Соединение последовательное ламп: подробная инструкция схемы с выключателем

Содержание

Параллельное и последовательное соединение — законы и примеры

Покажем, как применять знание физики в жизни

Начать учиться

Почему в елочной гирлянде могут не гореть лампочки одного цвета? Почему все электроприборы в доме рассчитаны на 220 В? Спойлер: все дело в видах соединения проводников — о них мы и поговорим в этой статье.

Как после перегорания одной лампочки в гирлянде можно определить способ соединения и починить ее? Попробуем разобраться.

Анфиса обнаружила на балконе старую гирлянду. Включив ее в розетку, девочка заметила, что горят все лампочки, кроме зеленых. Внимательно изучив провода, Анфиса увидела, что все зеленые лампочки соединены последовательно друг за другом.

Последовательное соединение проводников

При последовательном соединении конец первого проводника соединяют с началом второго, конец второго — с началом третьего и т. д.

Последовательное подключение обычно используется в тех случаях, когда необходимо целенаправленно включать или выключать определенный электроприбор. Например, для работы школьного электрического звонка требуется соединить его последовательно с источником тока и ключом.

Вот некоторые примеры использования схемы последовательного соединения:

освещение в вагонах поезда или трамвая;
простейшие елочные гирлянды;
карманный фонарик;
амперметр для измерения силы тока в цепи.

Законы последовательного соединения проводников

При последовательном соединении сила тока в любых частях цепи одна и та же:
I = I₁ = I₂ = … = I_n.
Если в цепи с последовательным способом соединения одна из ламп выйдет из строя и через нее не будет протекать электрический ток, то и через оставшиеся лампы ток проходить не будет. Вспомним Анфису и ее гирлянду: когда одна из зеленых лампочек перегорела, то ток, проходящий через нее, стал равен нулю. Следовательно, и другие зеленые лампочки, включенные последовательно, не загорелись. Чтобы починить гирлянду, нужно определить перегоревшую лампочку и заменить ее.
При последовательном соединении общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников:
R_экв = R₁ + R₂ + … + R_n.
При последовательном соединении общее напряжение цепи равно сумме напряжений на отдельных участках:
U_экв = U₁ + U₂ + … + U_n.

Пример решения задачи

В цепь с напряжением 220 В включена лампа, через нее протекает ток силой 20 А. Когда к лампе последовательно подключили реостат, сила тока в цепи уменьшилась до 11 А. Чему равно сопротивление реостата?

Решение.

По закону Ома определим сопротивление лампы:
R₁ = U / I₁ = 220 / 20 = 11 Ом.
Также по закону Ома определим общее сопротивление цепи при включенном реостате:
R = U / I₂ = 220 / 11 = 22 Ом.
При последовательном соединении сопротивления лампы и реостата складываются:
R = R₁ + R₂.
Зная общее сопротивление цепи и сопротивление лампы, определим искомое сопротивление реостата:
R₂ = R − R₁ = 22 − 11 = 11 Ом.

Ответ: сопротивление реостата равно 11 Ом.

К сожалению, последовательное соединение не всегда оказывается удобным. Например, в торговом центре «Ашан» работает с 9:00 до 23:00, кинотеатр — с 10:00 до 02:30, а магазины — с 10:00 до 22:00. При последовательном соединении цепи свет должен будет гореть во всем ТЦ с 9:00 до 02:30. Согласитесь, что такой режим работы экономически невыгоден даже при минимальном тарифе на электроэнергию. В этом случае удачным решением будет использование параллельного соединения.

Практикующий детский психолог Екатерина Мурашова

Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков

Параллельное соединение проводников

При параллельном соединении начала всех проводников соединяются в одной общей точке электрической цепи, а их концы — в другой.

Параллельное соединение используют в тех случаях, когда необходимо подключать электроприборы независимо друг от друга. Например, если отключить чайник, то холодильник будет продолжать работать. А когда в люстре перегорает одна лампочка, остальные все так же освещают комнату.

Приведем еще несколько примеров применения параллельного способа соединения:

освещение в больших торговых залах;
бытовые электроприборы в квартире;
компьютеры в кабинете информатики;
вольтметр для измерения напряжения на участке цепи.

Параллельное соединение проводников: формулы

Напряжение при параллельном соединении в любых частях цепи одинаково:
U = U₁ = U₂ = … = U_n.
Как вы помните, все бытовые электроприборы рассчитаны на одинаковое номинальное напряжение 220 В. Да и согласитесь, куда проще делать все розетки одинаковыми, а не рассчитывать напряжение для каждого прибора при их последовательном соединении.
Сила тока при параллельном соединении (в неразветвленной части цепи) равна сумме сил тока в отдельных параллельно соединенных проводниках:
I_экв = I₁ + I₂ + … + I_n.
Электрический ток растекается по ветвям обратно пропорционально их сопротивлениям. Если сопротивления в ветвях равны, то и ток при параллельном соединении делится между ними поровну.
Общее сопротивление цепи определяется по формуле:
1 / R_экв = 1 / R₁ + 1 / R₂ + … + 1 / R_n.
Для двух параллельно соединенных проводников формулу можно записать иначе:
R_экв = (R₁ · R₂) / (R₁ + R₂).

Если n одинаковых проводников, каждый из которых имеет сопротивление R₁, соединены параллельно, то общее сопротивление участка цепи можно найти, разделив сопротивление одного из проводников на их количество:

R_экв = R₁ / n.

Вернемся к Анфисе и ее гирлянде. Мы уже разобрались, почему перестали гореть все зеленые лампочки. Пришло время узнать, почему продолжили гореть все остальные. В современных гирляндах используют параллельное и последовательное соединение одновременно. Например, лампочки одного цвета соединяют последовательно, а с другими цветами — параллельно. Таким образом, отключение ветви с зелеными лампочками не повлияло на работу остальной части цепи.

Пример решения задачи

Два резистора с сопротивлениями 10 Ом и 11 Ом соответственно соединены параллельно и подключены к напряжению 220 В. Чему равна сила тока в неразветвленной части цепи?

Решение.

Определим общее сопротивление при параллельном соединении проводников:
R = (R₁ · R₂) / (R1 + R2) = (10 · 11) / (10 + 11) = 110 / 21 Ом ≈ 5,24 Ом.
По закону Ома определим силу тока в цепи:
I = U / R = 220 / (110 / 21) = 42 А.

Ответ: сила тока в неразветвленной части цепи равна 42 А.

Смешанное соединение проводников

Зачастую реальные электрические схемы оказываются сложнее, поэтому используют различные комбинации последовательного и параллельного способов соединения. Такой способ соединения называется смешанным. Смешанное соединение проводников предполагает использование последовательного и параллельного способов соединения в одной цепи.

Алгоритм решения задач со смешанным соединением проводников:

Прочитать условие задачи, начертить схему электрической цепи, при необходимости пронумеровать проводники.
Проанализировать схему, т. е. найти участки, где используется только последовательное или только параллельное соединение проводников. Определить сопротивление на этих участках.
Выяснить вид соединения участков между собой. Найти общее сопротивление всей цепи.
С помощью закона Ома и законов последовательного и параллельного соединения проводников найти распределения токов и напряжений в цепи.

Пример решения задачи

На рисунке показана схема электрической цепи. Сопротивления резисторов одинаковы и равны 12 Ом. Напряжение источника — 100 В. Какова сила тока, протекающего через резистор R₄?

Решение.

Проанализируем данную схему. Резисторы R₂ и R₃ соединены между собой последовательно, а с резистором R₄ — параллельно. Весь этот участок соединен последовательно с источником тока и резистором R₁.
Определим сопротивление последовательно соединенных резисторов R₂ и R₃:
R₂₃ = R₂ + R₃ = 12 + 12 = 24 Ом.
Найдем общее сопротивление резистора R₄ и участка 2–3, соединенных параллельно:
R₂₃₄ = (R₂₃ · R₄) / (R₂₃ + R₄) = (24 · 12) / (24 + 12) = 8 Ом.
Определим общее сопротивление всей цепи как сумму включенных последовательно резистора R₁ и участка 2–3–4:
R_экв = R₁ + R₂₃₄ = 12 + 8 = 20 Ом.
По закону Ома найдем силу тока в неразветвленной части цепи:
I = U / R_экв = 200 / 20 = 5 А.
По закону Ома определим напряжение на участке, состоящем из резисторов R₂, R₃, R₄:
U_экв1 = I · R₂₃₄ = 5 · 8 = 40 В.
Поскольку при параллельном соединении напряжение одинаково, то напряжение на резисторе R₄ также равно 40 В. По закону Ома найдем силу тока, протекающего через резистор R₄:
I₄ = U_экв1 / R₄ = 40 / 12 ≈ 3,3 А.

Ответ: через резистор R₄ протекает ток силой приблизительно 3,3 А.

Мы разобрали довольно много формул последовательного и параллельного подключения проводников. А запомнить их можно с помощью вот таких схем:

Скачать шпаргалку

Онлайн-курсы физики в Skysmart не менее увлекательны, чем наши статьи. На уроках вы научитесь составлять самые разнообразные электрические цепи и решать задачи с ними, а также узнаете об их применении в жизни. Ждем вас!

Софья Ефименко

К предыдущей статье

Влажность воздуха

К следующей статье

Тепловые явления

Получите индивидуальный план обучения физике на бесплатном вводном уроке

На вводном уроке с методистом

Выявим пробелы в знаниях и дадим советы по обучению
Расскажем, как проходят занятия
Подберём курс

Параллельное и последовательное соединение лампочек

При самостоятельно обустройстве системы освещения может быть использовано параллельное и последовательное соединение лампочек.

Оба варианта имеют характерные достоинства и некоторые недостатки, поэтому к выбору типа подсоединения нужно подойти очень внимательно.

Последовательное и параллельное подключение ламп

Подключение любой, даже самой простой лампочки, предполагает подсоединение одного контакта на фазу, а второго – к нулю в условиях стабильного бытового напряжения в 220В.

При самостоятельном выполнении параллельного подключения в обязательном порядке соблюдается правило, при котором одни контакты всех ламп подсоединяются на фазу, а все другие контакты – исключительно к нулю.

В этом случае, через каждый источник света проходит электрический ток, показатели которого зависят от мощности лампы.

Такой способ подключения принято считать наиболее удобным и распространённым, что обусловлено возможностью со временем легко дополнять осветительную систему другими лампами без ущерба для уже установленных источников света.

Последовательное подсоединение предполагает разделение подаваемого напряжения на все источники света, мощность которых примерно равна. При таком способе важно учитывать, что лампа, имеющая слишком низкую мощность по сравнению с другим подключаемым источником света, очень быстро выйдет из строя.

Как показывает практика, выполнение последовательного подсоединения двух или более источников света светодиодного или люминесцентного является нецелесообразным, что обусловлено заложенной конструктивной долговечностью.

Лампочки, соединенные параллельно

Параллельное соединение может быть лучевым и шлейфным:

первый вариант предполагает подсоединение отдельного двухжильного или трёхжильного кабеля на каждый источник света;
второй вариант заключается в подсоединения «фазы» и «нейтрали» от щитка к первому источнику света и далее, кроме последнего осветительного прибора, к которому подключается по два кабеля.

Параллельное соединение лампочек

Лучевая схема является более надежной, но с большим расходом кабеля, и схождением в одной точке значительного количество электрических проводов. Шлейфное подсоединение отличается тем, что при сбое на определенном участке, все расположенные дальше светильники перестают работать.

Основным преимуществом параллельного лучевого соединения осветительных приборов является сохранение работоспособности всех источников освещения при выходе из строя какой-либо одной лампы.

Лампочки, соединенные последовательно

Последовательный вариант соединения ламп в бытовых условиях используется достаточно редко, что обусловлено особенностями эксплуатации осветительных приборов от электрической сети в 220В.

При последовательном типе соединения, подключение каждого последующего резистора к предыдущему осуществляется с образованием неразрывной цепи, но без наличия разветвлений. Общие показатели напряжения, приложенного к электрической цепи, равняется суммарному напряжению на всех элементах, которые входят в эту цепь.

Последовательное соединение лампочек и параллельное – схема

Например, при общем напряжении в 220В, количество последовательно соединяемых низковольтных осветительных приборов, которые рассчитаны на потребление в 10В, может составлять 22 штуки.

Способ последовательного соединения носит бытовое название «гирляндный», поэтому обрыв даже на одном из участков сопротивления способствует выключению или «разрыву» всей электрической цепи.

Одним из наиболее эффективных источников освещения является натриевая лампа высокого давления, заявленный срок эксплуатации которой 15000 часов.
Что такое диммер для ламп накаливания и как правильно выбрать прибор, читайте тут.
Обзор основных типов поломок люстр с пультом д/у читайте на этой странице. Эта статья поможет вам самостоятельно наладить люстру.

Типы ламп и схемы подключения

Подсоединение традиционных ламп накаливания, как правило, не вызывает особых сложностей, но при подключении осветительных приборов галогенного и люминесцентного типа, существует целый ряд существенных отличий, который обязательно должны учитываться.

Например, запитывание галогенных ламп пониженным напряжением позволяет обезопасить эксплуатацию таких осветительных приборов, а лампочки в этом случае, должны подключаться к вторичной обмотке на 12В параллельно, при помощи специальных клеммных колодок.

Лампы накаливания все больше уходят в прошлое. Как выбрать энергосберегающую лампочку – основные виды ламп и критерии выбора.
Знаете ли вы для чего нужен балласт для люминесцентных ламп? Об этом вы можете узнать тут.

Люминесцентные лампы характеризуются так называемым «эффектом мерцания», поэтому должны эксплуатироваться с применением стандартных пускорегулирующих устройств.

В этом случае целесообразно использовать параллельный вариант подключения нескольких источников света к сети с переменным напряжением, что способствует снижению суммарной пульсации исходящего светового потока.

Видео на тему

Что такое последовательные и параллельные цепи?

Светильники могут быть соединены последовательно или параллельно. Лампы, соединенные последовательно, используют одну и ту же цепь, в то время как лампы, соединенные параллельно, имеют свою собственную цепь.

Самая важная информация с первого взгляда:

последовательная схема: все лампы подключены к одной цепи
тандемная последовательная цепь: тип последовательной цепи, в которой два светильника подключены к одному балласту
параллельная цепь: у каждого фонаря своя цепь
двойная параллельная цепь: тип параллельной цепи, в которой два источника света соединены параллельно (один индуктивный и один емкостной)

Вверху: последовательная цепь с двумя резисторами;
Внизу: параллельная цепь с двумя резисторами

Saure — собственная работа, CC0, ссылка

Что такое последовательная цепь?

В последовательной цепи все компоненты подключены к одной и той же одиночной цепи. Это означает, что через все подключенные компоненты протекает один и тот же ток, и они разделяют ток. Вы можете подключить столько компонентов, сколько позволяет блок питания.

Очень распространенным примером последовательной цепи является цепочка огней. Например, если вы подключите цепочку из десяти ламп к розетке 230 В, каждая лампа получит 23 В. Напряжение равномерно распределяется между всеми компонентами. Если один свет перегорит, вся цепочка огней не загорится.

Серийная цепь для газоразрядных ламп

Если газоразрядные лампы имеют одинаковую номинальную цепь, их можно соединять последовательно. Убедитесь, что используется правильный балласт, чтобы не превышалось ограничение по току.

Серийная цепь для ламп накаливания

Номинальная цепь для ламп накаливания также должна быть идентична для их последовательного соединения.

Что такое тандемный контур?

Тандемная цепь — это тип последовательной цепи. Два источника света, например люминесцентные лампы, подключаются к одному балласту. Однако для каждой трубки по-прежнему нужен свой стартер. Стартер должен подходить для использования в тандемной схеме. Подходящие стартеры содержат в названии изделия обозначение «серия» или аббревиатуру SER.

Некоторые из имеющихся у нас пускателей, которые подходят для последовательных/тандемных цепей, включают:

Стартер Osram 4-22W

Osram 4-22W Безопасность

Philips S2 4-22 Вт

Philips S2E 18–22 Вт

Одиночные пускатели не подходят для использования с последовательными/парными цепями, поскольку они не работают с общим напряжением сети.

Тандемная схема для светодиодов

Если вы хотите переключиться с люминесцентных ламп на светодиодные лампы с тандемными цепями, потребуется повторная проводка. Пожалуйста, проконсультируйтесь с экспертом для этого.

Что такое параллельная цепь?

Параллельная цепь соединяет два или более биполярных компонента. Важно соединять только одинаковые полюса друг с другом.

Каждый свет в параллельной цепи имеет свою собственную цепь. Отдельные токи складываются в общий ток. Напряжение для каждой лампы одинаковое. В отличие от последовательной цепи, если одна лампочка выходит из строя в параллельной цепи, другие лампочки продолжают гореть.

Параллельная цепь для газоразрядных ламп

Газоразрядные лампы могут быть подключены параллельно только косвенно. Необходимый балласт можно подключить последовательно. Лампу и балласт вместе можно соединить параллельно.

Что такое схема Duo?

Двойной контур соединяет две ветви люминесцентных ламп. Одна ветвь индуктивная и состоит из обычного балласта и трубки. Другая ветвь является емкостной и также состоит из обычного балласта и трубки, а также дополнительного конденсатора для коррекции коэффициента мощности. Конденсатор включен последовательно с балластом. Используя двойную схему, можно избежать чрезмерных токов.

Определение: что такое конденсатор?

Конденсатор — это электронный компонент, способный накапливать энергию. Таким образом, свет может некоторое время гореть даже после выключения.

Освещение от Any-Lamp

Any-Lamp предлагает широкий ассортимент светодиодного освещения от различных брендов высшего качества. Благодаря энергосберегающему светодиодному освещению вы можете сэкономить до 70 % затрат на электроэнергию .

Информация

Цепи серии

— недостатки, яркость и последовательно-параллельные комбинации

Введение

Если две лампочки соединены последовательно, то вам нужно пройти через обе из них, чтобы перейти от одной клеммы батареи к другой. Другими словами, существует только один проводящий путь.

В этом уроке мы увидим, какие проблемы возникают с последовательными цепями. Мы узнаем о токе, напряжении и сопротивлении, а также рассмотрим особый тип последовательной цепи, называемый делителем потенциала.

Проблема с последовательными цепями

Если две лампочки соединены последовательно, то есть две проблемы

Обе лампочки тусклее, чем они были бы сами по себе
Вы не можете выключить одну лампочку, не выключив обе

Почему лампы, соединенные последовательно, тусклее

Лампы тусклее по двум причинам:

Ток, проходящий через них, меньше, потому что две последовательно соединенные лампочки имеют более высокое сопротивление, чем одна лампочка.
Каждый заряд отдает только часть своей энергии в каждой лампочке, т.е. поперек каждой лампочки меньше

Если лампочки одинаковые, то каждая зарядка будет отдавать половину своей энергии. Помните, что нет «первой» лампочки. Заряды уже есть и текут везде одновременно. Ток одинаков во всей последовательной цепи.

Представьте себе, что велосипедное колесо полностью заторможено. Вы бы не сказали, что какой-то из тормозов был первым.

Яркость зависит от мощности. Мощность зависит как от напряжения, так и от тока. С двумя последовательно соединенными лампочками вы вдвое уменьшаете напряжение и примерно вдвое уменьшаете ток, поэтому мощность, рассеиваемая в каждой лампочке, и, следовательно, яркость составляют примерно четверть того, что было бы, если бы лампочка была подключена одна.

Откуда заряды «знают», что нужно сохранить немного энергии для второй лампочки?

Суть в том, что ток должен быть одинаковым везде в цепи. Вы не знаете, каким на самом деле будет этот ток, если не рассчитаете его, но вы знаете, что он не может быть разным в каждой лампочке.

Чтобы ток был одинаковым, нужно большое напряжение на большом сопротивлении и маленькое напряжение на малом сопротивлении. Эти два напряжения должны суммироваться с напряжением батареи.

Когда вы подключаете цепь, электронам требуется несколько миллионных долей секунды, чтобы перейти в стабильный ток. В течение этой крошечной доли секунды ток может быть разным в разных частях цепи.

Но это приводит к некоторому скоплению, так как большие течения догоняют малые. Когда электроны группируются, они сильнее отталкиваются друг от друга, и это снова приводит к выравниванию тока. Таким образом, ток быстро стабилизируется до стабильного значения с правильным распределением напряжения. Помните, что хотя этот процесс установления очень быстр, скорость дрейфа электронов очень мала.

Если вы посмотрите на этот процесс более подробно, то увидите, что распределение электронов на самом деле происходит на поверхности проводов.

Лампы с высоким сопротивлением ярче при последовательном включении

Если две последовательно соединенные лампы не идентичны, то одна из них будет ярче другой. Яркость зависит как от тока, так и от напряжения.

Помните, что ток через оба должен быть одинаковым, потому что ток везде одинаков в последовательной цепи. Это означает, что напряжение на лампах должно быть разным, чтобы их яркость была разной.

Самая яркая лампочка будет иметь самый большой p.d. через него. Если лампочке нужен большой p.d. для данного тока он должен иметь большое сопротивление. Таким образом, последовательно соединенные лампы с высоким сопротивлением ярче, потому что у них больше p.d. через них.

В параллельных цепях лампы с низким сопротивлением светят ярче, потому что через них проходит больший ток при одинаковом p.d.

Переменные резисторы, включенные последовательно, изменяют как напряжение, так и ток

Вы можете использовать переменный резистор, например реостат, для изменения яркости лампы, подключив его последовательно. Когда резистор имеет высокое сопротивление, лампочка тусклая. При низком сопротивлении лампочка горит ярко.

По мере увеличения сопротивления переменного резистора общее сопротивление цепи увеличивается, и ток уменьшается. Но есть и другой эффект: на переменный резистор приходится все большая и большая доля напряжения батареи, поэтому на лампочку приходится все меньшая и меньшая доля.

Таким образом, лампочка тускнеет по двум причинам. Ток через него уменьшается И p.d. поперек он также снижается.

Вы обнаружите, что плавно регулировать яркость лампы с помощью последовательного переменного резистора очень сложно. Единственный способ сделать это — подключить цепь как делитель потенциала.

Резистор p.d. плюс лампочка п.д. равно напряжению батареи

Когда напряжение на резисторе велико, напряжение на лампочке мало. Эти два напряжения всегда складываются с напряжением батареи (если не учитывать внутреннее сопротивление).

Это всего лишь пример закона напряжения. Вы должны быть осторожны при применении закона напряжения, когда смотрите на схемы, которые объединяют последовательные и параллельные части.

Определение эффективного сопротивления последовательных цепей

Определить эффективное сопротивление последовательно соединенных резисторов очень просто: просто сложите отдельные сопротивления. Вы можете довольно легко показать, почему это так.

Последовательное добавление резисторов всегда увеличивает эффективное сопротивление. Очень большое сопротивление последовательно с очень маленьким сопротивлением фактически равносильно большому сопротивлению.

Расчет напряжения и тока для последовательно соединенных резисторов

Есть несколько способов решить эту задачу. Довольно надежный способ —

Рассчитать общее сопротивление, R _{эффективное}
Используйте V = IR _{эффективный} для всей цепи для расчета тока, который везде одинаков
Используйте V = IR для каждого резистора, чтобы рассчитать напряжение на каждом резисторе

В качестве проверки убедитесь, что сумма напряжений на каждом резисторе равна напряжению батареи.