Лабораторная работа № 8

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ И ПАРАЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ

Цель работы: изучить параллельное и последовательное соединения проводников, проверить соотношение токов и сопротивлений при различном соединении проводников.

Приборы и принадлежности: источник постоянного (переменного) тока,

резисторы с разными сопротивлениями, амперметры, вольтметры, ключ,

соединительные провода.

Теоретические сведения

Все вещества в зависимости от их электрических свойств относятся к проводникам, полупроводникам и диэлектрикам.

Проводники ‒ вещества, которые хорошо проводят электрический ток. В этих веществах имеются свободные носители заряда. Проводниками являются металлы,

электролиты, расплавы, ионизированные газы и т.д.

Диэлектрики ‒ вещества, плохо проводящие электрический ток. Свободных носителей зарядов в диэлектриках почти нет. Диэлектриками являются газы при обычных условиях, фарфор, мрамор и т.д.

Полупроводники ‒ вещества, которые по способности проводить электрический ток занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками.

Полупроводниками являются некоторые химические чистые элементы и др.

Свободные носители заряда ‒ свободные электроны, которые могут под действием внешнего электрического поля перемещаться по всему проводнику. В

отсутствие внешнего поля их движение совершенно хаотично. Если металлический проводник внести во внешнее электростатическое поле, то под действием этого поля электроны проводимости перераспределяются в проводнике таким образом, чтобы в любой точке внутри проводника электрическое поле электронов проводимости и положительных ионов скомпенсировало внешнее поле. При установившемся равновесном распределении зарядов электростатическое поле внутри проводника

обращается в ноль: Е = 0.

1

Для измерения силы тока через какой-либо элемент электрической цепи последовательно с этим элементом включают измеритель тока ‒ амперметр.

Для измерения ЭДС и напряжения на каком-либо участке электрической цепи измеритель напряжения – вольтметр, включают параллельно этому участку.

Приборы для измерения тока и напряжения, амперметры и вольтметры, имеют одинаковые по устройству измерительные механизмы, но отличаются параметрами измерительных схем и различным способом включения в испытуемую цепь.

Амперметр должен иметь малое сопротивление, чтобы не было влияния на ток цепи,

и мощность потерь в приборе была минимальна. Сопротивление вольтметра должно быть большим, чтобы его включение не изменило режима работы цепи, и потери в приборе были минимальны.

Электрическая цепь — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы в которых могут быть описаны с помощью понятий сила тока и напряжение.

Электрические цепи на практике обычно состоят не из одного потребителя, а из нескольких. По способу соединения их можно разделить на два вида:

последовательное и параллельное.

Последовательное соединение – соединение, при котором конец первого проводника соединяют с началом второго, конец второго – с началом третьего и т.д.

В случае последовательного соединения п проводников, сила тока в них будет одинаковой. Используя закон сохранения энергии, согласно которому полное напряжение U равно сумме падений напряжений на каждом сопротивлении,

получаем, что

2

Рисунок 1. ‒ Соединение проводников: а)последовательное, б)параллельное.

Параллельное соединение – соединение, при котором начала всех проводников присоединяются к одной точке цепи, а их концы к другой. При параллельном

соединении n проводников (рис. 1, б) к каждому проводнику приложено полное напряжение, учитывая, что заряд сохраняется. Поэтому общее сопротивление цепи оказывается меньше сопротивления каждого из резисторов в отдельности:

Закон Ома для однородного участка (интегральная форма закона Ома): cила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику, пропорциональна

Единица сопротивления в СИ – ом (Ом). 1 Ом – это сопротивление такого

проводника, в котором течет постоянный ток 1 А при напряжении 1 В на его концах.

Сопротивление проводника зависит от его размеров и формы, а также от материала,

из которого проводник изготовлен.

Величина, обратная сопротивлению называется электрической проводимостью.

Единица электрической проводимости ‒ сименс(См). 1 См ‒ проводимость

участка электрической цепи сопротивлением 1 Ом.

Ход выполнения работы

1.Включите в сеть источник постоянного (переменного) тока.

2.Соберите электрическую цепь согласно схеме 1 (где 1–источник постоянного

(переменного) тока, 2–ключ, 3–4 резистор сопротивления, 5–вольтметр,6–

амперметр).

Схема 1

3.Измерьте силу тока I в цепи и напряжение U1 и U2 на каждом из резисторов и общее напряжение Uобщ участка их последовательного соединения, поочередно подключая вольтметр, в различные участки цепи. Начертите схемы соответствующих электрических цепей. Полученные данные занесите в таблицу 1.

4.Проверьте соотношение силы тока по формуле 1.

5.Вычислите сопротивление каждого резистора R1 и R2, общее сопротивление участка Rобщ1 по закону Ома (формула 8).

6.Вычислите общее сопротивление участка Rобщ2 по формуле 2.

7.Проверьте соотношение по формуле 3.

4

Таблица 1

8.Соберите электрическую цепь согласно схеме 2 (где 1–источник постоянного

(переменного) тока, 2–ключ, 3–4 резистор сопротивления, 5–вольтметр,6–

амперметр).

Схема 2

9.Измерьте напряжение U, силу тока I в цепи и силу тока в каждом из резисторов

I1 и I2, включая амперметр поочередно в различные участки цепи. Начертите схемы соответствующих электрических цепей. Полученные данные занесите в таблицу.

10.Проверьте соотношение напряжения по формуле 4..

11.Вычислите сопротивление каждого резистора R1 и R2, общее сопротивление участка Rобщ1 по закону Ома (формула 8).

12.Вычислите проводимость каждого резистора и общую проводимость участка

(формула 9).

5

13.Вычислите общее сопротивление участка Rобщ2 по формуле 7.

14.Проверьте соотношение по формуле 6.

Таблица 2

Контрольные вопросы:

1.Почему силы тока при параллельном и последовательном соединении разные?

2.Почему показания вольтметра и амперметра при замкнутом и разомкнутом ключе разные?

3.Как соединены потребители электроэнергии в квартире, лампочки в елочной гирлянде?

6