До сих пор я рассказывала про простейшие электрические цепи с простой нагрузкой, в которой было максимум два резистора, ну, правда я эти цепи последнее время увешивала измерительными приборами для контроля и демонстрации процессов внутри цепи (амперметрами, вольтметрами). Измерительные приборы делают так, чтобы никак не мешать работе цепи, в которой осуществляют измерения. Если конечно они правильно подключены. Для этого амперметр делают с минимальным сопротивлением, а вольтметр с максимальным
Конечно же у вас есть понимание, что электронные устройства обычно намного сложнее, чем те, которые мы рассмотрели. Значит будем усложнять. И первое, о чём я расскажу, о параллельном включении в нагрузке на примере резисторов. Да, конечно, параллельно можно включать не только резисторы, но и другие компоненты, но каждый из этих компонентов, будет обладать сопротивлением, а, следовательно, резисторы в нашем случае, это как бы имитация более полезной нагрузки. С точки зрения тока, какой бы нагрузка не была, светится она или вращается, или просто нагревается, так вот, ток по величине зависит лишь от сопротивления нагрузки и от приложенного напряжения.
При появлении параллельного пути в нагрузке, через него возникает дополнительный маршрут протекания тока. Вот представьте, я рассказывала про аналогию между заряженными частицами, и толпой людей, которая движется по улице. Если улица широкая, то ничего не мешает движению людей (толпе почти не оказывается сопротивление), и количество прошедших людей-зарядов через эту улицу будет большим – сзади народ подпирает, впереди есть куда двигаться, и ток-поток этих людей почти ничего не сдерживает – он большой по величине. Но вот улица сильно сужается, и здесь толпе пройти уже гораздо сложнее, те кто с краю, даже протискиваются, обтирая стены, нагревая их трением. Узкое место, это как бы эквивалент сопротивления, в частности резистора. Чем уже проход, и чем он длиннее, тем больше он будет оказывать сопротивление току. Причём не только в сужении, но и на подступах к нему. А теперь представьте, параллельно этому проходу, люди найдут возможность протиснуться ещё через один проход, а возможно и ещё один… Каждый такой альтернативный параллельный путь для тока, будет увеличивать ток из-за того, что будет уменьшаться сопротивление.
В реальной электрической схеме, при параллельном подключении резисторов, или каких-либо других элементов, обладающих сопротивлением, так же уменьшается общее сопротивление нагрузки. Представлю симуляцию для пояснения.
Здесь, в используемую ранее цепь, я добавила элементы помеченные красными стрелками: амперметр и резистор на 1200 Om (он помечен как 1,2 kOm). Линиями, имитирующими провода, я подключила эту дополнительную цепь параллельно цепочке из двух резисторов. Общее сопротивление тех последовательно подключенных резисторов мы помним из предыдущего материала, 1000 Om + 200 Om = 1200 Om
Я не случайно выбрала сопротивление нового резистора именно 1200 Om! Так получится, что я параллельно друг другу, подключила два сопротивления 1200 Om (так проще объяснить). То есть параллельно подключены два одинаковых сопротивления. Посмотрите на амперметры на рисунке. Через новый дополнительный резистор течёт такой же ток 1,25 mA, который мы помним ранее, тёк любую точку неразветвляющейся цепи, а сейчас продолжает течь через левую цепочку, но ток текущий из источника питания и в источник, по значению теперь удвоен. 2,5 mA.
Итак, что же произошло? Для тока, вытекающего из источника питания, путь в нагрузке разветвляется на две цепи с одинаковым сопротивлением 1200 Om. Через левую и правую цепочку потекут в нашем случае одинаковые токи.
I = U / R = 1,5 V / (1000 Om + 200 Om) = 1,5 V / 1200 Om = 0,00125 A = 1,25 mA
В месте, где с другой стороны цепи опять соединяются, эти два тока сливаются, и к источнику питания притекает уже опять удвоенный ток 1,25 mA * 2 = 2,5 mA, что и показывает нижний амперметр.
Это похоже на реку, где остров разрывает поток на два разных потока, но после окончания острова, потоки опять соединяются.
Есть формулы для вычисления результирующего сопротивления при подключении двух и более резисторов или любых других сопротивлений. Эти формулы конечно же легко выводятся и проверяются на практике, но я не хочу пугать вас лишней математикой (однако вам никто не запретит это сделать самим):
Если в случае с двумя подключенными параллельно сопротивлениями, R1 = R2, то формула упроститься до R = 1 / R1 или R = R2 / 2
То есть в нашем случае, когда левая и правая параллельно подключенные цепочки, имеют одинаковое сопротивление 1200 Om, общее сопротивление всей нагрузки будет равно
1200 Om / 2 = 600 Om
Верхний и нижний амперметры показывают общий ток через нагрузку цепи, не зная по сути при этом, как именно там в нагрузке ток блудит и разветвляется. Для этих амперметров ток равен
I = U / R = 1,5 V / 600 Om = 0,0025 A = 2,5 mA – результат расчёта совпадает с показаниями верхнего и нижнего амперметров. В формулу я подставила общее сопротивление нашей нагрузки 600 Om.
Прошу обратить внимание, что места разветвления проводов на схеме обозначаются точкой
Зачастую на более сложной схеме можно увидеть, как пересекаются два провода, но на их пересечении точка не наблюдается. Это значит, что провода проходят как бы один над другим, без электрического контакта между ними.
Если понравилось, ставьте лайки, подписывайтесь! Мой email для связи anastasialoposova@yandex.ru