоча б одна лампочка, доводилося перебирати їх все, поки не знайдеш ту саму, що перегоріла. У сучасних гірляндах ця проблема вирішена. У них використовують спеціальні діодні лампочки, в яких при перегорання сплавляються разом контакти, і струм продовжує безперешкодно проходити далі.

Паралельне з’єднання провідників

При паралельному з’єднанні провідників (рис.2) всі елементи ланцюга підключаються до однієї і тієї ж парі точок, можна назвати їх А і В. До цієї ж парі точок підключають джерело струму. Тобто виходить, що всі елементи підключені до однакової напруги між точками А і В. У той же час струм як би розділяється на всі навантаження залежно від опору кожної з них.

Напруга струму в кожній окремій гілці буде дорівнює загальній напрузі в ланцюзі. Загальний струм ланцюга буде складатися з струмів всіх окремих гілок. А ось загальний опір кола при паралельному з’єднанні буде менше опору струму на кожній з гілок. Через ланцюг тече повний струм I :

За законом Ома для ділянок ланцюга:

З виразів (4) і (5) отримуємо:

звідки:

При паралельному з'єднанні провідників величина, обернена опору ланцюга, дорівнює сумі зворотних величин опорів всіх паралельно з'єднаних провідників.

Величезним плюсом паралельного з’єднання є те, що при виході одного з елементів, ланцюг продовжує функціонувати далі. Всі інші елементи продовжують працювати. Мінусом є те, що всі прилади повинні бути розраховані на одне і те ж напруга. Саме паралельним чином встановлюють розетки мережі 220 В в квартирах. Таке підключення дозволяє включати різні прилади в мережу абсолютно незалежно один від одного, і при виході їх ладу одного з них, це не впливає на роботу інших.