Laidininkų jungimo būdai. Nuoseklusis laidininkų jungimas

Naujos sąvokos:

nuoseklusis laidininkų jungimas

Laidininkų jungimo būdai

Gyvename sudėtingų elektros grandinių pasaulyje. Jų gausu gyvenamuosiuose būstuose, išmaniuosiuose įrenginiuose, buitiniuose elektriniuose prietaisuose. Elektros grandines sudaro įvairūs elektros energijos imtuvai. Žinomi du pagrindiniai elektros energijos imtuvų (laidininkų) jungimo būdai: nuoseklusis ir lygiagretusis. Nuosekliojo ir lygiagrečiojo laidininkų jungimo derinys vadinamas mišriuoju laidininkų jungimu. Norint suprasti, kaip sudėtingos elektros grandinės veikia, reikia išsiaiškinti nuosekliojo ir lygiagrečiojo laidininkų jungimo dėsningumus.

Daugiau

Nuoseklusis laidininkų jungimas

Jeigu esate ant smilgos vėrę žemuoges (3.1.1 pav., a), žinote, kad jos veriamos paeiliui. Šis vėrimo būdas panašus į nuoseklųjį laidininkų jungimą. Nuosekliuoju laidininkų jungimu vadiname tokį jungimo būdą, kai laidininkai į grandinę jungiami vienas paskui kitą. Šiuo atveju vieno laidininko, pavyzdžiui, elektros lemputės, galas jungiamas su kito laidininko pradžia (3.1.1 pav., b).

3.1.1 pav., a

3.1.1 pav., b

Tarkime, kad iš pradžių nuosekliai sujungiamos dvi vienodos lemputės (3.1.2 pav., a), o paskui keturios vienodos lemputės (3.1.2 pav., b). Pirmoje elektros grandinėje (3.1.2 pav., a) lemputės šviečia vienodai. Antroje grandinėje lemputės taip pat šviečia vienodai, bet jų šviesos stipris mažesnis (3.1.2 pav., b). Išsukus vieną lemputę užgęsta ir visos kitos (3.1.2 pav., c).

Nuoseklusis laidininkų jungimas turi ir pranašumų, ir trūkumų (žr. 3.1 lentelę).

3.1 lentelė. Nuosekliojo laidininkų jungimo pranašumai ir trūkumai

Pranašumai	Trūkumai
Reikia mažiau elektros laidų.	Sugedus vienam laidininkui nustoja veikti visa elektros grandinė.
Vienu jungikliu galima įjungti visus elektros imtuvus. Pavyzdžiui, patogu vienu jungikliu įjungti visą Kalėdų eglės girliandą, kurią sudaro daug elektros lempučių.	Kartais nepatogu vienu jungikliu įjungti visus elektrinius prietaisus. Pavyzdžiui, jei namuose elektriniai prietaisai būtų sujungti nuosekliai, įjungus lempos jungiklį pradėtų veikti televizorius, skalbyklė ir kiti buitiniai elektriniai prietaisai.
Mažesnė elektrinių prietaisų perdegimo tikimybė.	Įjungus daugiau elektrinių prietaisų į grandinę, joje mažėja elektros srovės stipris.

Daugiau

Nuosekliojo laidininkų jungimo taisyklės

1 taisyklė. Nuosekliai sujungta elektros grandinė neturi atšakų. Dėl to elektros srovė turi tik vieną kelią elektros grandinėje (3.1.3 pav., a).

3.1.3 pav., a

Vadinasi, nuosekliai sujungtomis grandinės dalimis teka vienodo stiprio elektros srovė:

I=I_1=I_2. (3.1)

2 taisyklė. Nuosekliai sujungtų laidininkų visõs grandinės įtampa lygi atskirų grandinės dalių įtampų sumai:

U=U_1+U_2.\ (3.2)

Tuo galima įsitikinti prijungus voltmetrus skirtingose grandinės dalyse (3.1.3 pav., b).

3.1.3 pav., b

Iš (3.2) formulės ir Omo dėsnio grandinės daliai išplaukia, kad

IR=IR_1+IR_2. (3.3)

Abi (3.3) lygybės puses padaliję iš srovės stiprio I gauname lygtį:

R=R_1+R_2.\ (3.4)

3 taisyklė. Nuosekliai sujungtų laidininkų pilnutinė varža lygi atskirų grandinės laidininkų varžų sumai (3.4). Pilnutinė grandinės varža (R) dar vadinama ekvivalentine varža.

Jei nuosekliai jungiamos vienodo didumo varžos, tuomet pilnutinė grandinės varža randama vienos varžos vertę \left(R_0\right) padauginus iš varžų skaičiaus (n).

R=nR_0.\ (3.5)

Šiuo atveju bendra grandinės įtampa (U) dalijama į n vienodų dalių. Kiekvieno grandinės elemento įtampa \left(U_0\right) yra n kartų mažesnė už bendrą grandinės įtampą \left(U_0=U/n\right). Pavyzdžiui, prie 220 V įtampos šaltinio nuosekliai prijungus 10 vienodų lempučių įtampa kiekvienos lemputės gnybtuose bus 22 V.

Daugiau

Nuoseklusis laidininkų jungimas? Tai paprasta!

Suprasti nuosekliojo laidininkų jungimo dėsningumus padeda hidraulinis (skysčių tekėjimo vamzdžiais) modelis (3.1.4 pav., a). Jį sudaro nuosekliai sujungti prietaisai: vandens siurblys (1), sukeliantis slėgį sistemoje, trys atbuliniai vožtuvai (2), slėgio matavimo prietaisai – manometrai (3) ir vandens rezervuaras (4). Vamzdžių pasipriešinimas vandens tekėjimui neturi reikšmės. Jį sukelia tik atbuliniai vožtuvai.

3.1.4 pav., a

Atbuliniuose vožtuvuose (2) vandens srautas gali tekėti tik viena kryptimi ir negali tekėti priešinga kryptimi. Atbulinių vožtuvų atidarymo slėgis skiriasi (3.1.4 pav., a).

Tarkime, kad pirmas manometras rodo 600 kPa slėgį, antras – 300 kPa slėgį. Taip yra todėl, kad pirmas atbulinis vožtuvas sumažina vandens slėgį 300 kPa. Antras atbulinis vožtuvas slėgį sumažina 200 kPa, o trečias – 100 kPa. Visi trys atbuliniai vožtuvai sumažina slėgį 600 kPa. Todėl ketvirtas manometras rodo 0 kPa slėgį.

Pagal šį modelį galima paaiškinti elektrinės įtampos pasiskirstymą nuosekliai sujungtoje elektros grandinėje (3.1.4 pav., b). Prie 60 V įtampos šaltinio nuosekliai prijungti trys skirtingi varžai: R₁ = 5 Ω, R₂ = 4 Ω, R₃ = 3 Ω. Varžai atitinka atbulinius vožtuvus pagal modelį (3.1.4 pav., a). Pilnutinė grandinės varža lygi R = 12 Ω. Iš Omo dėsnio grandinės daliai išplaukia, kad elektros srovės stipris grandinėje lygus I = 5 A. Žinodami elektros srovės stiprį apskaičiuojame elektrinę įtampą kiekvieno varžo gnybtuose:

U₁ = 5 A ⋅ 5 Ω = 25 V;

U₂ = 5 A ⋅ 4 Ω = 20 V;

U₃ = 5 A ⋅ 3 Ω = 15 V.

3.1.4 pav., b

Elektrinė įtampa pirmo varžo gnybtuose lygi potencialų skirtumui U_1=\mathrm{\varphi}_1-\mathrm{\varphi}_2. Pirmo taško potencialas lygus 60 V. Žinodami įtampą pirmo varžo gnybtuose apskaičiuojame antro taško potencialą:

\mathrm{\varphi}_2=\mathrm{\varphi}_1-U_1;

\mathrm{\varphi_2}=60\ \mathrm{V}-25\ \mathrm{V}=35\ \mathrm{V.}

Tuo pačiu būdu randame kitų grandinės taškų (1, 2, 3, 4) potencialų vertes (3.1.4 pav., b). Taškų (1, 2, 3, 4) potencialai atitinka slėgį (manometrų rodmenis) hidrauliniame modelyje.

Daugiau

Klausimai ir užduotys

Kokį laidininkų jungimo būdą vadiname nuosekliuoju?
Koks fizikinis dydis vienodas visuose nuosekliai sujungtos grandinės taškuose?
Kaip apskaičiuotumėte nuosekliai sujungtų laidininkų pilnutinę varžą?
Kaip apskaičiuotumėte nuosekliai sujungtų laidininkų visos grandinės įtampą, žinodami atskirų jos dalių įtampas?
Kalėdų eglės girliandą sudaro 100 lempučių. Kiekvienos lemputės varža 10 Ω. Kokio stiprio elektros srovė teka girlianda, jeigu ji numatyta 220 V įtampai? Kam lygi įtampa kiekvienos lemputės gnybtuose? (0,22 A; 2,2 V)
Du laidininkai, kurių varžos R_1=2\ \mathrm{\Omega} ir R_2=3\ \mathrm{\Omega}, sujungti nuosekliai. Grandine teka 1 A stiprio elektros srovė. Remdamiesi šiais duomenimis apskaičiuokite:
1. pilnutinę elektros grandinės varžą; (5 Ω)
2. įtampą kiekvieno laidininko gnybtuose; (2 V; 3 V)
3. bendrą grandinės dalies įtampą. (5 V)
Dvi vienodos lemputės, numatytos 220 V įtampai, nuosekliai įjungtos į elektros grandinę. Kam lygi kiekvienos lemputės įtampa?

Pagal 3.1.5 paveiksle pavaizduotą schemą sujungta elektros grandinė. Voltmetras V₁ rodo 18 V įtampą. Kokią įtampą rodo voltmetrai V₂ ir V₃? Kokį srovės stiprį rodo ampermetras? (6 V; 24 V; 3 A)

3.1.5 pav.

Voltmetras (V) rodo 18 V įtampą (3.1.6 pav.). Ką rodo kiti prietaisai? (2,25 A; 13,5 V; 4,5 V)

3.1.6 pav.

Elektros grandinę sudaro trys nuosekliai sujungti reostatai (3.1.7 pav.). Pirmo reostato varža 4 Ω, antro – 8 Ω. Ampermetras rodo 1,5 A, voltmetras – 6 V. Apskaičiuokite pilnutinę grandinės varžą. (16 Ω)