Учебное особие по физике

Последовательное и параллельное соединения проводников

Последовательным называется такое соединение резисторов, когда конец одного проводника соединяется с началом другого и т.д. (рис. 1). При последовательном соединении сила тока на любом участке электрической цепи одинакова. Это объясняется тем, что заряды не могут накапливаться в узлах цепи. Их накопление привело бы к изменению напряженности электрического поля, а следовательно, и к изменению силы тока. Поэтому

Рис. 1

Амперметр А измеряет силу тока в цепи и обладает малым внутренним сопротивлением (R_A 0).

Включенные вольтметры V₁ и V₂ измеряют напряжение U₁ и U₂ на сопротивлениях R₁ и R₂. Вольтметр V измеряет подведенное к клеммам М и N напряжение U. Вольтметры показывают, что при последовательном соединении напряжение U равно сумме напряжений на отдельных участках цепи:

Применяя закон Ома для каждого участка цепи, получим:

где R — общее сопротивление последовательно соединенной цепи. Подставляя U, U₁, U₂ в формулу (1), имеем

Сопротивление цепи, состоящей из n последовательно соединенных резисторов, равно сумме сопротивлений этих резисторов:

Если сопротивления отдельных резисторов равны между собой, т.е. R₁ = R₂ = ... = R_n, то общее сопротивление этих резисторов при последовательном соединении в n раз больше сопротивления одного резистора: R = nR₁.

При последовательном соединении резисторов справедливо соотношение

т.е. напряжения на резисторах прямо пропорциональны сопротивлениям.

Параллельным называется такое соединение резисторов, когда одни концы всех резисторов соединены в один узел, другие концы — в другой узел (рис. 2). Узлом называется точка разветвленной цепи, в которой сходятся более двух проводников. При параллельном соединении резисторов к точкам М и N подключен вольтметр. Он показывает, что напряжения на отдельных участках цепи с сопротивлениями R₁ и R₂ равны. Это объясняется тем, что работа сил стационарного электрического поля не зависит от формы траектории:

Рис. 2

Амперметр показывает, что сила тока I в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов I₁ и I₂ в параллельно соединенных проводниках R₁ и R₂:

Это вытекает и из закона сохранения электрического заряда. Применим закон Ома для отдельных участков цепи и всей цепи с общим сопротивлением R:

Подставляя I, I₁ и I₂ в формулу (2), получим:

Величина, обратная сопротивлению цепи, состоящей из n параллельно соединенных резисторов, равна сумме величин, обратных сопротивлениям этих резисторов:

Если сопротивления всех n параллельно соединенных резисторов одинаковы и равны R₁ то

Откуда

Сопротивление цепи, состоящей из n одинаковых параллельно соединенных резисторов, в n раз меньше сопротивления каждого из них.

При параллельном соединении резисторов справедливо соотношение

т.е. силы токов в ветвях параллельно соединенной цепи обратно пропорциональны сопротивлениям ветвей.