+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Свойства и основные правила последовательного соединения

Свойства и основные правила последовательного соединения.

 Последовательное соединение проводников изначально подразумевает под собой определенную схему (конструкцию)  соединения. А именно то, что конец каждого из соединенных между собой проводников будет последовательно соединяться с каждым последующим (с началом каждого последовательно идущего за ним проводника).Рассмотрим схему, состоящую из двух последовательно включенных  резисторов   и соответственно  , которые в итоге подсоединяются к источнику постоянного напряжения.

Последовательное соединение
Глядя на схематическое изображение не сложно отличить положительную клемму источника от отрицательной клеммы, так как она обозначается длинной чертой. Направление протекания тока в цепи  указано стрелкой, исходя из чего, можно сказать о том, что ток в этой схеме протекает  исключительно по часовой стрелке.

Если с элементарными подключениями и направлением протекания  тока в цепи более или менее что-то ясно, то со свойствами последовательного соединения пока не так просто разобраться.

Для того чтобы облегчить поставленную задачу, нужно сформулировать основные определения свойств последовательного соединения. Пожалуй, более наглядным примером будет следующая иллюстрация:

  1. Сила тока в проводниках будет одинаковой только в том случае,  когда они между собой будут соединены последовательно. Ведь на самом деле через любое (даже самое незначительное) поперечное сечение проводника в течение одной секунды сможет пройти один и тот же заряд. А все потому, что сами по себе заряды, нигде не накапливаются. Соответственно они не способны уйти наружу  из цепи, ровным счетом, как и поступить в цепь извне. 
  2. Напряжение на отдельно взятом участке, который состоит из соединенных последовательно проводников можно приравнять к сумме напряжений, которые были сняты на каждом проводнике в отдельности. А это значит, что действующее напряжение,   снятое на участке ab можно условно охарактеризовать как некую работу поля, которая способствует переносу заряда с единичным коэффициентом из точки b, в указанную точку с.  U = Uab + Ubc.

Можно и более формально, без всяких словесных объяснений: U = Uac = a  c = (a  b) + (b  c) = Uab + Ubc.
3. В процессе суммирования произведенной работы можно получить наиболее оптимальный результат.

При этом работа электрического поля, которая будет произведена исключительно для переноса единичного заряда из указанной точки a, в конечную точку с. Другими словами напряжение на всем участке поля можно будет описать с помощью следующего равенства.

В ходе основного расчета нужно обязательно учесть то, что  сопротивление на участке состоит из последовательно соединенных друг с другом проводников, а значит равно суммарному выражению сопротивления каждого из проводников.
Предположим, что  R – это сопротивление на участке ас, тогда по закону Ома результирующую формулу можно описать следующим образом:

Что, собственно говоря, и требовалось доказать.Все ранее описанное можно интуитивно объяснить, причем объяснение в данном случае будет предельно точным.

Ведь данное правило сложения сопротивлений  описывается следующим примером.

Предположим, что два проводника между собой последовательно соединены, при этом имею абсолютно идентичную площадь поперечного сечения, далее именуемую как S. Кроме этого они изготовлены из одного и того же вещества, а также имеют  одинаковую длину   и  . В таком случае сопротивления проводников можно будет описать с помощью следующих равенств:

В итоге проводники способны будут образовать единый (общий) проводник. Его длину можно будет вычислить как некую сумму  , а сопротивление соответственно с помощью следующей формулы.

Следует обратить внимание на то, что данное равенство являет собой лишь частный пример. В то время как в общем случае сопротивления будут складываться, только при одном условии, а именно при наличии различных по типу веществ, проводников, и соответственно их поперечных сечений. Это суждение не сложно теоретически обосновать, а также доказать его на практике.

Сделать это можно с помощью закона Ома (пример представлен выше). Не менее важно обратить внимание еще на то, что все ранее описанные доказательства  и свойства последовательного соединения изначально были представлены только для двух проводников.

А это значит, что без существенных изменений, при необходимости они могут быть применятся к другим (аналогичным)  случаям, только с большим количеством проводников в первичной схеме.

 

Дата: Среда, 08 Августа 2018

Доказательство свойств параллельного и последовательного соединений электрической цепи

1. Доказательство свойств параллельного и последовательного соединений

ДОКАЗАТЕЛЬСТВО СВОЙСТВ
ПАРАЛЛЕЛЬНОГО И
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО
СОЕДИНЕНИЙ
НАД ДОКАЗАТЕЛЬСТВОМ РАБОТАЛИ:
ВАЙНИК КИРИЛЛ
ЧЕРЕНОК НИКИТА
АЛЕКПЕРОВ ЗАУР

2. Цель:

ЦЕЛЬ:
• ДОКАЗАТЬ СВОЙСТВА ПАРАЛЛЕЛЬНОГО И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ

3. Приборы:

ПРИБОРЫ:
• КЛЮЧ, ИСТОЧНИК, АМПЕРМЕТР, ВОЛЬТМЕТР, ПРОВОДА, ЛАМПОЧКИ

4. Последовательное соединение

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
• UОБЩ=U1+U2
• RОБЩ=R1+R2
• I1=I2=I3

5.

Последовательное соединение ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
• ДОКАЖЕМ, ЧТО UОБЩ=U1+U2
• СОБЕРЕМ ЦЕПЬ, ПРЕДСТАВЛЕННУЮ НИЖЕ
• U2=
V
R1
R2

6. Последовательное соединение

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
• ПОМЕНЯЕМ МЕСТО ПОЛОЖЕНИЕ ВОЛЬТМЕТРА
• U1=
V
R1
R2

7. Последовательное соединение

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
• ИЗМЕРИМ НАПРЯЖЕНИЕ ОБЩЕЕ
• UОБЩ=
V
R1
R2

8. Подсчеты

ПОДСЧЕТЫ
• UОБЩ=U1+U2

9. Последовательное соединение

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
• ДОКАЖЕМ, ЧТО I1=I2=I3
• СОБЕРЕМ ЦЕПЬ, ПРЕДСТАВЛЕННУЮ НИЖЕ
• I1=
R1
А
R2

10. Последовательное соединение

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
• ПОМЕНЯЕМ МЕСТО ПОЛОЖЕНИЕ АМПЕРМЕТРА
• I2=
R1
А
R2

11. Последовательное соединение

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
• I3=
R1
R2
А

12. Подсчеты

ПОДСЧЕТЫ
• I1=I2=I3

13. Парралельное соединение

ПАРРАЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
• IОБЩ=I1+I2
• UОБЩ=U1=U2
• 1/RОБЩ=1/R1+1/R2

14.

Параллельное соединение ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
• ДОКАЖЕМ, ЧТО IОБЩ=I1+I2
• СОБЕРЕМ ЦЕПЬ, ПРЕДСТАВЛЕННУЮ НИЖЕ
• IОБЩ=
А
R2
R1

15. Параллельное соединение

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
• I1=
R1
R2
А

16. Параллельное соединение

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
• I2=
R1
А
R2

17. Подсчеты

ПОДСЧЕТЫ
• IОБЩ=I1+I2

18. Параллельное соединение

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
• ДОКАЖЕМ, ЧТО UОБЩ=U1=U2
• СОБЕРЕМ ЦЕПЬ, ПРЕДСТАВЛЕННУЮ НИЖЕ
• UОБЩ=
V
R1
R2

19. Параллельное соединение

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
• U1=
V
R1
R2

20. Параллельное соединение

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
• U2=
R1
R2
V

21. Подсчеты

ПОДСЧЕТЫ
• UОБЩ=U1=U2

22. Вывод:

ВЫВОД:
• В ХОДЕ ПРОДЕЛАННОЙ РАБОТЫ МЫ ДОКАЗАЛИ СВОЙСТВА
ПАРАЛЛЕЛЬНОГО И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЙ ЦЕПИ

Что не свойственно для последовательного соединения.

Соединение резисторов

При решении задач принято преобразовывать схему, так, чтобы она была как можно проще. Для этого применяют эквивалентные преобразования. Эквивалентными называют такие преобразования части схемы электрической цепи, при которых токи и напряжения в не преобразованной её части остаются неизменными.

Существует четыре основных вида соединения проводников: последовательное, параллельное, смешанное и мостовое.

Последовательное соединение

Последовательное соединение – это такое соединение, при котором сила тока на всем участке цепи одинакова. Ярким примером последовательного соединения является старая елочная гирлянда. Там лампочки подключены последовательно, друг за другом. Теперь представьте, одна лампочка перегорает, цепь нарушена и остальные лампочки гаснут. Выход из строя одного элемента, ведет за собой отключение всех остальных, это является существенным недостатком последовательного соединения.

При последовательном соединении сопротивления элементов суммируются.

Параллельное соединение

Параллельное соединение – это соединение, при котором напряжение на концах участка цепи одинаково. Параллельное соединение наиболее распространено, в основном потому, что все элементы находятся под одним напряжением, сила тока распределена по-разному и при выходе одного из элементов все остальные продолжают свою работу.

При параллельном соединении эквивалентное сопротивление находится как:

В случае двух параллельно соединенных резисторов

В случае трех параллельно подключенных резисторов:

Смешанное соединение

Смешанное соединение – соединение, которое является совокупностью последовательных и параллельных соединений. Для нахождения эквивалентного сопротивления нужно, “свернуть” схему поочередным преобразованием параллельных и последовательных участков цепи.


Сначала найдем эквивалентное сопротивление для параллельного участка цепи, а затем прибавим к нему оставшееся сопротивление R 3 . Следует понимать, что после преобразования эквивалентное сопротивление R 1 R 2 и резистор R 3 , соединены последовательно.

Итак, остается самое интересное и самое сложное соединение проводников.

Мостовая схема

Мостовая схема соединения представлена на рисунке ниже.



Для того чтобы свернуть мостовую схему, один из треугольников моста, заменяют эквивалентной звездой.

И находят сопротивления R 1 , R 2 и R 3 .

Темы кодификатора ЕГЭ : параллельное и последовательное соединение проводников, смешанное соединение проводников.

Есть два основных способа соединения проводников друг с другом — это последовательное и параллельное соединения. Различные комбинации последовательного и параллельного соединений приводят к смешанному соединению проводников.

Мы будем изучать свойства этих соединений, но сначала нам понадобится некоторая вводная информация.

Проводник, обладающий сопротивлением , мы называем резистором и изображаем следующим образом (рис. 1 ):

Рис. 1. Резистор

Напряжение на резисторе — это разность потенциалов стационарного электрического поля между концами резистора. Между какими именно концами? В общем-то, это неважно, но обычно удобно согласовывать разность потенциалов с направлением тока.

Ток в цепи течёт от «плюса» источника к «минусу». В этом направлении потенциал стационарного поля убывает. Напомним ещё раз, почему это так.

Пусть положительный заряд перемещается по цепи из точки в точку , проходя через резистор (рис. 2 ):

Рис. 2.

Стационарное поле совершает при этом положительную работу .

Так как alt=»q > 0″> и alt=»A > 0″> , то и alt=»\varphi_a — \varphi_b > 0″> , т. е. alt=»\varphi_a > \varphi_b»> .

Поэтому напряжение на резисторе мы вычисляем как разность потенциалов в направлении тока: .

Сопротивление подводящих проводов обычно пренебрежимо мало; на электрических схемах оно считается равным нулю. Из закона Ома следует тогда, что потенциал не меняется вдоль провода: ведь если и , то . (рис. 3 ):

Рис. 3.

Таким образом, при рассмотрении электрических цепей мы пользуемся идеализацией, которая сильно упрощает их изучение. А именно, мы считаем, что потенциал стационарного поля изменяется лишь при переходе через отдельные элементы цепи, а вдоль каждого соединительного провода остаётся неизменным . В реальных цепях потенциал монотонно убывает при движении от положительной клеммы источника к отрицательной.

Последовательное соединение

При последовательном соединении проводников конец каждого проводника соединяется с началом следующего за ним проводника.

Рассмотрим два резистора и , соединённых последовательно и подключённых к источнику постоянного напряжения (рис. 4 ). Напомним, что положительная клемма источника обозначается более длинной чертой, так что ток в данной схеме течёт по часовой стрелке.

Рис. 4. Последовательное соединение

Сформулируем основные свойства последовательного соединения и проиллюстрируем их на этом простом примере.

1. При последовательном соединении проводников сила тока в них одинакова.
В самом деле, через любое поперечное сечение любого проводника за одну секунду будет проходить один и тот же заряд. Ведь заряды нигде не накапливаются, из цепи наружу не уходят и не поступают в цепь извне.

2. Напряжение на участке, состоящем из последовательно соединённых проводников, равно сумме напряжений на каждом проводнике .

Действительно, напряжение на участке — это работа поля по переносу единичного заряда из точки в точку ; напряжение на участке — это работа поля по переносу единичного заряда из точки в точку . Складываясь, эти две работы дадут работу поля по переносу единичного заряда из точки в точку , то есть напряжение на всём участке:

Можно и более формально, без всяких словесных объяснений:

3. Сопротивление участка, состоящего из последовательно соединённых проводников, равно сумме сопротивлений каждого проводника.

Пусть — сопротивление участка . По закону Ома имеем:

что и требовалось.

Можно дать интуитивно понятное объяснение правила сложения сопротивлений на одном частном примере. Пусть последовательно соединены два проводника из одинакового вещества и с одинаковой площадью поперечного сечения , но с разными длинами и .

Сопротивления проводников равны:

Эти два проводника образуют единый проводник длиной и сопротивлением

Но это, повторяем, лишь частный пример. Сопротивления будут складываться и в самом общем случае — если различны также вещества проводников и их поперечные сечения.
Доказательство этого даётся с помощью закона Ома, как показано выше.
Наши доказательства свойств последовательного соединения, приведённые для двух проводников, переносятся без существенных изменений на случай произвольного числа проводников.

Параллельное соединение

При параллельном соединении проводников их начала подсоединяются к одной точке цепи, а концы — к другой точке.

Снова рассматриваем два резистора, на сей раз соединённые параллельно (рис. 5 ).

Рис. 5. Параллельное соединение

Резисторы подсоединены к двум точкам: и . Эти точки называются узлами или точками разветвления цепи. Параллельные участки называются также ветвями ; участок от к (по направлению тока) называется неразветвлённой частью цепи.

Теперь сформулируем свойства параллельного соединения и докажем их для изображённого выше случая двух резисторов.

1. Напряжение на каждой ветви одинаково и равно напряжению на неразветвлённой части цепи.
В самом деле, оба напряжения и на резисторах и равны разности потенциалов между точками подключения:

Этот факт служит наиболее отчётливым проявлением потенциальности стационарного электрического поля движущихся зарядов.

2. Сила тока в неразветвлённой части цепи равна сумме сил токов в каждой ветви.
Пусть, например, в точку за время из неразветвлённого участка поступает заряд . За это же время из точки к резистору уходит заряд , а к резистору — заряд .

Ясно, что . В противном случае в точке накапливался бы заряд, меняя потенциал данной точки, что невозможно (ведь ток постоянный, поле движущихся зарядов стационарно, и потенциал каждой точки цепи не меняется со временем). Тогда имеем:

что и требовалось.

3. Величина, обратная сопротивлению участка параллельного соединения, равна сумме величин, обратных сопротивлениям ветвей.
Пусть — сопротивление разветвлённого участка . Напряжение на участке равно ; ток, текущий через этот участок, равен . Поэтому:

Сокращая на , получим:

(1)

что и требовалось.

Как и в случае последовательного соединения, можно дать объяснение данного правила на частном примере, не обращаясь к закону Ома.
Пусть параллельно соединены проводники из одного вещества с одинаковыми длинами , но разными поперечными сечениями и . Тогда это соединение можно рассматривать как проводник той же длины , но с площадью сечения . Имеем:

Приведённые доказательства свойств параллельного соединения без существенных изменений переносятся на случай любого числа проводников.

Из соотношения (1) можно найти :

(2)

К сожалению, в общем случае параллельно соединённых проводников компактного аналога формулы (2) не получается, и приходится довольствоваться соотношением

(3)

Тем не менее, один полезный вывод из формулы (3) сделать можно. Именно, пусть сопротивления всех резисторов одинаковы и равны . Тогда:

Мы видим, что сопротивление участка из параллельно соединённых одинаковых проводников в раз меньше сопротивления одного проводника.

Смешанное соединение

Смешанное сединение проводников, как следует из названия, может являться совокупностью любых комбинаций последовательного и параллельного соединений, причём в состав этих соединений могут входить как отдельные резисторы, так и более сложные составные участки.

Расчёт смешанного соединения опирается на уже известные свойства последовательного и параллельного соединений. Ничего нового тут уже нет: нужно только аккуратно расчленить данную схему на более простые участки, соединённые последовательно или параллельно.

Рассмотрим пример смешанного соединения проводников (рис. 6 ).

Рис. 6. Смешанное соединение

Пусть В, Ом, Ом, Ом, Ом, Ом. Найдём силу тока в цепи и в каждом из резисторов.

Наша цепь состоит из двух последовательно соединённых участков и . Сопротивление участка :

Ом.

Участок является параллельным соединением: два последовательно включённых резистора и подключены параллельно к резистору . Тогда:

Ом.

Сопротивление цепи:

Ом.

Теперь находим силу тока в цепи:

Для нахождения тока в каждом резисторе вычислим напряжения на обоих участках:

(Заметим попутно, что сумма этих напряжений равна В, т. е. напряжению в цепи, как и должно быть при последовательном соединении.)

Оба резистора и находятся под напряжением , поэтому:

(В сумме имеем А, как и должно быть при параллельном соединении.)

Сила тока в резисторах и одинакова, так как они соединены последовательно:

Стало быть, через резистор течёт ток A.

Обычно все затрудняются ответить. А вот загадка эта в применении к электричеству решается вполне определенно.

Электричество начинается с закона Ома.

А уж если рассматривать дилемму в контексте параллельного или последовательного соединений — считая одно соединение курицей, а другое — яйцом, то сомнений вообще нет никаких.

Потому что закон Ома — это и есть самая первоначальная электрическая цепь. И она может быть только последовательной.

Да, придумали гальванический элемент и не знали, что с ним делать, поэтому сразу придумали еще лампочку. И вот что из этого получилось. Здесь напряжение в 1,5 В немедленно потекло в качестве тока, чтобы неукоснительно выполнять закон Ома, через лампочку к задней стенке того же элемента питания. А уж внутри самой батарейки под действием волшебницы-химии заряды снова оказались в первоначальной точке своего похода. И поэтому там, где напряжение было 1,5 вольта, оно таким и остается. То есть, напряжение постоянно одно, а заряды непрерывно движутся и последовательно проходят лампочку и гальванический элемент.

И это обычно рисуют на схеме вот так:

По закону Ома I=U/R

Тогда сопротивление лампочки (с тем током и напряжением, которые я написал) получится

R = 1/U , где R = 1 Ом

А мощность будет выделяться P = I * U , то есть P=2,25 Вm

В последовательной цепи, особенно на таком простом и несомненном примере, видно, что ток, который бежит по ней от начала до конца, — все время один и тот же. А если мы теперь возьмем две лампочки и сделаем так, чтобы ток пробегал сначала по одной, а потом по другой, то будет опять то же самое — ток будет и в той лампочке, и в другой снова одинаковым. Хотя другим по величине. Ток теперь испытывает сопротивление двух лампочек, но у каждой из них сопротивление как было, так и осталось, ведь оно определяется исключительно физическими свойствами самой лампочки. Новый ток вычисляем опять по закону Ома.

Он получится равным I=U/R+R,то есть 0,75А, ровно половина того тока, который был сначала.

В этом случае току приходится преодолевать уже два сопротивления, он становится меньше. Что и видно по свечению лампочек — они теперь горят вполнакала. А общее сопротивление цепочки из двух лампочек будет равно сумме их сопротивлений. Зная арифметику, можно в отдельном случае воспользоваться и действием умножения: если последовательно соединены N одинаковых лампочек, то общее их сопротивление будет равно N, умноженное на R, где R — сопротивление одной лампочки. Логика безупречная.

А мы продолжим наши опыты. Теперь сделаем нечто подобное, что мы провернули с лампочками, но только на левой стороне цепи: добавим еще один гальванический элемент, точно такой, как первый. Как видим, теперь у нас в два раза увеличилось общее напряжение, а ток стал снова 1,5 А, о чем и сигнализируют лампочки, загоревшись снова в полную силу.

Делаем вывод:

  • При последовательном соединении электрической цепи сопротивления и напряжения ее элементов суммируются, а ток на всех элементах остается неизменным.

Легко проверить, что это утверждение справедливо как для активных компонентов (гальванических элементов), так и для пассивных (лампочек, резисторов).

То есть это значит, что напряжение, измеренное на одном резисторе (оно называется падением напряжения), можно смело суммировать с напряжением, измеренным на другом резисторе, и в сумме получатся те же 3 В. А на каждом из сопротивлений оно окажется равным половине — то есть 1,5 В. И это справедливо. Два гальванических элемента вырабатывают свои напряжения, а две лампочки их потребляют. Потому что в источнике напряжения энергия химических процессов превращается в электроэнергию, принявшую вид напряжения, а в лампочках та же самая энергия из электрической превращается в тепловую и световую.

Вернемся к первой схеме, подключим в ней еще одну лампочку, но иначе.

Теперь напряжение в точках, соединяющих две ветки, то же, что и на гальваническом элементе — 1,5 В. Но так как сопротивление у обеих лампочек тоже такое, как и было, то и ток через каждую из них пойдет 1,5 А — ток «полного накала».

Гальванический элемент теперь питает их током одновременно, следовательно, из него вытекают сразу оба эти тока. То есть общий ток из источника напряжения будет равен 1,5 А + 1,5 А = 3,0 А.

В чем же отличие этой схемы от схемы, когда те же самые лампочки были включены последовательно? Только в накале лампочек, то есть только в токе.

Тогда ток был 0,75 А, а теперь он стал сразу 3 А.

Получается, если сравнить с первоначальной схемой, то при последовательном соединении лампочек (схема 2) току сопротивления оказывалось больше (отчего он уменьшался, и лампочки теряли светимость), а параллельное подключение оказывает МЕНЬШЕ сопротивления, хотя сопротивление лампочек осталось неизменным. В чем тут дело?

А дело в том, что мы забываем одну интересную истину, что всякая палка о двух концах.

Когда мы говорим, что резистор сопротивляется току, то как бы забываем, что он ток все-таки проводит. И теперь, когда подключили лампочки параллельно, увеличилось суммарное для них свойство проводить ток, а не сопротивляться ему. Ну и, соответственно, некую величину G , по аналогии с сопротивлением R и следовало бы назвать проводимостью. И должна она в параллельном соединении проводников суммироваться.

Ну и вот она

Закон Ома тогда будет выглядеть

I = U * G &

И в случае параллельного соединения ток I будет равен U*(G+G) = 2*U*G, что мы как раз и наблюдаем.

Замена элементов цепи общим эквивалентным элементом

Инженерам часто приходится узнавать токи и напряжения во всех частях схем. А реальные электрические схемы бывают достаточно сложными и разветвленными и могут содержать множество элементов, активно потребляющих электроэнергию и соединенных друг с другом в совершенно разных сочетаниях. Это называется расчет электрических схем. Он делается при проектировании энергоснабжения домов, квартир, организаций. При этом очень важно, какие токи и напряжения будут действовать в электрической цепи, хотя бы для того, чтобы выбрать подходящие им сечения проводов, нагрузки на всю сеть или ее части, и так далее. А уж насколько сложны бывают электронные схемы, содержащие тысячи, а то и миллионы элементов, думаю, понятно всякому.

Самое первое что, напрашивается — это воспользоваться знанием того, как ведут себя токи напряжения в таких простейших соединениях сети, как последовательное и параллельное. Делают так: вместо найденного в сети последовательного соединения двух или более активных устройств-потребителей (как наши лампочки) нарисовать один, но чтобы его сопротивление было таким же, как у обоих. Тогда картина токов и напряжений в остальной части схемы не изменится. Аналогично и с параллельным соединением: вместо них нарисовать такой элемент, ПРОВОДИМОСТЬ которого была бы такой же, как у обоих.

Теперь если схему перерисовать, заменив последовательные и параллельные соединения одним элементом, то получим схему, которая называется «схемой эквивалентного замещения».

Такую процедуру можно продолжать до тех пор, пока у нас не останется наипростейшая — которой мы в самом начале иллюстрировали закон Ома. Только вместо лампочки будет стоять одно сопротивление, которое и называют эквивалентным сопротивлением нагрузки.

Это первая задача. Она дает нам возможность по закону Ома рассчитать общий ток во всей сети, или общий ток нагрузки.

Вот это и есть полный расчет электрической сети.

Примеры

Пусть цепь содержит 9 активных сопротивлений. Это могут быть лампочки или что-то другое.

На ее входные клеммы подано напряжение в 60 В.

Значения сопротивлений для всех элементов следующие:

Найти все неизвестные токи и напряжения.

Надо пойти по пути поиска параллельных и последовательных участков сети, рассчитывать эквивалентные им сопротивления и постепенно упрощать схему. Видим, что R 3 , R 9 и R 6 соединены последовательно. Тогда им эквивалентное сопротивление R э 3, 6, 9 будет равно их сумме R э 3, 6, 9 = 1 + 4 + 1 Ом = 6 Ом.

Теперь заменяем параллельный кусочек из сопротивлений R 8 и R э 3, 6, 9, получая R э 8, 3, 6, 9 . Только при параллельном соединении проводников, складывать придется проводимости.

Проводимость измеряется в единицах, называемых сименсами, обратных омам.

Если перевернуть дробь, получим сопротивление R э 8, 3, 6, 9 = 2 Ом

Совершенно так же, как в первом случае, объединяем сопротивления R 2 , R э 8, 3, 6, 9 и R 5, включенные последовательно, получая R э 2, 8, 3, 6, 9, 5 = 1 + 2 + 1 = 4 Ом.

Осталось два шага: получить сопротивление, эквивалентное двум резисторам параллельного соединения проводников R 7 и R э 2, 8, 3, 6, 9, 5.

Оно равно R э 7, 2, 8, 3, 6, 9, 5 = 1/(1/4+1/4)=1/(2/4)=4/2 = 2 Ом

На последнем шаге просуммируем все последовательно включенные сопротивления R 1 , R э 7, 2, 8, 3, 6, 9, 5 и R 4 и получим сопротивление, эквивалентное сопротивлению всей цепи R э и равное сумме этих трех сопротивлений

R э = R 1 + R э 7, 2, 8, 3, 6, 9, 5 + R4 = 1 + 2 + 1 = 4 Ом

Ну и вспомним, в честь кого назвали единицу сопротивлений, написанную нами в последней из этих формул, и вычислим по его закону общий ток во всей цепи I

Теперь, двигаясь в обратном направлении, в сторону все большего усложнения сети, можно получать по закону Ома токи и напряжения во всех цепочках нашей достаточно простой схемы.

Так обычно и рассчитывают схемы электроснабжения квартир, которые состоят из параллельных и последовательных участков. Что, как правило, не годится в электронике, потому что там многое по-другому устроено, и все гораздо замысловатее. И вот такую, например, схему, когда не поймешь, параллельное это соединение проводников или последовательное, рассчитывают по законам Кирхгофа.

При одновременном включении нескольких приемников электроэнергии в одну и ту же сеть, эти приемники можно легко рассматривать просто как элементы единой цепи, каждый из которых обладает собственным сопротивлением.

В ряде случаев такой подход оказывается вполне приемлемым: лампы накаливания, электрические обогреватели и т. п. — можно воспринимать как резисторы. То есть приборы можно заменить на их сопротивления, и легко произвести расчет параметров цепи.

Способ соединения приемников электроэнергии может быть одним из следующих: последовательный, параллельный или смешанный тип соединения.

Последовательное соединение

Когда несколько приемников (резисторов) соединяются в последовательную цепь, то есть второй вывод первого присоединяется к первому выводу второго, второй вывод второго соединяется с первым выводом третьего, второй вывод третьего с первым выводом четвертого и т. д., то при подключении такой цепи к источнику питания, через все элементы цепи потечет ток I одной и той же величины. Данную мысль поясняет приведенный рисунок.

Заменив приборы на их сопротивления, рисунок преобразуем в схему, тогда сопротивления с R1 по R4, соединенные последовательно, примут каждый на себя определенные напряжения, которые в сумме дадут значение ЭДС на зажимах источника питания. Для простоты здесь и далее изобразим источник в виде гальванического элемента.

Выразив падения напряжений через ток и через сопротивления, получим выражение для эквивалентного сопротивления последовательной цепи приемников: общее сопротивление последовательного соединения резисторов всегда равно алгебраической сумме всех сопротивлений, составляющих эту цепь. А поскольку напряжения на каждом из участков цепи можно найти из закона Ома (U = I*R, U1 = I*R1, U2 = I*R2 и т. д.) и E = U, то для нашей схемы получаем:

Напряжение на клеммах источника питания равно сумме падений напряжений на каждом из соединенных последовательно приемников, составляющих цепь.

Так как ток через всю цепь течет одного и того же значения, то справедливым будет утверждение, что напряжения на последовательно соединенных приемниках (резисторах) соотносятся между собой пропорционально сопротивлениям. И чем выше будет сопротивление, тем выше окажется и напряжение, приложенное к приемнику.

Для последовательного соединения резисторов в количестве n штук, обладающих одинаковыми сопротивлениями Rk, эквивалентное общее сопротивление цепи целиком будет в n раз больше каждого из этих сопротивлений: R = n*Rk. Соответственно и напряжения, приложенные к каждому из резисторов цепи будут между собой равны, и окажутся в n раз меньше напряжения, приложенного ко всей цепи: Uk = U/n.

Для последовательного соединения приемников электроэнергии характерны следующие свойства: если изменить сопротивление одного из приемников цепи, то напряжения на остальных приемниках цепи при этом изменятся; при обрыве одного из приемников ток прекратится во всей цепи, во всех остальных приемниках.

В силу этих особенностей последовательное соединение встречается редко, и используют его лишь там, где напряжение сети выше номинального напряжения приемников, в отсутствие альтернатив.

К примеру напряжением 220 вольт можно запитать две последовательно соединенные лампы равной мощности, каждая из которых рассчитана на напряжение 110 вольт. Ежели данные лампы при одинаковом номинальном напряжении питания будут обладать различной номинальной мощностью, то одна из них будет перегружена и скорее всего мгновенно перегорит.

Параллельное соединение

Параллельное соединение приемников предполагает включение каждого из них между парой точек электрической цепи с тем, чтобы они образовывали параллельные ветви, каждая из которых питается напряжением источника. Для наглядности опять заменим приемники их электрическими сопротивлениями, чтобы получить схему, по которой удобно вести расчет параметров.

Как уже было сказано, в случае параллельного соединения каждый из резисторов испытывает действие одного и того же напряжения. И в соответствии с законом Ома имеем: I1=U/R1, I2=U/R2, I3=U/R3.

Здесь I — ток источника. Первый закон Кирхгофа для данной цепи позволяет записать выражение для тока в неразветвленной ее части: I = I1+I2+I3.

Отсюда общее сопротивление для параллельного соединения между собой элементов цепи можно найти из формулы:

Величина обратная сопротивлению называется проводимостью G, и формулу для проводимости цепи, состоящей из нескольких параллельно соединенных элементов, также можно записать: G = G1 + G2 + G3. Проводимость цепи в случае параллельного соединения образующих ее резисторов равна алгебраической сумме проводимостей этих резисторов. Следовательно, при добавлении в цепь параллельных приемников (резисторов) суммарное сопротивление цепи уменьшится, а суммарная проводимость соответственно возрастет.

Токи в цепи состоящей из параллельно соединенных приемников, распределяются между ними прямо пропорционально их проводимостям, то есть обратно пропорционально их сопротивлениям. Здесь можно привести аналогию из гидравлики, где поток воды распределяется по трубам в соответствии с их сечениями, тогда большее сечение аналогично меньшему сопротивлению, то есть большей проводимости.

Если цепь состоит из нескольких (n) одинаковых резисторов, соединенных параллельно, то общее сопротивление цепи будет ниже в n раз, чем сопротивление одного из резисторов, а ток через каждый из резисторов будет меньше в n раз, чем общий ток: R = R1/n; I1 = I/n.

Цепь, состоящая из параллельно соединенных приемников, подключенная к источнику питания, отличается тем, что каждый из приемников находится под напряжением источника питания.

Для идеального источника электроэнергии справедливо утверждение: при подключении или отключении параллельно источнику резисторов, токи в остальных подключенных резисторах не изменятся, то есть при выходе из строя одного или нескольких приемников параллельной цепи, остальные будут продолжать работать в прежнем режиме.

В силу данных особенностей параллельное соединение обладает значительным преимуществом перед последовательным, и по этой причине именно соединение параллельное наиболее распространено в электрических сетях. Например, все электроприборы в наших домах предназначены для параллельного подключения к бытовой сети, и если отключить один, то остальным это ничуть не навредит.

Сравнение последовательных и параллельных цепей

Под смешанным соединением приемников понимают такое их соединение, когда часть или несколько из них соединены между собой последовательно, а другая часть или несколько — параллельно. При этом вся цепь может быть образована из разных соединений таких частей между собой. Для примера рассмотрим схему:

Три последовательно соединенных резистора подключены к источнику питания, параллельно одному из них подключены еще два, а третий — параллельно всей цепи. Для нахождения полного сопротивления цепи идут путем последовательных преобразований: сложную цепь последовательно приводят к простому виду, последовательно вычисляя сопротивление каждого звена, и так находят общее эквивалентное сопротивление.

Для нашего примера. Сначала находят общее сопротивление двух резисторов R4 и R5, соединенных последовательно, затем сопротивление параллельного соединения их с R2, потом прибавляют к полученному значению R1 и R3, и после — вычисляют значение сопротивления всей цепи, включая параллельную ветвь R6.

Различные способы соединения приемников электроэнергии применяют на практике для различных целей, чтобы решать конкретные поставленные задачи. Например, смешанное соединение можно встретить в схемах плавного заряда в мощных блоках питания, где нагрузка (конденсаторы после диодного моста) сначала получает питание последовательно через резистор, затем резистор шунтируется контактами реле, и нагрузка оказывается подключенной к диодному мосту параллельно.

Андрей Повный

Параллельное и последовательное соединение проводников – способы коммутации электрической цепи. Электрические схемы любой сложности можно представить посредством указанных абстракций.

Определения

Существует два способа соединения проводников, становится возможным упростить расчет цепи произвольной сложности:

  • Конец предыдущего проводника соединен непосредственно с началом следующего — подключение называют последовательным. Образуется цепочка. Чтобы включить очередное звено, нужно электрическую схему разорвать, вставив туда новый проводник.
  • Начала проводников соединены одной точкой, концы – другой, подключение называется параллельным. Связку принято называть разветвлением. Каждый отдельный проводник образует ветвь. Общие точки именуются узлами электрической сети.

На практике чаще встречается смешанное включение проводников, часть соединена последовательно, часть – параллельно. Нужно разбить цепь простыми сегментами, решать задачу для каждого отдельно. Сколь угодно сложную электрическую схему можно описать параллельным, последовательным соединением проводников. Так делается на практике.

Использование параллельного и последовательного соединения проводников

Термины, применяемые к электрическим цепям

Теория выступает базисом формирования прочных знаний, немногие знают, чем напряжение (разность потенциалов) отличается от падения напряжения. В терминах физики внутренней цепью называют источник тока, находящееся вне – именуется внешней. Разграничение помогает правильно описать распределение поля. Ток совершает работу. В простейшем случае генерация тепла согласно закону Джоуля-Ленца. Заряженные частицы, передвигаясь в сторону меньшего потенциала, сталкиваются с кристаллической решеткой, отдают энергию. Происходит нагрев сопротивлений.

Для обеспечения движения нужно на концах проводника поддерживать разность потенциалов. Это называется напряжением участка цепи. Если просто поместить проводник в поле вдоль силовых линий, ток потечет, будет очень кратковременным. Процесс завершится наступлением равновесия. Внешнее поле будет уравновешено собственным полем зарядов, противоположным направлением. Ток прекратится. Чтобы процесс стал непрерывным, нужна внешняя сила.

Таким приводом движения электрической цепи выступает источник тока. Чтобы поддерживать потенциал, внутри совершается работа. Химическая реакция, как в гальваническом элементе, механические силы – генератор ГЭС. Заряды внутри источника движутся в противоположную полю сторону. Над этим совершается работа сторонних сил. Можно перефразировать приведенные выше формулировки, сказать:

  • Внешняя часть цепи, где заряды движутся, увлекаемые полем.
  • Внутренняя часть цепи, где заряды движутся против напряженности.

Генератор (источник тока) снабжен двумя полюсами. Обладающий меньшим потенциалом называется отрицательным, другой – положительным. В случае переменного тока полюсы непрерывно меняются местами. Непостоянно направление движения зарядов. Ток течет от положительного полюса к отрицательному. Движение положительных зарядов идет в направлении убывания потенциала. Согласно этому факту вводится понятие падения потенциала:

Падением потенциала участка цепи называется убыль потенциала в пределах отрезка. Формально это напряжение. Для ветвей параллельной цепи одинаково.

Под падением напряжения понимается и нечто иное. Величина, характеризующая тепловые потери, численно равна произведению тока на активное сопротивление участка. Законы Ома, Кирхгофа, рассмотренные ниже, формулируются для этого случая. В электрических двигателях, трансформаторах разница потенциалов может значительно отличаться от падения напряжения. Последнее характеризует потери на активном сопротивлении, тогда как первое учитывает полную работу источника тока.

При решение физических задач для упрощения двигатель может включать в свой состав ЭДС, направление действия которой противоположно эффекту источника питания. Учитывается факт потери энергии через реактивную часть импеданса. Школьный и вузовский курс физики отличается оторванностью от реальности. Вот почему студенты, раскрыв рот, слушают о явлениях, имеющих место в электротехнике. В период, предшествующий эпохе промышленной революции, открывались главные законы, ученый должен объединять роль теоретика и талантливого экспериментатора. Об этом открыто говорят предисловия к трудам Кирхгофа (работы Георга Ома на русский язык не переведены). Преподаватели буквально завлекали люд дополнительными лекциями, сдобренными наглядными, удивительными экспериментами.

Законы Ома и Кирхгофа применительно к последовательному и параллельному соединению проводников

Для решения реальных задач используются законы Ома и Кирхгофа. Первый выводил равенство чисто эмпирическим путем – экспериментально – второй начал математическим анализом задачи, потом проверил догадки практикой. Приведем некоторые сведения, помогающие решению задачи:

Посчитать сопротивления элементов при последовательном и параллельном соединении

Алгоритм расчета реальных цепей прост. Приведем некоторые тезисы касательно рассматриваемой тематики:

  1. При последовательном включении суммируются сопротивления, при параллельном — проводимости:
    1. Для резисторов закон переписывается в неизменной форме. При параллельном соединении итоговое сопротивление равняется произведению исходных, деленному на общую сумму. При последовательном – номиналы суммируются.
    2. Индуктивность выступает реактивным сопротивлением (j*ω*L), ведет себя, как обычный резистор. В плане написания формулы ничем не отличается. Нюанс, для всякого чисто мнимого импеданса, что нужно умножить результат на оператор j, круговую частоту ω (2*Пи*f). При последовательном соединении катушек индуктивности номиналы суммируются, при параллельном – складываются обратные величины.
    3. Мнимое сопротивление емкости записывается в виде: -j/ω*С. Легко заметить: складывая величины последовательного соединения, получим формулу, в точности как для резисторов и индуктивностей было при параллельном. Для конденсаторов все наоборот. При параллельном включении номиналы складываются, при последовательном – суммируются обратные величины.

Тезисы легко распространяются на произвольные случаи. Падение напряжения на двух открытых кремниевых диодах равно сумме. На практике составляет 1 вольт, точное значение зависит от типа полупроводникового элемента, характеристик. Аналогичным образом рассматривают источники питания: при последовательном включении номиналы складываются. Параллельное часто встречается на подстанциях, где трансформаторы ставят рядком. Напряжение будет одно (контролируются аппаратурой), делятся между ветвями. Коэффициент трансформации строго равен, блокируя возникновение негативных эффектов.

У некоторых вызывает затруднение случай: две батарейки разного номинала включены параллельно. Случай описывается вторым законом Кирхгофа, никакой сложности представить физику не может. При неравенстве номиналов двух источников берется среднее арифметическое, если пренебречь внутренним сопротивлением обоих. В противном случае решаются уравнения Кирхгофа для всех контуров. Неизвестными будут токи (всего три), общее количество которых равно числу уравнений. Для полного понимания привели рисунок.

Пример решения уравнений Кирхгофа

Посмотрим изображение: по условию задачи, источник Е1 сильнее, нежели Е2. Направление токов в контуре берем из здравых соображений. Но если бы проставили неправильно, после решения задачи один получился бы с отрицательным знаком. Следовало тогда изменить направление. Очевидно, во внешней цепи ток течет, как показано на рисунке. Составляем уравнения Кирхгофа для трех контуров, вот что следует:

  1. Работа первого (сильного) источника тратится на создание тока во внешней цепи, преодоление слабости соседа (ток I2).
  2. Второй источник не совершает полезной работы в нагрузке, борется с первым. Иначе не скажешь.

Включение батареек разного номинала параллельно является безусловно вредным. Что наблюдается на подстанции при использовании трансформаторов с разным передаточным коэффициентом. Уравнительные токи не выполняют никакой полезной работы. Включенные параллельно разные батарейки начнут эффективно функционировать, когда сильная просядет до уровня слабой.

1 Свойства последовательного соединения — СтудИзба

Любые упражнения по изучению электротехники необходимо начинать с проработки лекционного материала и соответствующего раздела в учебнике. Следует также выучить правила составления уравнений и свойств соединений элементов схем.

СЕМИНАР 1

Свойства последовательного соединения

Rэкв = R1+R2+R3

I = E/Rэкв

U = U1+U2+U3 = R1·I + R2·I + R3·I =RэквI

Задача 1

Рекомендуемые файлы

Необходимо измерить напряжение 100В,  вольтметром 10В, с внутренним сопротивлением 10кОм. Что сделать?

Добавить последовательно к вольтметру резистор  Rдоб

Вывод: последовательное соединение, являясь делителем напряжения, можно использовать для расширения пределов измерения вольтметров.

Задача 2

Определить эквивалентное сопротивление, токи в цепи.

Iвх= I1+I2+I3

I1 = U/R1 = UG1

I2 = U/R2 = UG2

I3 =U/R3 = UG3

Задача 3

Определить эквивалентное сопротивление

Рассматривая данную схему,  видим, что схема имеет последовательно параллельную цепь, где резисторы с сопротивлениями 4 и 6 Ом соединены параллельно. Преобразуем этот участок, получаем 2,4 Ом. Далее резистор 17,6 Ом и резистор с 2,4 Ом соединены последовательно, поэтому  получаем 20 Ом. Остаётся параллельно 20 Ом и 20 Ом. Ответ эквивалентное сопротивление 10 Ом.

Расчёт

Задача 4

Определить эквивалентное сопротивление, если R1 = R4 = R5 = 5 Ом  R3 = R2 = 10 Ом

Участок с резисторами R4 и R5 закорочен, поэтому:

Задача 5

Синтезировать электрическую цепь из резисторов с номиналом 10 Ом, чтобы получилось эквивалентное 25 Ом.

Используем свойства последовательного и параллельного соединений

Метод эквивалентных преобразований

Задача 6

Определить   показания    приборов   схемы    рис 1,  если   R1 = 5 Ом,   R4 = 8 Ом,   R5 = 4 Ом,  R3 = 6 Ом, R2 =2 Ом, Е = 100 В.  

Расчёт проводим методом эквивалентных преобразований

Рис 1

Решение: запишем уравнения по законам Кирхгофа для проверки расчёта токов

Свернём схему, т.е. упростим схему и определим эквивалентное сопротивление:

       

Определим ток источника по закону Ома

Определим напряжение между узлами А и В, затем токи I2и I3

Определим показания приборов:

Амперметр покажет значение тока  I3      I3 = IA = 5 A

Рис 2

Показания вольтметра. Рассмотрим контур рис 2.

Запишем уравнения по закону Кирхгофа для выделенного контура:

Показания ваттметра:

Задачи для самостоятельной  подготовки

1.     Определить Uab

2.     Определить показания приборов

Дано:

R1 = 2 Ом, R4 =3 Ом, R5 = 1 Ом, R3 = 3 Ом,

R2 = 3 Ом,

Е = 75 В

Лекция «10 — Физиология эндокринной системы» также может быть Вам полезна.

3.     Найти эквивалентное сопротивление, определить показания приборов. Определить мощность приемника и мощность источника

Дано:

R1 = 10 Ом, R2 = 10 Ом, R3 = 20 Ом, U = 30 В

4.     Упростить схему

Применение последовательного и параллельного соединения проводников. Параллельное и последовательное соединение сопротивлений

Отдельные проводники электрической цепи могут быть соединены между собой последовательно, параллельно и смешанно. При этом последовательное и параллельное соединение проводников являются основными видами соединений, а смешанное соединение это их совокупность.

Последовательным соединением проводников называется такое соединение, когда конец первого проводника соединен с началом второго, конец второго проводника соединен с началом третьего и так далее (рисунок 1).

Рисунок 1. Схема последовательного соединения проводников

Общее сопротивление цепи, состоящее из нескольких последовательно соединенных проводников, равно сумме сопротивлений отдельных проводников:

r = r 1 + r 2 + r 3 + … + r n .

Ток на отдельных участках последовательной цепи везде одинаков:

I 1 = I 2 = I 3 = I .

Видео 1. Последовательное соединение проводников

Пример 1. На рисунке 2 представлена электрическая цепь, состоящая из трех последовательно включенных сопротивлений r 1 = 2 Ом, r 2 = 3 Ом, r 3 = 5 Ом. Требуется определить показания вольтметров V 1 , V 2 , V 3 и V 4 , если ток в цепи равен 4 А.

Сопротивление всей цепи

r = r 1 + r 2 + r 3 = 2 + 3 + 5 =10 Ом.

Рисунок 2. Схема измерения напряжений на отдельных участках электрической цепи

В сопротивлении r 1 при протекании тока будет падение напряжения:

U 1 = I × r 1 = 4 × 2 = 8 В.

Вольтметр V 1 , включенный между точками а и б , покажет 8 В.

В сопротивлении r 2 также происходит падение напряжения:

U 2 = I × r 2 = 4 × 3 = 12 В.

Вольтметр V 2 , включенный между точками в и г , покажет 12 В.

Падение напряжения в сопротивлении r 3:

U 3 = I × r 3 = 4 × 5 = 20 В.

Вольтметр V 3 , включенный между точками д и е , покажет 20 В.

Если вольтметр присоединить одним концом к точке а , другим концом к точке г , то он покажет разность потенциалов между этими точками, равную сумме падений напряжения в сопротивлениях r 1 и r 2 (8 + 12 = 20 В).

Таким образом, вольтметр V , измеряющий напряжение на зажимах цепи и включенный между точками а и е , покажет разность потенциалов между этими точками или сумму падений напряжения в сопротивлениях r 1 , r 2 и r 3 .

Отсюда видно, что сумма падений напряжения на отдельных участках электрической цепи равна напряжению на зажимах цепи.

Так как при последовательном соединении ток цепи на всех участках одинаков, то падение напряжения пропорционально сопротивлению данного участка.

Пример 2. Три сопротивления 10, 15 и 20 Ом соединены последовательно, как показано на рисунке 3. Ток в цепи 5 А. Определить падение напряжения на каждом сопротивлении.

U 1 = I × r 1 = 5 ×10 = 50 В,
U 2 = I × r 2 = 5 ×15 = 75 В,
U 3 = I × r 3 = 5 ×20 = 100 В.

Рисунок 3. К примеру 2

Общее напряжение цепи равно сумме падений напряжений на отдельных участках цепи:

U = U 1 + U 2 + U 3 = 50 + 75 + 100 = 225 В.

Параллельное соединение проводников

Параллельным соединением проводников называется такое соединение, когда начала всех проводников соединены в одну точку, а концы проводников – в другую точку (рисунок 4). Начало цепи присоединяется к одному полюсу источника напряжения, а конец цепи – к другому полюсу.

Из рисунка видно, что при параллельном соединении проводников для прохождения тока имеется несколько путей. Ток, протекая к точке разветвления А , растекается далее по трем сопротивлениям и равен сумме токов, уходящих от этой точки:

I = I 1 + I 2 + I 3 .

Если токи, приходящие к точке разветвления, считать положительными, а уходящие – отрицательными, то для точки разветвления можно написать:

то есть алгебраическая сумма токов для любой узловой точки цепи всегда равна нулю. Это соотношение, связывающее токи в любой точке разветвления цепи, называется первым законом Кирхгофа . Определение первого закона Кирхгофа может звучать и в другой формулировке, а именно: сумма токов втекающих в узел электрической цепи равна сумме токов вытекающих из этого узла.

Видео 2. Первый закон Кирхгофа

Обычно при расчете электрических цепей направление токов в ветвях, присоединенных к какой либо точке разветвления, неизвестны. Поэтому для возможности самой записи уравнения первого закона Кирхгофа нужно перед началом расчета цепи произвольно выбрать так называемые положительные направления токов во всех ее ветвях и обозначить их стрелками на схеме.

Пользуясь законом Ома, можно вывести формулу для подсчета общего сопротивления при параллельном соединении потребителей.

Общий ток, приходящий к точке А , равен:

Токи в каждой из ветвей имеют значения:

По формуле первого закона Кирхгофа

I = I 1 + I 2 + I 3

Вынося U в правой части равенства за скобки, получим:

Сокращая обе части равенства на U , получим формулу подсчета общей проводимости:

g = g 1 + g 2 + g 3 .

Таким образом, при параллельном соединении увеличивается не сопротивление, а проводимость .

Пример 3. Определить общее сопротивление трех параллельно включенных сопротивлений, если r 1 = 2 Ом, r 2 = 3 Ом, r 3 = 4 Ом.

Пример 4. Пять сопротивлений 20, 30 ,15, 40 и 60 Ом включены параллельно в сеть. Определить общее сопротивление:

Следует заметить, что при подсчете общего сопротивления разветвления оно получается всегда меньше, чем самое меньшее сопротивление, входящее в разветвление.

Если сопротивления, включенные параллельно, равны между собой, то общее сопротивление r цепи равно сопротивлению одной ветви r 1 , деленному на число ветвей n :

Пример 5. Определить общее сопротивление четырех параллельно включенных сопротивлений по 20 Ом каждое:

Для проверки попробуем найти сопротивление разветвления по формуле:

Как видим, ответ получается тот же.

Пример 6. Пусть требуется определить токи в каждой ветви при параллельном их соединении, изображенном на рисунке 5, а .

Найдем общее сопротивление цепи:

Теперь все разветвления мы можем изобразить упрощенно как одно сопротивление (рисунок 5, б ).

Падение напряжения на участке между точками А и Б будет:

U = I × r = 22 × 1,09 = 24 В.

Возвращаясь снова к рисунку 5, а видим, что все три сопротивления окажутся под напряжением 24 В, так как они включены между точками А и Б .

Рассматривая первую ветвь разветвления с сопротивлением r 1 , мы видим, что напряжение на этом участке 24 В, сопротивление участка 2 Ом. По закону Ома для участка цепи ток на этом участке будет:

Ток второй ветви

Ток третьей ветви

Проверим по первому закону Кирхгофа

Причем это могут быть не только проводники, но и конденсаторы. Здесь важно не запутаться в том, как выглядит каждое из них на схеме. А уже потом применять конкретные формулы. Их, кстати, нужно помнить наизусть.

Как различить эти два соединения?

Внимательно посмотрите на схему. Если провода представить как дорогу, то машины на ней будут играть роль резисторов. На прямой дороге без каких-либо разветвлений машины едут одна за другой, в цепочку. Так же выглядит и последовательное соединение проводников. Дорога в этом случае может иметь неограниченное количество поворотов, но ни одного перекрестка. Как бы ни виляла дорога (провода), машины (резисторы) всегда будут расположены друг за другом, по одной цепочке.

Совсем другое дело, если рассматривается параллельное соединение. Тогда резисторы можно сравнить со спортсменами на старте. Они стоят каждый на своей дорожке, но направление движения у них одинаковое, и финиш в одном месте. Так же и резисторы — у каждого из них свой провод, но все они соединены в некоторой точке.

Формулы для силы тока

О ней всегда идет речь в теме «Электричество». Параллельное и последовательное соединение по-разному влияют на величину в резисторах. Для них выведены формулы, которые можно запомнить. Но достаточно просто запомнить смысл, который в них вкладывается.

Так, ток при последовательном соединении проводников всегда одинаков. То есть в каждом из них значение силы тока не отличается. Провести аналогию можно, если сравнить провод с трубой. В ней вода течет всегда одинаково. И все препятствия на ее пути будут сметаться с одной и той же силой. Так же с силой тока. Поэтому формула общей силы тока в цепи с последовательным соединением резисторов выглядит так:

I общ = I 1 = I 2

Здесь буквой I обозначена сила тока. Это общепринятое обозначение, поэтому его нужно запомнить.

Ток при параллельном соединении уже не будет постоянной величиной. При той же аналогии с трубой получается, что вода разделится на два потока, если у основной трубы будет ответвление. То же явление наблюдается с током, когда на его пути появляется разветвление проводов. Формула общей силы тока при :

I общ = I 1 + I 2

Если разветвление составлено из проводов, которых больше двух, то в приведенной формуле на такое же количество станет больше слагаемых.

Формулы для напряжения

Когда рассматривается схема, в которой выполнено соединение проводников последовательно, то напряжение на всем участке определяется суммой этих величин на каждом конкретном резисторе. Сравнить эту ситуацию можно с тарелками. Удержать одну из них легко получится одному человеку, вторую рядом он тоже сможет взять, но уже с трудом. Держать в руках три тарелки рядом друг с другом одному человеку уже не удастся, потребуется помощь второго. И так далее. Усилия людей складываются.

Формула для общего напряжения участка цепи с последовательным соединением проводников выглядит так:

U общ = U 1 + U 2 , где U — обозначение, принятое для

Другая ситуация складывается, если рассматривается Когда тарелки ставятся друг на друга, их по-прежнему может удержать один человек. Поэтому складывать ничего не приходится. Такая же аналогия наблюдается при параллельном соединении проводников. Напряжение на каждом из них одинаковое и равно тому, которое на всех них сразу. Формула общего напряжения такая:

U общ = U 1 = U 2

Формулы для электрического сопротивления

Их уже можно не запоминать, а знать формулу закона Ома и из нее выводить нужную. Из указанного закона следует, что напряжение равно произведению силы тока и сопротивления. То есть U = I * R, где R — сопротивление.

Тогда формула, с которой нужно будет работать, зависит от того, как выполнено соединение проводников:

  • последовательно, значит, нужно равенство для напряжения — I общ * R общ = I 1 * R 1 + I 2 * R 2;
  • параллельно необходимо пользоваться формулой для силы тока — U общ / R общ = U 1 / R 1 + U 2 / R 2 .

Далее следуют простые преобразования, которые основываются на том, что в первом равенстве все силы тока имеют одинаковое значение, а во втором — напряжения равны. Значит, их можно сократить. То есть получаются такие выражения:

  1. R общ = R 1 + R 2 (для последовательного соединения проводников).
  2. 1 / R общ = 1 / R 1 + 1 / R 2 (при параллельном соединении).

При увеличении числа резисторов, которые включены в сеть, изменяется количество слагаемых в этих выражениях.

Стоит отметить, что параллельное и последовательное соединение проводников по-разному влияют на общее сопротивление. Первое из них уменьшает сопротивление участка цепи. Причем оно оказывается меньше самого маленького из использованных резисторов. При последовательном соединении все логично: значения складываются, поэтому общее число всегда будет самым большим.

Работа тока

Предыдущие три величины составляют законы параллельного соединения и последовательного расположения проводников в цепи. Поэтому их знать нужно обязательно. Про работу и мощность необходимо просто запомнить базовую формулу. Она записывается так: А = I * U * t , где А — работа тока, t — время его прохождения по проводнику.

Для того чтобы определить общую работу при последовательном соединении нужно заменить в исходном выражении напряжение. Получится равенство: А = I * (U 1 + U 2) * t, раскрыв скобки в котором получится, что работа на всем участке равна их сумме на каждом конкретном потребителе тока.

Аналогично идет рассуждение, если рассматривается схема параллельного соединения. Только заменять полагается силу тока. Но результат будет тот же: А = А 1 + А 2 .

Мощность тока

При выведении формулы для мощности (обозначение «Р») участка цепи опять нужно пользоваться одной формулой: Р = U * I. После подобных рассуждений получается, что параллельное и последовательное соединение описываются такой формулой для мощности: Р = Р 1 + Р 2 .

То есть, как бы ни были составлены схемы, общая мощность будет складываться из тех, которые задействованы в работе. Именно этим объясняется тот факт, что нельзя включать в сеть квартиры одновременно много мощных приборов. Она просто не выдержит такой нагрузки.

Как влияет соединение проводников на ремонт новогодней гирлянды?

Сразу же после того, как перегорит одна из лампочек, станет ясно, как они были соединены. При последовательном соединении не будет светиться ни одна из них. Это объясняется тем, что пришедшая в негодность лампа создает разрыв в цепи. Поэтому нужно проверить все, чтобы определить, какая перегорела, заменить ее — и гирлянда станет работать.

Если в ней используется параллельное соединение, то она не перестает работать при неисправности одной из лампочек. Ведь цепь не будет полностью разорвана, а только одна параллельная часть. Чтобы отремонтировать такую гирлянду, не нужно проверять все элементы цепи, а только те, которые не светятся.

Что происходит с цепью, если в нее включены не резисторы, а конденсаторы?

При их последовательном соединении наблюдается такая ситуация: заряды от плюсов источника питания поступают только на внешние обкладки крайних конденсаторов. Те, что находятся между ними, просто передают этот заряд по цепочке. Этим объясняется то, что на всех обкладках появляются одинаковые заряды, но имеющие разные знаки. Поэтому электрический заряд каждого конденсатора, соединенного последовательно, можно записать такой формулой:

q общ = q 1 = q 2 .

Для того чтобы определить напряжение на каждом конденсаторе, потребуется знание формулы: U = q / С. В ней С — емкость конденсатора.

Общее напряжение подчиняется тому же закону, который справедлив для резисторов. Поэтому, заменив в формуле емкости напряжение на сумму, мы получим, что общую емкость приборов нужно вычислять по формуле:

С = q / (U 1 + U 2).

Упростить эту формулу можно, перевернув дроби и заменив отношение напряжения к заряду емкостью. Получается такое равенство: 1 / С = 1 / С 1 + 1 / С 2 .

Несколько по-другому выглядит ситуация, когда соединение конденсаторов — параллельное. Тогда общий заряд определяется суммой всех зарядов, которые накапливаются на обкладках всех приборов. А значение напряжения по-прежнему определяется по общим законам. Поэтому формула для общей емкости параллельно соединенных конденсаторов выглядит так:

С = (q 1 + q 2) / U.

То есть эта величина считается, как сумма каждого из использованных в соединении приборов:

С = С 1 + С 2.

Как определить общее сопротивление произвольного соединения проводников?

То есть такого, в котором последовательные участки сменяют параллельные, и наоборот. Для них по-прежнему справедливы все описанные законы. Только применять их нужно поэтапно.

Сперва полагается мысленно развернуть схему. Если представить ее сложно, то нужно нарисовать то, что получается. Объяснение станет понятнее, если рассмотреть его на конкретном примере (см. рисунок).

Ее удобно начать рисовать с точек Б и В. Их необходимо поставить на некотором удалении друг от друга и от краев листа. Слева к точке Б подходит один провод, а вправо направлены уже два. Точка В, напротив, слева имеет два ответвления, а после нее расположен один провод.

Теперь необходимо заполнить пространство между этими точками. По верхнему проводу нужно расположить три резистора с коэффициентами 2, 3 и 4, а снизу пойдет тот, у которого индекс равен 5. Первые три соединены последовательно. С пятым резистором они параллельны.

Оставшиеся два резистора (первый и шестой) включены последовательно с рассмотренным участком БВ. Поэтому рисунок можно просто дополнить двумя прямоугольниками по обе стороны от выбранных точек. Осталось применить формулы для расчета сопротивления:

  • сначала ту, которая приведена для последовательного соединения;
  • потом для параллельного;
  • и снова для последовательного.

Подобным образом можно развернуть любую, даже очень сложную схему.

Задача на последовательное соединение проводников

Условие. В цепи друг за другом подсоединены две лампы и резистор. Общее напряжение равно 110 В, а сила тока 12 А. Чему равно сопротивление резистора, если каждая лампа рассчитана на напряжение в 40 В?

Решение. Поскольку рассматривается последовательное соединение, формулы его законов известны. Нужно только правильно их применить. Начать с того, чтобы выяснить значение напряжения, которое приходится на резистор. Для этого из общего нужно вычесть два раза напряжение одной лампы. Получается 30 В.

Теперь, когда известны две величины, U и I (вторая из них дана в условии, так как общий ток равен току в каждом последовательном потребителе), можно сосчитать сопротивление резистора по закону Ома. Оно оказывается равным 2,5 Ом.

Ответ. Сопротивление резистора равно 2,5 Ом.

Задача на параллельное и последовательное

Условие. Имеются три конденсатора с емкостями 20, 25 и 30 мкФ. Определите их общую емкость при последовательном и параллельном соединении.

Решение. Проще начать с В этой ситуации все три значения нужно просто сложить. Таким образом, общая емкость оказывается равной 75 мкФ.

Несколько сложнее расчеты будут при последовательном соединении этих конденсаторов. Ведь сначала нужно найти отношения единицы к каждой из этих емкостей, а потом сложить их друг с другом. Получается, что единица, деленная на общую емкость, равна 37/300. Тогда искомая величина получается приблизительно 8 мкФ.

Ответ. Общая емкость при последовательном соединении 8 мкФ, при параллельном — 75 мкФ.

Если нам надо, чтобы электроприбор работал, мы должны подключить его к . При этом ток должен проходить через прибор и возвращаться вновь к источнику, то есть цепь должна быть замкнутой.

Но подключение каждого прибора к отдельному источнику осуществимо, в основном, в лабораторных условиях. В жизни же приходится иметь дело с ограниченным количеством источников и довольно большим количеством потребителей тока. Поэтому создают системы соединений, позволяющие нагрузить один источник большим количеством потребителей. Системы при этом могут быть сколь угодно сложными и разветвленными, но в их основе лежит всего два вида соединения: последовательное и параллельное соединение проводников. Каждый вид имеет свои особенности, плюсы и минусы. Рассмотрим их оба.

Последовательное соединение проводников

Последовательное соединение проводников – это включение в электрическую цепь нескольких приборов последовательно, друг за другом. Электроприборы в данном случае можно сравнить с людьми в хороводе, а их руки, держащие друг друга – это провода, соединяющие приборы. Источник тока в данном случае будет одним из участников хоровода.

Напряжение всей цепи при последовательном соединении будет равно сумме напряжений на каждом включенном в цепь элементе. Сила тока в цепи будет одинакова в любой точке. А сумма сопротивлений всех элементов составит общее сопротивление всей цепи. Поэтому последовательное сопротивление можно выразить на бумаге следующим образом:

I=I_1=I_2=⋯=I_n ; U=U_1+U_2+⋯+U_n ; R=R_1+R_2+⋯+R_n ,

Плюсом последовательного соединения является простота сборки, а минусом – то, что если один элемент выйдет из строя, то ток пропадет во всей цепи. В такой ситуации неработающий элемент будет подобен ключу в выключенном положении. Пример из жизни неудобства такого соединения наверняка припомнят все люди постарше, которые украшали елки гирляндами из лампочек.

Если в такой гирлянде выходила из строя хотя бы одна лампочка, приходилось перебирать их все, пока не найдешь ту самую, перегоревшую. В современных гирляндах эта проблема решена. В них используют специальные диодные лампочки, в которых при перегорании сплавляются вместе контакты, и ток продолжает беспрепятственно проходить дальше.

Параллельное соединение проводников

При параллельном соединении проводников все элементы цепи подключаются к одной и той же паре точек, можно назвать их А и В. К этой же паре точек подключают источник тока. То есть получается, что все элементы подключены к одинаковому напряжению между А и В. В то же время ток как бы разделяется на все нагрузки в зависимости от сопротивления каждой из них.

Параллельное соединение можно сравнить с течением реки, на пути которой возникла небольшая возвышенность. Вода в таком случае огибает возвышенность с двух сторон, а потом вновь сливается в один поток. Получается островок посреди реки. Так вот параллельное соединение – это два отдельных русла вокруг острова. А точки А и В – это места, где разъединяется и вновь соединяется общее русло реки.

Напряжение тока в каждой отдельной ветви будет равно общему напряжению в цепи. Общий ток цепи будет складываться из токов всех отдельных ветвей. А вот общее сопротивление цепи при параллельном соединении будет меньше сопротивления тока на каждой из ветвей. Это происходит потому, что общее сечение проводника между точками А и В как бы увеличивается за счет увеличения числа параллельно подключенных нагрузок. Поэтому общее сопротивление уменьшается. Параллельное соединение описывается следующими соотношениями:

U=U_1=U_2=⋯=U_n ; I=I_1+I_2+⋯+I_n ; 1/R=1/R_1 +1/R_2 +⋯+1/R_n ,

где I — сила тока, U- напряжение, R – сопротивление, 1,2,…,n – номера элементов, включенных в цепь.

Огромным плюсом параллельного соединения является то, что при выключении одного из элементов, цепь продолжает функционировать дальше. Все остальные элементы продолжают работать. Минусом является то, что все приборы должны быть рассчитаны на одно и то же напряжение. Именно параллельным образом устанавливают розетки сети 220 В в квартирах. Такое подключение позволяет включать различные приборы в сеть совершенно независимо друг от друга, и при выходе их строя одного из них, это не влияет на работу остальных.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Расчёт сопротивления проводников и реостаты: формулы
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspРабота и мощность тока

Обычно все затрудняются ответить. А вот загадка эта в применении к электричеству решается вполне определенно.

Электричество начинается с закона Ома.

А уж если рассматривать дилемму в контексте параллельного или последовательного соединений — считая одно соединение курицей, а другое — яйцом, то сомнений вообще нет никаких.

Потому что закон Ома — это и есть самая первоначальная электрическая цепь. И она может быть только последовательной.

Да, придумали гальванический элемент и не знали, что с ним делать, поэтому сразу придумали еще лампочку. И вот что из этого получилось. Здесь напряжение в 1,5 В немедленно потекло в качестве тока, чтобы неукоснительно выполнять закон Ома, через лампочку к задней стенке того же элемента питания. А уж внутри самой батарейки под действием волшебницы-химии заряды снова оказались в первоначальной точке своего похода. И поэтому там, где напряжение было 1,5 вольта, оно таким и остается. То есть, напряжение постоянно одно, а заряды непрерывно движутся и последовательно проходят лампочку и гальванический элемент.

И это обычно рисуют на схеме вот так:

По закону Ома I=U/R

Тогда сопротивление лампочки (с тем током и напряжением, которые я написал) получится

R = 1/U , где R = 1 Ом

А мощность будет выделяться P = I * U , то есть P=2,25 Вm

В последовательной цепи, особенно на таком простом и несомненном примере, видно, что ток, который бежит по ней от начала до конца, — все время один и тот же. А если мы теперь возьмем две лампочки и сделаем так, чтобы ток пробегал сначала по одной, а потом по другой, то будет опять то же самое — ток будет и в той лампочке, и в другой снова одинаковым. Хотя другим по величине. Ток теперь испытывает сопротивление двух лампочек, но у каждой из них сопротивление как было, так и осталось, ведь оно определяется исключительно физическими свойствами самой лампочки. Новый ток вычисляем опять по закону Ома.

Он получится равным I=U/R+R,то есть 0,75А, ровно половина того тока, который был сначала.

В этом случае току приходится преодолевать уже два сопротивления, он становится меньше. Что и видно по свечению лампочек — они теперь горят вполнакала. А общее сопротивление цепочки из двух лампочек будет равно сумме их сопротивлений. Зная арифметику, можно в отдельном случае воспользоваться и действием умножения: если последовательно соединены N одинаковых лампочек, то общее их сопротивление будет равно N, умноженное на R, где R — сопротивление одной лампочки. Логика безупречная.

А мы продолжим наши опыты. Теперь сделаем нечто подобное, что мы провернули с лампочками, но только на левой стороне цепи: добавим еще один гальванический элемент, точно такой, как первый. Как видим, теперь у нас в два раза увеличилось общее напряжение, а ток стал снова 1,5 А, о чем и сигнализируют лампочки, загоревшись снова в полную силу.

Делаем вывод:

  • При последовательном соединении электрической цепи сопротивления и напряжения ее элементов суммируются, а ток на всех элементах остается неизменным.

Легко проверить, что это утверждение справедливо как для активных компонентов (гальванических элементов), так и для пассивных (лампочек, резисторов).

То есть это значит, что напряжение, измеренное на одном резисторе (оно называется падением напряжения), можно смело суммировать с напряжением, измеренным на другом резисторе, и в сумме получатся те же 3 В. А на каждом из сопротивлений оно окажется равным половине — то есть 1,5 В. И это справедливо. Два гальванических элемента вырабатывают свои напряжения, а две лампочки их потребляют. Потому что в источнике напряжения энергия химических процессов превращается в электроэнергию, принявшую вид напряжения, а в лампочках та же самая энергия из электрической превращается в тепловую и световую.

Вернемся к первой схеме, подключим в ней еще одну лампочку, но иначе.

Теперь напряжение в точках, соединяющих две ветки, то же, что и на гальваническом элементе — 1,5 В. Но так как сопротивление у обеих лампочек тоже такое, как и было, то и ток через каждую из них пойдет 1,5 А — ток «полного накала».

Гальванический элемент теперь питает их током одновременно, следовательно, из него вытекают сразу оба эти тока. То есть общий ток из источника напряжения будет равен 1,5 А + 1,5 А = 3,0 А.

В чем же отличие этой схемы от схемы, когда те же самые лампочки были включены последовательно? Только в накале лампочек, то есть только в токе.

Тогда ток был 0,75 А, а теперь он стал сразу 3 А.

Получается, если сравнить с первоначальной схемой, то при последовательном соединении лампочек (схема 2) току сопротивления оказывалось больше (отчего он уменьшался, и лампочки теряли светимость), а параллельное подключение оказывает МЕНЬШЕ сопротивления, хотя сопротивление лампочек осталось неизменным. В чем тут дело?

А дело в том, что мы забываем одну интересную истину, что всякая палка о двух концах.

Когда мы говорим, что резистор сопротивляется току, то как бы забываем, что он ток все-таки проводит. И теперь, когда подключили лампочки параллельно, увеличилось суммарное для них свойство проводить ток, а не сопротивляться ему. Ну и, соответственно, некую величину G , по аналогии с сопротивлением R и следовало бы назвать проводимостью. И должна она в параллельном соединении проводников суммироваться.

Ну и вот она

Закон Ома тогда будет выглядеть

I = U * G &

И в случае параллельного соединения ток I будет равен U*(G+G) = 2*U*G, что мы как раз и наблюдаем.

Замена элементов цепи общим эквивалентным элементом

Инженерам часто приходится узнавать токи и напряжения во всех частях схем. А реальные электрические схемы бывают достаточно сложными и разветвленными и могут содержать множество элементов, активно потребляющих электроэнергию и соединенных друг с другом в совершенно разных сочетаниях. Это называется расчет электрических схем. Он делается при проектировании энергоснабжения домов, квартир, организаций. При этом очень важно, какие токи и напряжения будут действовать в электрической цепи, хотя бы для того, чтобы выбрать подходящие им сечения проводов, нагрузки на всю сеть или ее части, и так далее. А уж насколько сложны бывают электронные схемы, содержащие тысячи, а то и миллионы элементов, думаю, понятно всякому.

Самое первое что, напрашивается — это воспользоваться знанием того, как ведут себя токи напряжения в таких простейших соединениях сети, как последовательное и параллельное. Делают так: вместо найденного в сети последовательного соединения двух или более активных устройств-потребителей (как наши лампочки) нарисовать один, но чтобы его сопротивление было таким же, как у обоих. Тогда картина токов и напряжений в остальной части схемы не изменится. Аналогично и с параллельным соединением: вместо них нарисовать такой элемент, ПРОВОДИМОСТЬ которого была бы такой же, как у обоих.

Теперь если схему перерисовать, заменив последовательные и параллельные соединения одним элементом, то получим схему, которая называется «схемой эквивалентного замещения».

Такую процедуру можно продолжать до тех пор, пока у нас не останется наипростейшая — которой мы в самом начале иллюстрировали закон Ома. Только вместо лампочки будет стоять одно сопротивление, которое и называют эквивалентным сопротивлением нагрузки.

Это первая задача. Она дает нам возможность по закону Ома рассчитать общий ток во всей сети, или общий ток нагрузки.

Вот это и есть полный расчет электрической сети.

Примеры

Пусть цепь содержит 9 активных сопротивлений. Это могут быть лампочки или что-то другое.

На ее входные клеммы подано напряжение в 60 В.

Значения сопротивлений для всех элементов следующие:

Найти все неизвестные токи и напряжения.

Надо пойти по пути поиска параллельных и последовательных участков сети, рассчитывать эквивалентные им сопротивления и постепенно упрощать схему. Видим, что R 3 , R 9 и R 6 соединены последовательно. Тогда им эквивалентное сопротивление R э 3, 6, 9 будет равно их сумме R э 3, 6, 9 = 1 + 4 + 1 Ом = 6 Ом.

Теперь заменяем параллельный кусочек из сопротивлений R 8 и R э 3, 6, 9, получая R э 8, 3, 6, 9 . Только при параллельном соединении проводников, складывать придется проводимости.

Проводимость измеряется в единицах, называемых сименсами, обратных омам.

Если перевернуть дробь, получим сопротивление R э 8, 3, 6, 9 = 2 Ом

Совершенно так же, как в первом случае, объединяем сопротивления R 2 , R э 8, 3, 6, 9 и R 5, включенные последовательно, получая R э 2, 8, 3, 6, 9, 5 = 1 + 2 + 1 = 4 Ом.

Осталось два шага: получить сопротивление, эквивалентное двум резисторам параллельного соединения проводников R 7 и R э 2, 8, 3, 6, 9, 5.

Оно равно R э 7, 2, 8, 3, 6, 9, 5 = 1/(1/4+1/4)=1/(2/4)=4/2 = 2 Ом

На последнем шаге просуммируем все последовательно включенные сопротивления R 1 , R э 7, 2, 8, 3, 6, 9, 5 и R 4 и получим сопротивление, эквивалентное сопротивлению всей цепи R э и равное сумме этих трех сопротивлений

R э = R 1 + R э 7, 2, 8, 3, 6, 9, 5 + R4 = 1 + 2 + 1 = 4 Ом

Ну и вспомним, в честь кого назвали единицу сопротивлений, написанную нами в последней из этих формул, и вычислим по его закону общий ток во всей цепи I

Теперь, двигаясь в обратном направлении, в сторону все большего усложнения сети, можно получать по закону Ома токи и напряжения во всех цепочках нашей достаточно простой схемы.

Так обычно и рассчитывают схемы электроснабжения квартир, которые состоят из параллельных и последовательных участков. Что, как правило, не годится в электронике, потому что там многое по-другому устроено, и все гораздо замысловатее. И вот такую, например, схему, когда не поймешь, параллельное это соединение проводников или последовательное, рассчитывают по законам Кирхгофа.

Содержание:

Течение тока в электрической цепи осуществляется по проводникам, в направлении от источника к потребителям. В большинстве подобных схем используются медные провода и электрические приемники в заданном количестве, обладающие различным сопротивлением. В зависимости выполняемых задач, в электрических цепях используется последовательное и параллельное соединение проводников. В некоторых случаях могут быть применены оба типа соединений, тогда этот вариант будет называться смешанным. Каждая схема имеет свои особенности и отличия, поэтому их нужно обязательно заранее учитывать при проектировании цепей, ремонте и обслуживании электрооборудования.

Последовательное соединение проводников

В электротехнике большое значение имеет последовательное и параллельное соединение проводников в электрической цепи. Среди них часто используется схема последовательного соединения проводников предполагающая такое же соединение потребителей. В этом случае включение в цепь выполняется друг за другом в порядке очередности. То есть, начало одного потребителя соединяется с концом другого при помощи проводов, без каких-либо ответвлений.

Свойства такой электрической цепи можно рассмотреть на примере участков цепи с двумя нагрузками. Силу тока, напряжение и сопротивление на каждом из них следует обозначить соответственно, как I1, U1, R1 и I2, U2, R2. В результате, получились соотношения, выражающие зависимость между величинами следующим образом: I = I1 = I2, U = U1 + U2, R = R1 + R2. Полученные данные подтверждаются практическим путем с помощью проведения измерений амперметром и вольтметром соответствующих участков.

Таким образом, последовательное соединение проводников отличается следующими индивидуальными особенностями:

  • Сила тока на всех участках цепи будет одинаковой.
  • Общее напряжение цепи составляет сумму напряжений на каждом участке.
  • Общее сопротивление включает в себя сопротивления каждого отдельного проводника.

Данные соотношения подходят для любого количества проводников, соединенных последовательно. Значение общего сопротивления всегда выше, чем сопротивление любого отдельно взятого проводника. Это связано с увеличением их общей длины при последовательном соединении, что приводит и к росту сопротивления.

Если соединить последовательно одинаковые элементы в количестве n, то получится R = n х R1, где R — общее сопротивление, R1 — сопротивление одного элемента, а n — количество элементов. Напряжение U, наоборот, делится на равные части, каждая из которых в n раз меньше общего значения. Например, если в сеть с напряжением 220 вольт последовательно включаются 10 ламп одинаковой мощности, то напряжение в любой из них составит: U1 = U/10 = 22 вольта.

Проводники, соединенные последовательно, имеют характерную отличительную особенность. Если во время работы отказал хотя-бы один из них, то течение тока прекращается во всей цепи. Наиболее ярким примером является , когда одна перегоревшая лампочка в последовательной цепи, приводит к выходу из строя всей системы. Для установления перегоревшей лампочки понадобится проверка всей гирлянды.

Параллельное соединение проводников

В электрических сетях проводники могут соединяться различными способами: последовательно, параллельно и комбинированно. Среди них параллельное соединение это такой вариант, когда проводники в начальных и конечных точках соединяются между собой. Таким образом, начала и концы нагрузок соединяются вместе, а сами нагрузки располагаются параллельно относительно друг друга. В электрической цепи могут содержаться два, три и более проводников, соединенных параллельно.

Если рассматривать последовательное и параллельное соединение, сила тока в последнем варианте может быть исследована с помощью следующей схемы. Берутся две лампы накаливания, обладающие одинаковым сопротивлением и соединенные параллельно. Для контроля к каждой лампочке подключается собственный . Кроме того, используется еще один амперметр, контролирующий общую силу тока в цепи. Проверочная схема дополняется источником питания и ключом.

После замыкания ключа нужно контролировать показания измерительных приборов. Амперметр на лампе № 1 покажет силу тока I1, а на лампе № 2 — силу тока I2. Общий амперметр показывает значение силы тока, равное сумме токов отдельно взятых, параллельно соединенных цепей: I = I1 + I2. В отличие от последовательного соединения, при перегорании одной из лампочек, другая будет нормально функционировать. Поэтому в домашних электрических сетях используется параллельное подключение приборов.

С помощью такой же схемы можно установить значение эквивалентного сопротивления. С этой целью в электрическую цепь добавляется вольтметр. Это позволяет измерить напряжение при параллельном соединении, сила тока при этом остается такой же. Здесь также имеются точки пересечения проводников, соединяющих обе лампы.

В результате измерений общее напряжение при параллельном соединении составит: U = U1 = U2. После этого можно рассчитать эквивалентное сопротивление, условно заменяющее все элементы, находящиеся в данной цепи. При параллельном соединении, в соответствии с законом Ома I = U/R, получается следующая формула: U/R = U1/R1 + U2/R2, в которой R является эквивалентным сопротивлением, R1 и R2 — сопротивления обеих лампочек, U = U1 = U2 — значение напряжения, показываемое вольтметром.

Следует учитывать и тот фактор, что токи в каждой цепи, в сумме составляют общую силу тока всей цепи. В окончательном виде формула, отражающая эквивалентное сопротивление будет выглядеть следующим образом: 1/R = 1/R1 + 1/R2. При увеличении количества элементов в таких цепях — увеличивается и число слагаемых в формуле. Различие в основных параметрах отличают друг от друга и источников тока, позволяя использовать их в различных электрических схемах.

Параллельное соединение проводников характеризуется достаточно малым значением эквивалентного сопротивления, поэтому сила тока будет сравнительно высокой. Данный фактор следует учитывать, когда в розетки включается большое количество электроприборов. В этом случае сила тока значительно возрастает, приводя к перегреву кабельных линий и последующим возгораниям.

Законы последовательного и параллельного соединения проводников

Данные законы, касающиеся обоих видов соединений проводников, частично уже были рассмотрены ранее.

Для более четкого их понимания и восприятия в практической плоскости, последовательное и параллельное соединение проводников, формулы следует рассматривать в определенной последовательности:

  • Последовательное соединение предполагает одинаковую силу тока в каждом проводнике: I = I1 = I2.
  • параллельное и последовательное соединение проводников объясняет в каждом случае по-своему. Например, при последовательном соединении, напряжения на всех проводниках будут равны между собой: U1 = IR1, U2 = IR2. Кроме того, при последовательном соединении напряжение составляет сумму напряжений каждого проводника: U = U1 + U2 = I(R1 + R2) = IR.
  • Полное сопротивление цепи при последовательном соединении состоит из суммы сопротивлений всех отдельно взятых проводников, независимо от их количества.
  • При параллельном соединении напряжение всей цепи равно напряжению на каждом из проводников: U1 = U2 = U.
  • Общая сила тока, измеренная во всей цепи, равна сумме токов, протекающих по всем проводникам, соединенных параллельно между собой: I = I1 + I2.

Для того чтобы более эффективно проектировать электрические сети, нужно хорошо знать последовательное и параллельное соединение проводников и его законы, находя им наиболее рациональное практическое применение.

Смешанное соединение проводников

В электрических сетях как правило используется последовательное параллельное и смешанное соединение проводников, предназначенное для конкретных условий эксплуатации. Однако чаще всего предпочтение отдается третьему варианту, представляющему собой совокупность комбинаций, состоящих из различных типов соединений.

В таких смешанных схемах активно применяется последовательное и параллельное соединение проводников, плюсы и минусы которых обязательно учитываются при проектировании электрических сетей. Эти соединения состоят не только из отдельно взятых резисторов, но и довольно сложных участков, включающих в себя множество элементов.

Смешанное соединение рассчитывается в соответствии с известными свойствами последовательного и параллельного соединения. Метод расчета заключается в разбивке схемы на более простые составные части, которые считаются отдельно, а потом суммируются друг с другом.

Последовательное соединение элементов — Справочник химика 21

    Реологические свойства 20%-ной суспензии бентонитовой глины в исследуемом интервале нагрузок описываются реологической моделью, состоящей из последовательно соединенных элемента Гука и модели Кельшнш — Фойгта со следующими параметрами модуль упругости элемента Гука =1,5-10 Па модуль эластичности э= 1,3-10 Па вязкость элемента Ньютона т = 1,2-10 Па-с. Рассчитайте деформацию, развивающуюся в системе за 100 с при напряжении сдвига Р = 10 Па. [c.205]
    Обобщенную структурную схему фракционирующей части установки каталитического крекинга как объекта управления также как и структурную схему РРБ (см. рис. 1-8) можно представить состоящей из двух последовательно соединенных элементов. Первый связывает управляющие воздействия и возмущения с промежуточными координатами, второй — режимные координаты и возмущения с компонентами критерия. Обобщенная структурная схема принципиально совпадает с приведенной в работе [17]. Различие диктуется различными постановками задачи. [c.32]

    Рассмотрим [134] напорный канал аппарата (например, рулонного типа), состоящего из нескольких последовательно соединенных элементов (рис. У-Ю), с двумя проницаемыми стенками и турбулизатором между ними (на рис. У-Ю турбулизатор не показан). Исходный раствор входит в канал в точке х = Ь и движется вдоль канала, причем часть раствора в виде фильтрата проходит через мембрану с постоянной скоростью Wм. Полагаем, что величина пропорциональна рабочему давлению (т. е. считаем, что гидравлические потери малы по сравнению с рабочим давлением) и осмотическое давление в процессе разделения меняется незначительно. Этот случай, например, может встретиться на практике при обессоливании воды с начальной концентрацией до 3—5 г/л (при более высоких концентрациях соли в исходной воде при расчете [c.269]

    Последовательное соединение элементов по свойству надежности ХТС — такая совокупность элементов структуры блок-схемы надежности ХТС, для которой необходимым и достаточ- [c.47]

    Простые однородные БСН разделим на две группы последовательные и параллельные. Последовательные БСН содержат только последовательное соединение элементов. Параллельные БСН содержат только параллельное соединение элементов. Простые неоднородные БСН содержат произвольные комбинации только последовательных и параллельных соединений элементов. Сложные БСН содержат произвольные комбинации различных соединений элементов, включая, в частности, и мостиковые соединения элементов. [c.54]


    Рассмотрим методику прогнозирования показателей надежности конструкций аппаратов при их крупногабаритном масштабировании, если известны показатели надежности простейших одно-, двух- и трехмерных конструкционных элементов малогабаритных аппаратов [88, 180]. Предположим, нам известен показатель надежности для сварного шва длиной /о, а нам нужно прогнозировать надежность сварного крупногабаритного шва длиной > 0- Для этого рассмотрим длинный крупногабаритный шов Ь как сложную систему, состоящую из последовательно соединенных элементов, представляющих собой участки шва в виде элементарных швов длиной 1 = 1о. [c.197]

    Обобщая результат на произвольное число последовательно соединенных элементов, находим  [c.106]

    Широкой известностью в Советском Союзе и за рубежом пользуется батарея Крона ВЦ с загущенным электролитом, состоящая из семи последовательно соединенных элементов. Устройство отдельного элемента показано на рис. 1-6. [c.23]

    Последовательное соединение элементов. Последовательное соединение элементов (рис. 1.16) — основной прием в химической технологии, так как оно соответствует многошаговому принципу переработки сырья в качественно различных элементах. Последовательное включение однотипных элементов (реакторов, теплообменников, тарелок колонны, ступеней компрессора) — это важный принцип для повышения выхода целевого продукта, степени превращения, к. п. д. и вообще для уменьшения необратимых потерь в ходе процессов. При контакте двух или более потоков в элементах системы возникает несколько вариантов структур в зависимости от направления потоков. Например, различают прямоток (рис. 1.17, u) и противоток (рис. 1.17, б) в случае нескольких потоков возникают более сложные связи различного вида (рис. 1.17, в, г). [c.21]

    Обобщенная структурная схема реакторно-регенераторного блока установки каталитического крекинга как объекта управления показана на рнс. 1-8. Схема содержит два последовательно соединенных элемента Oi и Ог. Первый связывает возмущения 2 и управления Ы/ с промежуточными переменными х. Второй элемент связывает возмущения Z / и переменные х с выходными величинами л — элементами критерия и ограничений. [c.27]

    В разделе 1.3.4 рассмотрена обобщенная структурная схема фракционирующей части установки каталитического крекинга, включающая два последовательно соединенных элемента. Первый элемент связывает управляющие и возмущающие воздействия с режимными координатами, второй — режимные координаты с показателями качества продуктов крекинга, являющимися ограничениями в задаче управления. При этом сформулированная в главе I задача автоматической стабилизации показателей качества включает в качестве промежуточной задачу стабилизации режимных координат, а соответствующая система автоматического регулирования показателей качества строится, как правило, по иерархической схеме. Ниже будут рассмотрены в отдельности задачи автоматической стабилизации режимных координат и показателей качества целевых продуктов крекинга. [c.67]

    В TOM случае, если агрегат работает без специального резервирования (т. е. введения дополнительных средств сверх необходимых для выполнения заданных функций), его рассматривают как систему, состоящую из последовательно соединенных элементов. Отказ одного из них влечет отказ всей системы. Для определения вероятности безотказной работы системы необходимо найти произведение вероятности безотказной работы элементов (в случае их независимой работы)  [c.44]

    При последовательном соединении элементов интенсивность отказов суммируют. Это следует из следующих соображений. Если X, [t) = %1 (интенсивность отказов t-ro элемента), то для системы [c.50]

    Следовательно, надежность системы с последовательным соединением элементов уступает надежности самого ненадежного элемента. Надежность сложной системы можно повысить путем уменьшения количества составляющих ее элементов и увеличения их надежности. [c.50]

    Общее падение давления во всей системе ро — р равно сумме разностей давления на концах последовательно соединенных элементов системы (труб, камер)  [c.82]

    В области создания и усовершенствования химических источников тока работали многие русские ученые. Первая мощная гальваническая батарея, состоявшая из нескольких тысяч последовательно соединенных элементов, была построена в 1802 г, в Петербурге В. В. Петровым, который, пользуясь этим источником тоКа, провел ряд важных исследований в области электрохимии и электротехники. [c.13]

    Последовательное соединение элементов в батарею осуществляется накладыванием элементов друг на друга. При этом контакт между разноименными электродами обеспечивается с помощью электропроводной массы, которую предварительно наносят [c.26]

    Если в первом элементе моляльность mi, а во втором то измеряемая э. д. с. двух последовательно соединенных элементов отвечает изменению свободной энергии при переносе одного моля НС1 от концентрации до т , (пусть [c.167]


    Имеются также способы идентификации других ЭЭС. Как правило, они получены с помощью известных в электротехнике формул пересчета параллельного (или последовательного) соединения элементов на последовательное (параллельное). Например, таким образом получают выражения для С,,., и / яч в случае, когда реализуется схема а рис. 27  [c.50]

    Шифр батареи из последовательно соединенных элементов со- ставляется из шифра элемента и числа элементов в батарее. Число ставят впереди шифра на расстоянии, равном одной цифре. Например, батарея из 3 последовательно соединенных элементов № 336 обозначается 3 336. При параллельном соединении после шифра элемента через тире ставят число элементов. Например, батарея из 3 параллельно соединенных элементов 336 обозначается 336 — 3. При смешанном соединении шифр последовательно соединенных групп элементов отделяется от шифра параллельно соединенных элементов с помощью наклонной черты. Например, 3 336/336—3. Условная цифровая система соответствует международной системе обозначения. Некоторые из номерных элементов имеют свои торговые наименования, например солевого элемента № 373 — Марс , щелочного — Мир . [c.68]

    Сборка секций галетных батарей заключается в последовательном соединении элементов, при котором выступ агломерата элемента соприкасается с электропроводным слоем соседнего элемента. [c.200]

    Последовательное соединение элементов в секцию осуществляют распайкой токоотводов элементов, а не прижимом токоотводов корпусов 1к положительным электродам, как в батарее Крона-ВЦ . [c.209]

    В стендах, рассчитанных на проведение разрядов при постоянной силе тока в цепи, чаще всего используется последовательное соединение элементов. При таком соединении применяется разряд на вспомогательную батарею большой емкости, которая включается навстречу разряжаемым источникам тока и имеет меньшее среднее разрядное напряжение, чем испытываемые изделия. Батарея подключается к исследуемым элементам через реостат и амперметр или миллиамперметр. В конце разряда, когда в группе появляются элементы, отдавшие полную фактическую емкость, напряжение на этих элементах значительно падает. При понижении напряжения происходит уменьшение тока в цепи. В этом случае приходится с помощью реостата добиваться установления в цепи тока, соответствующего заданному режиму. Контроль за током в цепи производит работница контрольно-испытательной станции. [c.211]

    Решение. Полная деформация модели при последовательном соединении элементов складывается из деформаций элемента Гука и модели Кельвина — Фойгта  [c.205]

    Последовательно соединенные элементы образуют секции. В обозначении секции впереди шифра элемента ставится число элементов в секции. Например, секции из 6 элементов РЦ-63 (батарея Крона-РЦ) обозначаются 6РЦ-63. Батареи собирают обычно из секций, состоящих из 2—10 элементов. Часто используется параллельное соединение элементов или секций в батареях. В этом случае шифр элемента или секции ставится в скобках, а после скобки — количество параллельно соединенных элементов или секций, например (ЗРЦ-85)4. [c.217]

    Секция представляет собой последовательно соединенные элементы 1, 4 и 7, разделенные друг от друга бумажной шайбой 3, через которую проходит никелевая лента 2, соединяющая соседние элементы. Никелевая лента одним концом с помощью точечной электрической сварки приваривается в двух точках к боковой поверхности корпуса элемента, а другим — к центру крышки соседнего элемента. [c.230]

    К третьей группе относятся гель-битумы, проявляющие после сравнительно малых деформаций почти полное упругое восстановление. При больших деформациях полного упругого восстановления не происходит вследствие быстрого роста остаточных деформаций. Битумы этого типа обладают заметными тиксотропными свойствами. Деформационные свойства битумов третьей группы описываются моделью, состоящей из последовательно соединенных элементов Фойгта и упругого элемента [170, 172, 205]. [c.72]

    Особенности конструкции батарей. При последовательном соединении элементов (аккумуляторов) в батарею возможны следующие основные варианты  [c.60]

    Ступени холодильных центробежных компрессоров состоят из ряда последовательно соединенных элементов, причем в однях происходят процессы сжатия, в других — расширения, а в третьих плотность существенно не меняется. Так, во входном устройстве промежуточной ступени поток движется с увеличением скорости. Это соответствует конфузорному течению, или процессу расширения, при котором плотность падает. В рабочем колесе за счет подвода механической энергии плотность обычно увеличивается [c.60]

    Рассмотренных типовых технологических связей меж,ау элементами и подсистемами практически достаточно для решения задачи создания сложных ХТС производства любого химического продукта. Существуют ХТС, ст]руктура технологических связей которых представляет собой простую комбинацию рассмотренных типовых связей. Так, возможно последовательнопараллельное и параллельно-последовательное соединение элементов, последовательное соединение нескольких простых замкнутых ХТС, сочетание перекрестной и обратной технологических связей. [c.175]

    Таким образом, теплообмерник должен состоять из девяти последовательно соединенных элементов труба в трубе диаметром 50/38 мм длиной 6 м каждый. [c.203]

    Известно, что нет принципиальной разннны в реологических свойствах реальных жидкостей и твердых тел. Объясняется это тем, что те и другие представляют собой конденсированное состояние вещества, характеризуемое высокой плотностью упаковки атомов и молекул и малой сжимаемостью. Жидкости и твердие тела имеют практически одинаковую природу сил сцепления, которые зависят только от расстояния между частицами. Еще Максвеллом (более 100 лет назад) было выдвинуто представление о механических свойствах тел как о ненрерывном ряде переходов между идеальными жидкостью н твердым телом. Механические свойства были смоделированы с помощью последовательного соединения элементов Гука и Ньютона (рис. VII. 5). Модель получила название модели Максвелла. [c.360]

    Резервная медно-магниевая батарея, состоящая из 15 последовательно соединенных элементов Mg(Na l u l, электроды которых имеют рабочую поверхность 15×25 мм, разряжаются током 0,35 А. Межэлектродное пространство с б = 2 мм заполнено гигроскопическим веществом с объемной пористостью около 90 % и коэффициентом извилистости пор 1,1. [c.71]

    Если в первом элементе моляльность mi, а во втором tri2, то измеряемая э.д. с. двух последовательно соединенных элементов отвечагт изменению энергии Гиббса при переносе одного моля H I от концентрации 1П2 ДО ГП (пусть гп [c.220]

    Батарея Рубин-1 (рис. 55) состоит из последовательно соединенных элементов 4, в каждом из которых имеются два параллельно соединенных отрицательных электрода. Контакты / и. 2 выполнены в виде укрепленных на конта,ктной колодке 3 жестяных полос с припаянными токоотводами 6 батареи. Секция элементов стялу-та бандажом 8 и помещена в картонный футляр 5, на который наклеивается этикетка. Батареи выпускают в полиэтиленовом чехле, который снимают при эксплуатации. [c.89]

    Секция размещается в трубке, представляющей собой три слоя нолистирольной и один слой полиэтиленовой пленки. На торцевых частях секции трубка завернута. Токоотводами секции являются куски никелевой ленты, приваренные к разноименным электродам крайних элементов секции из последовательно соединенных элементов. Футляры батареи обычно делают из стальной ленты толщиной 0,5—0,8 мм путем глубокой вытяжки, сварки или клепки и окрашивания цветной нитроэмалевой краской. Выводы батареи располагаются на штепсельных разъемах (ШР) или колодках за-лсхеме включения батареи. [c.230]

    Шайбы из щелочестойкой бумаги, которые применяют для предотвращения замыканий между соседними элементами в секциях элементов, также изготовляют штамповкой бумажных полос. Такие шайбы выполняют дополнительные функции. В случае нарушения герметичности одного из элементов секции бумажные шайбы впитывают выделяющийся электролит и предотвращают попадание раствора между несколькими последовательно соединенными элементами. Благодаря такому свойству шайбы предотвращают саморазряд секции элементов. В некоторых случаях для визуальной оценки степенп вытекания щелочного электролита пользуются бумажными шайбами, пропитанными в растворе фенолфталеина. Фенолфталеин является индикатором, меняющим свою окраску в присутствии щелочи. Даже при небольшом выделении щелочи фенолфталеин принимает малиновую окраску. [c.264]

    Ко второй группе относятся битумы, обладающие заметными упругими свойствами и незначительной тиксотроиией. При приложении любых нагрузок в течение определенного времени битумы втооой группы претерпевают упругие и необратимые деформации. Битумы этого тина описываются моделью, состоящей из последовательно соединенных элементов Фойгта и вязкостного элемента. [c.72]

    Необходимо, чтобы материал электрода был катализатором либо электрохимического восстановления пероксида водорода, либо диссоциации молекул кислорода. Наиболее эффективными катализаторами являются платина и серебро, однако даже на этих электродах восстановление кислорода идет с большой поляризацией. На практике воздущные электроды обычно изготавливают из углеродистых материалов каталитической активностью обладает, в частности, активированный уголь. В состав электрода вводят и другие катализаторы, например, MnOj. Примером источника тока с такими электродами служит батарея Крона ВЦ , состоящая из 7 последовательно соединенных элементов (рис. 1.15) и предназначенная для питания транзисторных радиоприемников. [c.73]


3.2.7 Параллельное соединение проводников. Последовательное соединение проводников

Видеоурок 1: Последовательное соединение проводников

Видеоурок 2: Параллельное соединение проводников

Лекция: Параллельное соединение проводников. Последовательное  соединение проводников

Электрические цепи даже в обыкновенной комнате имеют достаточно сложное строение. Такие цепи называются цепями со смешанным соединением. Однако, несмотря на это, физики привыкли все сложное разбивать на простые элементарные части. Поэтому любое сложное соединение можно разбить на части только с последовательным или параллельным соединением. Прежде, чем убедиться в этом на практике, необходимо знать некоторые основные правила и термины.

Структура и характеристика цепи

В электрической цепи имеется огромное количество различных приборов, а также других составных частей. Однако при рассмотрении любого участка нам необходимо знать величины основных физических величин. Через любую часть цепи проходит определенная сила тока, имеется некоторое значение напряжения, а также всегда есть сопротивление. Именно поэтому участки с сопротивлением обозначаются следующим образом, и называются резисторами:


Напряжением на данном резисторе считают изменение потенциалов на входе и выходе из резистора.  Как известно, в электрической цепи ток направлен от полюса «+» к полюсу «-«, именно поэтому потенциал на входе в резистор всегда больше, чем потенциал на выходе. Вот эта разница и приводит к падению напряжения на данном участке.


При рассмотрении любой цепи в школьном курсе физики пользуются упрощенной схемой — считается, что сопротивление на проводах нулевое и напряжение на них не падает. Но мы знаем, что у каждого вещества, из которого состоит проводник, имеется сопротивление.

Последовательное соединение


При данном виде соединения концы одного участка цепи присоединяются к началу другого участка.

Рассмотрим следующую цепь, где все резисторы соединены последовательно:


1. На каждом участке цепи сила тока одинакова. Из-за того, что не происходит никакого разветвления, при одинаковом поперечном сечении проводников, за одинаковое время проходит одинаковое количество электронов.

 I = const

2. Напряжение во всей цепи равно сумме напряжений на каждом участке. Так как мы знаем, что напряжение — это величина, которая характеризуется работой, необходимой для перемещения заряда, то общая работа равна сумме работ на участках.


3. Для нахождения общего сопротивления, сопротивления всех участков следует сложить.


Все изложенные свойства не зависят от количества участков цепи — их может быть больше двух. В данном случае в формуле увеличится количество слагаемых напряжений и сопротивлений.

Параллельное соединение

При данном соединении начала всех резисторов соединяются в одной точке, а концы — в другой.

Рассмотрим все свойства параллельного соединения на примере двух параллельно соединенных резисторов. Обратите внимание на схему — на ней указаны две точки, которые названы буквами А и В. Эти точки называются узлами. Именно в данных узлах соединены участки цепи. Каждый участок, разъединенный узлом, называется веткой.


1. На каждой ветке наблюдается одинаковое значение падения напряжения.

 

U = const

2. Как нам известно, ток желает идти по той цепи, где имеется меньшее сопротивление, поэтому по каждой ветви будет проходить различная величина силы тока, в зависимости от сопротивления. Поэтому сила тока во всей цепи равна сумме сил тока на ветвях.


3. Для нахождения сопротивления всей цепи следует воспользоваться следующей формулой:


Сокращая на U, получим:

Если из данного соотношения вывести прямую формулу для нахождения общего сопротивление, то получим:


Если рассматриваемая цепь состоит из бесконечного количества резисторов с одинаковым сопротивлением, то для нахождения общего сопротивления следует значение одного сопротивления разделить на количество резисторов в цепи:


Отсюда можно сделать вывод: при параллельном соединении общее значение сопротивления уменьшается.


Свойства последовательного порта

: Подключение последовательного порта | CIMPLICITY 11 Документация

Свойства последовательного порта: Подключение к последовательному порту | CIMPLICITY 11 Документация | GE Digital ×

Видели ли вы в последнее время CIMPLICITY? Щелкните здесь , чтобы ознакомиться со всеми новыми функциями последней версии.

Зарядите свое решение GE! Загрузите бесплатную пробную версию Proficy Operations Hub, CSense Analytics и др.

Важно: У вас не установлена ​​последняя версия CIMPLICITY! Вы упускаете новейшие возможности и повышенную безопасность. Для получения информации обо всех последних функциях см. Страницу продукта CIMPLICITY. Для получения дополнительной информации об обновлениях свяжитесь с вашим торговым агентом GE Digital или отправьте электронное письмо в службу поддержки GE Digital Sales.Самую свежую документацию можно найти здесь.

Если вы проверяете метод подключения через последовательный порт, определите следующее.

Скорость передачи Введите скорость передачи данных для связи. Щелкните раскрывающийся список справа от поля ввода и выберите курс из списка.
Паритет Выберите четность, которая будет использоваться для связи.
Биты данных Выберите количество битов данных в слове, которое будет использоваться для связи.
Стоп-биты Выберите количество стоповых битов, которые будут использоваться для связи.
Управление потоком Выберите тип управления потоком, который будет использоваться для связи. Если вы измените тип управления потоком, необходимо перезагрузить компьютер, чтобы изменения вступили в силу.

Помните, что вы должны настроить одинаковую скорость передачи, биты данных, четность, стоповые биты и управление потоком для всех ПЛК, использующих последовательный порт.

Последовательная связь — обзор

Введение

На протяжении многих лет отладка проблем последовательной связи во встроенных системах обычно сводилась к отладке капризов протокола RS-232.Удивительно, но это все еще верно сегодня, потому что RS-232C является самым основным и фундаментальным из протоколов последовательной связи и, как правило, довольно надежен. Отладка обычно заключалась в том, чтобы правильно согласовать скорости передачи данных или возиться с передаваемыми данными и передаваемыми данными на контактах 2 и 3 разъема. Отладка канала последовательной связи была первой частью ввода-вывода, которая требовалась инженеру для правильной работы, поскольку связь с целевой системой зависела от правильной работы этого канала.

Сегодня протоколы последовательной связи сильно эволюционировали и используются как для периферийных коммуникаций, так и для связи между элементами сетей. Эти системы быстродействующие и сложные. Им требуются узкоспециализированные инструменты измерения для анализа и исправления ошибок в потоках данных. Любое обсуждение, которое мы могли бы провести об отладке этих систем, быстро сосредоточилось бы на том, какой анализатор компании следует купить.

Таким образом, давайте сузим наши рамки до типов систем связи, с которыми нам, скорее всего, придется иметь дело при проектировании систем управления в реальном времени без необходимости прибегать к специализированным инструментам.Кроме того, мы также можем исключить из нашего обсуждения протоколы USB и Ethernet. Вы можете возразить, что эти протоколы довольно фундаментальны. Фактически, у меня в офисе есть лазерный принтер с уже установленными портами USB и Ethernet. Разве мы не должны обсудить это?

Ярмарка. Однако, как правило, у нас будет стандартная ИС некоторой разновидности, которая будет обрабатывать трансляцию протокола связи физического уровня во что-то, с чем может иметь дело остальная часть системы.Эта схема ИС физического уровня довольно стандартна, и если вы будете следовать правилам проектирования и примерам схем, приведенным в примечаниях к применению, ваша схема с высокой вероятностью будет работать правильно. Однако, как только он покидает схему транслятора, мы должны рассматривать его как еще один элемент нашей общей системы, и тогда в игру вступают обсуждения предыдущих глав.

Вот простой пример. Ранние версии одноплатных компьютеров Arduino содержали преобразователь USB в UART IC, произведенный Future Technology Device International (FTDI).Все микроконтроллеры Atmel, которые были ядром семейства плат Arduino, имели интерфейсы UART, которые могли так же легко подключать чип к шине RS-232. Чип FTDI преобразует протокол USB в UART.

Более поздние версии микросхемы, такие как ATMEGA16U2-MU, обновили коммуникационный порт для прямого взаимодействия с USB 2.0, устраняя необходимость в микросхеме интерфейса FTDI. Все, что теперь требуется, — это два последовательных резистора 220 Ом между разъемом USB и микроконтроллером.

Итак, какие последовательные протоколы мы должны обсудить? Основываясь на моем опыте решения проблем моих учеников с разработкой своих микропроцессорных конструкций, почти все периферийные устройства, которые они подключают к своему контроллеру, являются либо интерфейсом SPI, либо интерфейсом I 2 C.Поэтому давайте обсудим эти протоколы, исходя только из уровня боли.

Поскольку RS-232 все еще существует и все еще используется во многих системах, мы рассмотрим основы этого протокола и проблемы, связанные с его работой.

Наконец, и в основном потому, что он получил широкое распространение во многих отраслях промышленности в качестве протокола связи, мы рассмотрим шину CAN. Изначально шина CAN развивалась как стандарт связи для автомобильных систем, но с годами получила гораздо большее признание и в других отраслях промышленности.

Наконец, еще одна причина, по которой, на мой взгляд, имеет смысл обсудить эти четыре протокола в контексте отладки, является то, что простые смертные могут находить и исправлять ошибки, используя только стандартный осциллограф или логический анализатор.

Чтение и запись в последовательный порт

Web Serial API позволяет веб-сайтам обмениваться данными с последовательными устройствами.

• Обновлено

Что такое Web Serial API? #

Последовательный порт — это интерфейс двунаправленной связи, который позволяет посылать и получать данные побайтно.

Web Serial API предоставляет веб-сайтам способ чтения и записи на последовательное устройство с помощью JavaScript. Последовательные устройства подключаются либо через последовательный порт в системе пользователя, либо через съемные устройства USB и Bluetooth, которые имитируют последовательный порт.

Другими словами, Web Serial API соединяет сеть и физический мир, позволяя веб-сайтам обмениваться данными с устройствами с последовательным интерфейсом, такими как микроконтроллеры и 3D-принтеры.

Этот API также является отличным дополнением к WebUSB, поскольку операционные системы требуют, чтобы приложения взаимодействовали с некоторыми последовательными портами, используя их последовательный API более высокого уровня, а не низкоуровневый API USB.

Предлагаемые варианты использования #

В образовательном, любительском и промышленном секторах пользователи подключают периферийные устройства к своим компьютерам. Эти устройства часто управляются микроконтроллерами через последовательное соединение, используемое специальным программным обеспечением. Некоторое специальное программное обеспечение для управления этими устройствами построено с использованием веб-технологий:

В некоторых случаях веб-сайты взаимодействуют с устройством через приложение-агент, которое пользователи устанавливают вручную. В других случаях приложение доставляется в виде упакованного приложения через такую ​​платформу, как Electron.А в других случаях от пользователя требуется выполнить дополнительный шаг, такой как копирование скомпилированного приложения на устройство через USB-накопитель.

Во всех этих случаях взаимодействие с пользователем будет улучшено за счет обеспечения прямой связи между веб-сайтом и устройством, которым он управляет.

Текущий статус #

Шаг Статус
1. Создать объяснитель Завершено
2.Создать первоначальный проект спецификации Завершить
3. Собирать отзывы и повторять дизайн Завершено
4. Пробная версия Завершена
5. Запуск Завершено

Использование Web Serial API #

Обнаружение функции #

Чтобы проверить, поддерживается ли Web Serial API, используйте:

  if ("серийный" в навигаторе) {
}

Откройте последовательный порт #

API последовательного веб-интерфейса является асинхронным по дизайну.Это предотвращает блокировку пользовательского интерфейса веб-сайта при ожидании ввода, что важно, поскольку последовательные данные могут быть получены в любое время, требуя способа их прослушивания.

Чтобы открыть последовательный порт, сначала обратитесь к объекту SerialPort . Для этого вы можете либо предложить пользователю выбрать один последовательный порт, вызвав navigator.serial.requestPort () , либо выбрать один из navigator.serial.getPorts () , который возвращает список последовательных портов, которые есть на веб-сайте. был предоставлен доступ к ранее.

  
const port = ожидание navigator.serial.requestPort ();
  
константные порты = ожидание navigator.serial.getPorts ();

Функция navigator.serial.requestPort () принимает необязательный литерал объекта, который определяет фильтры. Они используются для сопоставления любого последовательного устройства, подключенного через USB, с обязательным поставщиком USB ( usbVendorId ) и дополнительными идентификаторами продуктов USB ( usbProductId ).

  
const Filters = [
{usbVendorId: 0x2341, usbProductId: 0x0043},
{usbVendorId: 0x2341, usbProductId: 0x0001}
];


const port = ждать навигатора.serial.requestPort ({фильтры});

const {usbProductId, usbVendorId} = port.getInfo ();

Пользовательское приглашение для выбора BBC micro: bit

Вызов requestPort () предлагает пользователю выбрать устройство и возвращает объект SerialPort . Если у вас есть объект SerialPort , вызов port.open () с желаемой скоростью передачи откроет последовательный порт. Элемент словаря baudRate указывает, насколько быстро данные передаются по последовательной линии.Он выражается в битах в секунду (бит / с). Проверьте правильность значения в документации вашего устройства, так как все данные, которые вы отправляете и получаете, будут бессмысленны, если они будут указаны неправильно. Для некоторых устройств USB и Bluetooth, которые имитируют последовательный порт, это значение может быть безопасно установлено на любое значение, поскольку оно игнорируется эмуляцией.

  
const port = ожидание navigator.serial.requestPort ();


ожидание открытия порта ({baudRate: 9600});

Вы также можете указать любую из опций ниже при открытии последовательного порта.Эти параметры не являются обязательными и имеют удобные значения по умолчанию.

  • dataBits : количество бит данных в кадре (7 или 8).
  • stopBits : количество стоповых битов в конце кадра (1 или 2).
  • четность : режим четности (либо «нет» , «четный» или «нечетный» ).
  • bufferSize : размер буферов чтения и записи, которые должны быть созданы (должен быть меньше 16 МБ).
  • flowControl : режим управления потоком ( «нет» или «аппаратный» ).

Чтение из последовательного порта #

Входные и выходные потоки в Web Serial API обрабатываются Streams API.

Если потоки для вас впервые, ознакомьтесь с концепциями Streams API. В этой статье даже поверхностно рассматриваются потоки и их обработка.

После того, как соединение через последовательный порт установлено, свойства для чтения, и , для записи, из объекта SerialPort возвращают ReadableStream и WritableStream.Они будут использоваться для приема и отправки данных на последовательное устройство. Оба используют экземпляра Uint8Array для передачи данных.

Когда новые данные поступают от последовательного устройства, port.readable.getReader (). Read () асинхронно возвращает два свойства: значение и логическое значение done . Если выполнено, истинно, последовательный порт был закрыт или данные больше не поступают. Вызов port.readable.getReader () создает считывающее устройство и блокирует доступный для чтения для него.Пока читаемый заблокирован, последовательный порт не может быть закрыт.

  const reader = port.readable.getReader (); 


while (true) {
const {value, done} = ожидание reader.read ();
if (сделано) {
reader.releaseLock ();
перерыв;
}
console.log (значение);
}

Некоторые нефатальные ошибки чтения последовательного порта могут произойти при определенных условиях, таких как переполнение буфера, ошибки кадрирования или ошибки четности. Они выбрасываются как исключения и могут быть перехвачены добавлением еще одного цикла поверх предыдущего, который проверяет порт .читаемый . Это работает, потому что, пока ошибки не являются фатальными, автоматически создается новый ReadableStream. При возникновении фатальной ошибки, например, при удалении последовательного устройства, port.readable становится нулевым.

   while (порт. Читаемый) { 
const reader = port.readable.getReader ();

попробуйте {
while (true) {
const {value, done} = await reader.read ();
, если (выполнено) {

считыватель.releaseLock ();
перерыв;
}
if (значение) {
console.log (значение);
}
}
} catch (ошибка) {

}
}

Если последовательное устройство отправляет текст обратно, вы можете перенаправить port.readable через TextDecoderStream , как показано ниже . TextDecoderStream — это поток преобразования, который захватывает все фрагменты Uint8Array и преобразует их в строки.

   const textDecoder = новый TextDecoderStream ();  
const readableStreamClosed = port.readable.pipeTo (textDecoder.writable);
const reader = textDecoder.readable.getReader ();


while (true) {
const {value, done} = ожидание reader.read ();
if (done) {

reader.releaseLock ();
перерыв;
}

console.log (значение);
}

Запись в последовательный порт #

Чтобы отправить данные на последовательное устройство, передайте данные в порт .Writable.getWriter (). написать () . Вызов releaseLock () на порт .writable.getWriter () необходим для закрытия последовательного порта позже.

  const writer = port.writable.getWriter (); 

const data = новый Uint8Array ([104, 101, 108, 108, 111]);
ждать писателя.write (данные);


writer.releaseLock ();

Отправьте текст на устройство через TextEncoderStream , подключенный к порту с возможностью записи , как показано ниже.

  const textEncoder = новый TextEncoderStream (); 
const WritableStreamClosed = textEncoder.readable.pipeTo (port.writable);

const writer = textEncoder.writable.getWriter ();

await writer.write ("привет");

Закройте последовательный порт #

port.close () закрывает последовательный порт, если его читаемые и записываемые элементы разблокированы, то есть releaseLock () был вызван для их соответствующего считывающего и записывающего устройства .

  ожидание порта.close ();  

Однако при непрерывном считывании данных с последовательного устройства с использованием цикла, port.readable всегда будет заблокирован, пока не возникнет ошибка. В этом случае вызов reader.cancel () заставит reader.read () немедленно разрешиться с {value: undefined, done: true} и, следовательно, позволит циклу вызвать reader.releaseLock () .

  

пусть keepReading = true;
пусть читатель;

асинхронная функция readUntilClosed () {
while (port.читаемый && keepReading) {
reader = port.readable.getReader ();
попробуйте {
while (true) {
const {value, done} = await reader.read ();
if (сделано) {
break;
}
console.log (значение);
}
} catch (ошибка) {
} finally {
reader.releaseLock ();
}
}

ожидание порта.close ();
}

const closedPromise = readUntilClosed ();

document.querySelector ('button'). AddEventListener ('click', async () => {
keepReading = false;
reader.Отмена();
await closedPromise;
});

Закрытие последовательного порта более сложно при использовании потоков преобразования (например, TextDecoderStream и TextEncoderStream ). Вызовите reader.cancel () как раньше. Затем вызовите writer.close () и port.close () . Это распространяет ошибки через потоки преобразования на базовый последовательный порт. Поскольку распространение ошибки не происходит немедленно, вам необходимо использовать обещания readableStreamClosed и WritableStreamClosed , созданные ранее, чтобы определить, когда порт .читаемый и порт записываемый разблокированы. Отмена считывателя вызывает прерывание потока; вот почему вы должны поймать и проигнорировать возникшую ошибку.

  

const textDecoder = новый TextDecoderStream ();
константа readableStreamClosed = port.readable.pipeTo (textDecoder.writable);
const reader = textDecoder.readable.getReader ();


в то время как (истина) {
const {значение, сделано} = ожидание reader.read ();
, если (выполнено) {
считыватель.releaseLock ();
перерыв;
}

console.log (значение);
}

const textEncoder = new TextEncoderStream ();
const WritableStreamClosed = textEncoder.readable.pipeTo (port.writable);

reader.cancel ();
ожидание readableStreamClosed.catch (() => {});

writer.close ();
await WritableStreamClosed;

ожидание порта.close ();

Прослушивание подключения и отключения #

Если последовательный порт предоставляется устройством USB, то это устройство может быть подключено или отключено от системы.Когда веб-сайту было предоставлено разрешение на доступ к последовательному порту, он должен отслеживать события подключения, и , отключение, .

  navigator.serial.addEventListener ("подключиться", (событие) => {
});

navigator.serial.addEventListener ("отключиться", (событие) => {
});

До Chrome 89 события connect и disconnect запускали настраиваемый объект SerialConnectionEvent с затронутым интерфейсом SerialPort , доступным как атрибут порта .Вы можете использовать event.port || event.target для обработки перехода.

Обработка сигналов #

После установления соединения через последовательный порт вы можете явно запросить и установить сигналы, предоставляемые последовательным портом, для обнаружения устройства и управления потоком. Эти сигналы определены как логические значения. Например, некоторые устройства, такие как Arduino, войдут в режим программирования, если включен сигнал готовности терминала данных (DTR).

Установка выходных сигналов и получение входных сигналов соответственно выполняется путем вызова порта .setSignals () и port.getSignals () . См. Примеры использования ниже.

  
ожидание port.setSignals ({break: false});


ожидание port.setSignals ({dataTerminalReady: true});


ожидание port.setSignals ({requestToSend: false});

  константные сигналы = ожидание port.getSignals (); 
console.log (`Отменить отправку: $ {signal.clearToSend}`);
console.log (`Обнаружение носителя данных: $ {signal.dataCarrierDetect}`);
консоль.log (`Набор данных готов: $ {signal.dataSetReady}`);
console.log (`Индикатор звонка: $ {signal.ringIndicator}`);

Преобразование потоков #

Когда вы получаете данные с последовательного устройства, вам не обязательно получать все данные сразу. Он может быть произвольно разбит на части. Дополнительные сведения см. В разделе Концепции Streams API.

Чтобы справиться с этим, вы можете использовать некоторые встроенные потоки преобразования, такие как TextDecoderStream , или создать собственный поток преобразования, который позволяет анализировать входящий поток и возвращать проанализированные данные.Поток преобразования находится между последовательным устройством и циклом чтения, который потребляет поток. Он может применить произвольное преобразование до того, как данные будут использованы. Думайте об этом как о сборочной линии: по мере того, как виджет спускается по конвейеру, каждый шаг в линии изменяет виджет, так что к тому времени, когда он доберется до своего конечного пункта назначения, это полностью функционирующий виджет.

Вторая мировая война Castle Bromwich Airplane Factory

Например, рассмотрим, как создать класс потока преобразования, который потребляет поток и разбивает его на части на основе разрывов строк.Его метод transform () вызывается каждый раз, когда поток получает новые данные. Он может либо поставить данные в очередь, либо сохранить их на потом. Метод flush () вызывается при закрытии потока и обрабатывает любые данные, которые еще не были обработаны.

Чтобы использовать класс потока преобразования, вам необходимо пропустить через него входящий поток. В третьем примере кода в разделе Чтение из последовательного порта исходный входной поток был передан только через TextDecoderStream , поэтому нам нужно вызвать pipeThrough () , чтобы передать его через наш новый LineBreakTransformer .

  class LineBreakTransformer {
constructor () {
this.chunks = "";
}

преобразование (фрагмент, контроллер) {
this.chunks + = фрагмент;
константные строки = this.chunks.split ("\ r \ n");
this.chunks = lines.pop ();
строки.forEach ((строка) => controller.enqueue (строка));
}

flush (контроллер) {
controller.enqueue (this.chunks);
}
}

  const textDecoder = new TextDecoderStream (); 
const readableStreamClosed = порт.читаемый.pipeTo (textDecoder.writable);
const reader = textDecoder.readable
.pipeThrough (новый TransformStream (новый LineBreakTransformer ()))
.getReader ();

Для отладки проблем связи с последовательным устройством используйте метод tee () для порта port.readable , чтобы разделить потоки, идущие к последовательному устройству или от него. Два созданных потока можно использовать независимо друг от друга, что позволяет вывести один на консоль для проверки.

  const [appReadable, devReadable] = port.readable.tee ();  

Советы разработчика #

Отладка Web Serial API в Chrome проста с помощью внутренней страницы about: // device-log , где вы можете увидеть все события, связанные с последовательным устройством, в одном месте.

Внутренняя страница в Chrome для отладки Web Serial API.

Codelab #

В кодовой лаборатории Google Developer вы будете использовать Web Serial API для взаимодействия с платой BBC micro: bit для отображения изображений на ее светодиодной матрице 5×5.

Поддержка браузера #

Web Serial API доступен на всех настольных платформах (Chrome OS, Linux, macOS и Windows) в Chrome 89.

Polyfill #

На Android возможна поддержка последовательных портов USB с помощью WebUSB API и полифилла Serial API. Этот полифил ограничен оборудованием и платформами, на которых устройство доступно через API WebUSB, поскольку оно не заявлено встроенным драйвером устройства.

Безопасность и конфиденциальность #

Авторы спецификации разработали и внедрили Web Serial API, используя основные принципы, определенные в разделе Контроль доступа к мощным функциям веб-платформы, включая пользовательский контроль, прозрачность и эргономику.Возможность использования этого API в основном обеспечивается моделью разрешений, которая предоставляет доступ только одному последовательному устройству за раз. В ответ на запрос пользователя пользователь должен предпринять активные действия для выбора конкретного последовательного устройства.

Чтобы понять компромиссы безопасности, ознакомьтесь с разделами, посвященными безопасности и конфиденциальности, в объяснении Web Serial API Explainer.

Отзыв №

Команда разработчиков Chrome хотела бы узнать о ваших мыслях и опыте работы с Web Serial API.

Расскажите о дизайне API #

Есть ли в API что-то, что не работает должным образом? Или отсутствуют методы или свойства, необходимые для реализации вашей идеи?

Укажите проблему со спецификацией в репозитории GitHub Web Serial API или добавьте свои мысли к существующей проблеме.

Сообщить о проблеме с реализацией #

Обнаружили ли вы ошибку в реализации Chrome? Или реализация отличается от спецификации?

Сообщите об ошибке на https://new.crbug.com. Обязательно укажите как можно больше подробностей, предоставьте простые инструкции по воспроизведению ошибки и установите для параметра Components значение Blink> Serial . Glitch отлично подходит для быстрого и легкого обмена репродукциями.

Показать поддержку #

Планируете ли вы использовать Web Serial API? Ваша общедоступная поддержка помогает команде Chrome определять приоритеты функций и показывает другим поставщикам браузеров, насколько важна их поддержка.

Отправьте твит на @ChromiumDev с хэштегом #SerialAPI и сообщите нам, где и как вы его используете.

Полезные ссылки #

Демонстрации #

Благодарности #

Спасибо Рейли Гранту и Джо Медли за рецензии на эту статью. Фотография завода самолетов Бирмингемского музейного фонда на Unsplash.

Последнее обновление: Улучшить статью

Serial — Arduino Reference

Описание

Используется для связи между платой Arduino и компьютером или другими устройствами.Все платы Arduino имеют как минимум один последовательный порт (также известный как UART или USART), а некоторые — несколько.

Доска Имя USB CDC Последовательные контакты Контакты Serial1 Serial2 контакта Serial3 контакта

Uno, Nano, Mini

0 (прием), 1 (TX)

Мега

0 (прием), 1 (TX)

19 (прием), 18 (передача)

17 (прием), 16 (передача)

15 (прием), 14 (TX)

Леонардо, Микро, Юнь

Серийный

0 (прием), 1 (TX)

Uno WiFi Rev.2

Подключено к USB

0 (прием), 1 (TX)

Подключено к NINA

Платы MKR

Серийный

13 (прием), 14 (TX)

Ноль

Последовательный порт USB (только собственный порт USB)

Подключено к порту программирования

0 (прием), 1 (TX)

Срок погашения

Последовательный порт USB (только собственный порт USB)

0 (прием), 1 (TX)

19 (прием), 18 (передача)

17 (прием), 16 (передача)

15 (прием), 14 (TX)

101

Серийный

0 (прием), 1 (TX)

На Uno, Nano, Mini и Mega контакты 0 и 1 используются для связи с компьютером.Подключение чего-либо к этим контактам может помешать этой связи, в том числе вызвать сбои при загрузке на плату.

Вы можете использовать встроенный последовательный монитор среды Arduino для связи с платой Arduino. Нажмите кнопку монитора последовательного порта на панели инструментов и выберите ту же скорость передачи, что и при вызове begin () .

Последовательная связь на выводах TX / RX использует логические уровни TTL (5 В или 3,3 В в зависимости от платы). Не подключайте эти контакты напрямую к последовательному порту RS232; они работают при +/- 12 В и могут повредить вашу плату Arduino.

Чтобы использовать эти дополнительные последовательные порты для связи с вашим персональным компьютером, вам понадобится дополнительный адаптер USB-to-serial, так как они не подключены к адаптеру Mega USB-to-serial. Чтобы использовать их для связи с внешним устройством с последовательным интерфейсом TTL, подключите контакт TX к контакту RX вашего устройства, RX — к контакту TX вашего устройства, а заземление Mega — к земле вашего устройства.

Настройка консольного порта

Вы можете подключить консоль (ПК, Macintosh или рабочую станцию ​​UNIX) напрямую к системе через порт терминала RS-232 на модуле ввода-вывода SRP.Когда вы подключаете консоль напрямую к системе, вы можете настроить систему без IP-адреса.

Для связи с системой у вас должна быть запущена программа эмуляции терминала на вашем ПК или Macintosh. Вы можете использовать любую программу эмуляции терминала (например, HyperTerminal). Рабочая станция UNIX может использовать эмулятор TIP.

Использование HyperTerminal

Если ваша консоль использует версию Microsoft Windows (например, Windows 95 или Windows NT 4.0), которая поддерживает приложение HyperTerminal, вы можете получить доступ к системе через Hyperterminal.

  1. Нажмите кнопку «Пуск» и выберите «Программы», «Стандартные» и «HyperTerminal».
  2. В окне HyperTerminal выберите HyperTerminal.
  3. В окне «Описание подключения» введите имя маршрутизатора (например, erx1400) в поле «Имя».
  4. Выберите любой значок, представляющий эмуляцию вашего терминала, и щелкните OK.
  5. В диалоговом окне «Подключиться к» в поле «Подключиться с помощью» выберите соответствующий COM-порт для использования (например, COM1) и нажмите «ОК».
  6. На экране свойств COM1 выберите следующие параметры:
  • Бит в секунду: 9600
  • Биты данных: 8
  • Четность: Нет
  • Стоп-биты: 1
  • Контроль потока: Xon / Xoff
  1. Нажмите ОК.

Прямое подключение к системе ERX

Когда вы подключаете консоль напрямую к системе, используйте кабель, соответствующий вашему терминальному разъему.Кабель должен иметь гнездовой разъем DB-9 для подключения к порту RS-232 в системе. Для подключения консоли напрямую к системе:

  1. Подключите гнездовой разъем DB-9 к порту RS-232 на системном модуле ввода-вывода SRP. См. Рисунок 5-1.
  2. Подключите разъем адаптера кроссовера к последовательному порту вашего ПК.

Рисунок 5-1 Порты управления серий ERX-700 и ERX-1400
  1. Включите систему.

При включении системы на экране консоли появляется интерфейс командной строки.Теперь система находится в режиме User Exec, и вы можете начать настройку. Дополнительную информацию об использовании интерфейса командной строки и настройке системы см. В Руководстве по настройке базовой системы ERX .

Примечание: Прямой доступ через последовательный порт RS-232 позволяет контролировать систему во время ее загрузки.

Назначение IP-адреса

Когда ваша консоль будет готова к обмену данными с системой, включите систему (см. Глава 6, Включение системы ) и установите IP-адрес для системы.Система включается в режиме User Exec. Для присвоения IP-адреса:

  1. Введите команду enable в командной строке User Exec.
 host1> включить
 
 host1 #


 

Теперь система находится в режиме Privileged Exec.

  1. Установите IP-адрес на интерфейсе Ethernet:
  • Замените номер слота, в котором расположен модуль SRP, переменной slotnumber .
  • Используйте действительный для системы IP-адрес.
 host1 # настроить терминал
 
 Введите команды конфигурации, по одной в каждой строке. Закончите CNTL / Z.
 
 host1 (config) #interface FastEthernet  номер слота /0
 
 host1 (config-if) #ip адрес 10.10.7.3 255.255.255.0


 
  1. Продолжайте настраивать параметры системы по мере необходимости.

После того, как вы назначили системе IP-адрес, вы можете удаленно общаться, запустив Telnet через сеть Ethernet.См. Следующий раздел «Настройка Telnet».

Свойства последовательного порта USB (COM5).

Context 1

… нам нужен инструмент для установки загрузчика на Imote2 (особенно на FLASH Imote2). Загрузите JFlashmm в качестве такого инструмента из [10]. JFlashmm.exe можно запустить из CMD и принять следующие аргументы команды. Для необязательных параметров первое указанное значение является значением по умолчанию. Кроме того, они зависят от позиции, что означает, что если мы укажем какой-либо необязательный параметр, все предыдущие параметры должны быть указаны.Специально для установки загрузчика на Imote2 с JTAG-Wiggler нам нужно только выполнить следующую команду, заменив [* IMAGE] двоичным образом, который будет установлен, и [ADDR] адресом, с которого нужно начать, в шестнадцатеричном формате без предшествующего 0x. Убедитесь, что двоичные изображения (blob, zImage и fs.jffs2) были помещены в ту же папку, что и JFlashmm.exe. Затем выполните первую команду выше, чтобы установить загрузчик на Imote2, вторую для ядра и третью для файловой системы. Каждый процесс может занять несколько или более десяти минут.Вот результат успешной установки загрузчика. Установка ядра и файловой системы будет такой же. Как упоминалось ранее, загрузчик также может использоваться для загрузки операционной системы, связи и отладки и т. Д. Теперь, когда мы успешно установили загрузчик на Imote2, узел датчика может связываться с хост-компьютером и загружать ядро ​​и файловую систему с помощью загрузчика (это еще один способ установки ядра и файловой системы на Imote2). Для связи между Imote2 и хост-компьютером необходимо подключить USB-порт интерфейсной платы (не Imote2) к компьютеру.Тогда интерфейсная плата выглядит как два последовательных порта USB, поскольку драйвер VCP был установлен в предыдущей процедуре. Поэтому для связи мы можем использовать любой инструмент отладки последовательного порта. В Windows XP обычно используется HyperTerminal (Пуск → Все программы → Стандартные → Связь → HyperTerminal). Свойства второго последовательного порта USB (COM5) показаны на рис. 6. Чтобы гарантировать связь через последовательный порт, нам необходимо установить параметры HyperTerminal как Бит в секунду: 115200, Бит в секунду: 8, Сторона: Нет, Стоп. биты: 1 и управление строкой: нет.Обратите внимание, что Linux уже включает необходимый драйвер последовательного порта, поэтому нам не нужно переустанавливать его на компьютере с Linux. Подобно HyperTerminal в Windows XP, minicom используется в качестве инструмента отладки последовательного порта для Linux. В терминале Linux запустите minicom на втором последовательном порту (т.е. / dev / ttyUSB1, если другие устройства USB-to-serial не подключены) с настройками порта как 115200 8N1, без аппаратного и программного управления потоком. Ниже подробно показана настройка minicom. После настройки конфигураций, как указано выше, чтобы гарантировать связь между Imote2 и хост-компьютером, следующая процедура может быть выполнена как на компьютерах с Windows XP, так и на Linux.Перезагрузите Imote2, отключив блок питания (иначе он не перезагрузится). Посмотрите, как работает загрузчик на Imote2, который заканчивается словом «blob N», если ядро ​​и файловая система не были установлены (рис. 7). Затем следуйте инструкциям ниже, чтобы загрузить ядро ​​и файловую систему на Imote2 с помощью …

SerialPorts

Связь через последовательный порт поддерживается через порты RS-232 на некоторых устройствах Q-SYS. Вы можете использовать компонент сценария, включая сценарий управления и контроллер блоков, для создания соединения через последовательный порт в Q-SYS.

Следующее содержимое описывает создание последовательного соединения с компонентом Control Script. Чтобы увидеть пример создания последовательного соединения с компонентом «Контроллер блоков», см. «Примеры блоков».

Создание последовательного соединения с помощью сценария управления

Для доступа к последовательной связи необходимо включить последовательные входы (не 0) в свойствах сценария управления. Затем компонент последовательного порта устройства Q-SYS перетаскивается в схему проекта и подключается к сценарию управления.В самом сценарии нет метода «New» SerialPort, потому что объекты SerialPort автоматически создаются для вас всякий раз, когда компонент Inventory последовательного порта устройства Q-SYS подключается к блоку ControlScript.

Примечание: Последовательная функциональность доступна только при развертывании в ядре Q-SYS и недоступна через эмуляцию, как многие другие расширения Q-SYS Lua.

Обратный звонок

Дополнительные функции обратного вызова могут быть определены вместо использования единственного EventHandler.В зависимости от приложения может оказаться предпочтительным определение отдельных функций для каждого события. Выбор использования либо одного EventHandler для захвата всех событий сокета, либо отдельных функций обратного вызова остается за программистом. Нет необходимости изменять работающий сценарий, потому что эта новая функция существует, и вы можете никогда не использовать ее. Но некоторым программистам может показаться, что метод обратного вызова лучше соответствует их логическому стилю. См. Эквивалентный пример в TcpSocket. Использование функции обратного вызова TcpSocket идентично использованию SerialPorts.

Справочные таблицы

. Обработчик событий

Сигнатура функции — «функция (порт, событие)»

Функция вызывается при любом последовательном событии.См. Определение «события» в таблице ниже.

.IsOpen

только для чтения

Возвращает истину, если порт подключен

.BufferLength

только для чтения

Количество байтов данных в буфере

: Открыть

(скорость передачи [, биты данных] [, четность])

Попытки открыть последовательный порт с указанной скоростью передачи (до 230400 бит в секунду)

dataBits — необязательно: 7, 8.По умолчанию = 8.

четность — необязательно с битами данных: N (нет), E (четный), O (нечетный), M (метка), S (пробел)

: Закрыть

НЕТ

Закрывает последовательный порт

: Написать

(данные)

Записывает указанные данные в последовательный порт.Вызывает ошибку, если порт не открыт.

: Читать

(длина)

Пытается считать байты «длины» из последовательного буфера.Данные удаляются из последовательного буфера.

: ReadLine

(EOL, <пользовательский>)

Пытается прочитать «строку» из последовательного буфера.«EOL» определяется в таблице ниже. ‘‘ — необязательная строка, используемая только EOL.Custom.

: Поиск

(строка; [start_pos])

Ищет в последовательном буфере строку ‘str’ (начиная с целого числа ‘start_pos’) и возвращает индекс того, где находится ‘str’.’start_pos’ по умолчанию 1.

Подключено

Порт открыт

Переподключить

Ядро пытается повторно подключиться к порту

Данные

Новые данные в последовательном буфере

Закрыт

Порт был закрыт из-за ошибки.Второй аргумент (msg) EventHandler будет содержать дополнительную информацию, которую можно распечатать, чтобы поймать сообщение об ошибке.

Ошибка

Сокет был закрыт из-за ошибки. Аргумент ошибки для EventHandler будет содержать дополнительную информацию, которая может быть отображена, если переменная была создана для перехвата сообщения об ошибке.

Тайм-аут

Сработал тайм-аут чтения или записи, и порт был закрыт.

Функция Функция Функция

.Подключено

( serialTable ) ‘

Назначьте функцию, которая вызывается при подключении к последовательному порту

. Переподключить

( serialTable ) ‘

Назначьте функцию, которая вызывается, когда сокет пытается повторно подключиться к последовательному порту

.Данные

( serialTable ) ‘

Назначьте функцию, которая вызывается при появлении новых данных в последовательном буфере

.Закрыто

функция ( серийный стол ) ‘

Назначьте функцию, которая вызывается при закрытии последовательного порта

.Ошибка

Функция

( serialTable, ошибка ) ‘

Назначьте функцию, которая вызывается при закрытии последовательного порта из-за ошибки. Аргумент ошибки в функции будет содержать дополнительную информацию, которая может быть отображена, если переменная была создана для перехвата сообщения об ошибке.

. Тайм-аут

Функция

( serialTable , ошибка) ‘

Назначьте функцию, которая вызывается при срабатывании тайм-аута чтения или записи и закрытии последовательного порта.

Любая

Конец строки — это любая последовательность из любого количества символов возврата каретки и / или перевода строки. Это подходящий выбор, если протокол использует просто возврат каретки в качестве конца сообщения.

CrLf

Конец строки — это необязательный возврат каретки, за которым следует перевод строки.(Другими словами, это либо «\ r \ n», либо «\ n».) Этот формат полезен при синтаксическом анализе текстовых Интернет-протоколов, поскольку стандарты обычно предписывают символ конца строки «\ r \ n». , но несоответствующие клиенты иногда используют просто «\ n».

CrLfStrict

Конец строки — это одиночный возврат каретки, за которым следует одиночный перевод строки. (Это также известно как «\ r \ n».Значения ASCII: 0x0D 0x0A).

Lf

Конец строки — это одиночный символ перевода строки. (Это также известно как «\ n». Это значение ASCII — 0x0A.)

Нулевой

Конец строки — это один байт со значением 0 — ASCII NUL.

На заказ

Конец строки определяется строкой, переданной в метод ReadLine ().

Открыть ()
Назначение: Открывает последовательный порт для чтения и записи
Параметр: бод Скорость
Тип: целое число
Определение: Скорость передачи, используемая для отправки и получения данных.Максимальная скорость передачи составляет 230400 бод.
бит данных
Тип: целое число
Определение: Необязательно — количество бит данных
Определение: 8 (по умолчанию), 7
Пример:

ser = последовательные порты [1]

ser: Open (9600) — открывает последовательный порт со скоростью 9600 бод.

Закрыть ()
Назначение: Закрывает последовательный порт.
Запись (данные)
Назначение: Записывает данные в сокет. Вызывает ошибку, если последовательный порт не открыт или последовательный порт устройства отключен от сети.
Параметр: данные
Тип: строка
Определение: Данные для отправки
Ответ: ошибка
Тип: строка
Определение: ноль, если открытие прошло успешно, в противном случае строка, представляющая ошибку
Пример:

ser = последовательные порты [1]

ser: Открыть (9600)

e = ser: Write («данные выводятся в последовательный порт»)

если е, то напечатайте («ошибка:»..e) конец

Чтение (длина)
Цель: Пытаться считать байты до «длины» из последовательного буфера. Все прочитанные байты удаляются из буфера.
Параметр: длина
Тип: целое число
Определение: Число байтов для чтения из последовательного буфера.
Ответ: данные
Тип: строка
Определение: Данные, считываемые из сокета.Ноль, если буфер пуст

ser: чтение (10) — получение до 10 байт данных.

ReadLine (EOL,
)
Цель: Пытаться прочитать «строку» из последовательного буфера. Полученные данные удаляются из буфера.
Параметр: EOL
Тип: предопределенная константа
Определение: Один из определенных типов EOL.См. Определения в таблице SerialPorts.EOL выше.
<пользовательский>
Тип: строка
Определение: Строка EOL, используемая только с типом «Custom» EOL. Этот аргумент не используется ни для какого другого типа EOL .
Ответ: данные
Тип: строка
Определение: Данные, считываемые из сокета. Ноль, если чтение не удалось.

ser: ReadLine (CrLf) — получать данные до тех пор, пока не будет достигнут или

ser: ReadLine (Custom, ‘.’) — получать данные, пока не будет достигнут период

Поиск (str, [start_pos])
Цель: Ищет в последовательном буфере строку ‘str’ (начиная с ‘start_pos’) и возвращает индекс того, где находится str
Параметр: str
Тип: строка
Определение: Строка для поиска
Ответ: данные
Тип: целое число
Определение: Ноль, если ‘str’ не найдена, в противном случае индекс первого символа, в котором найдена строка поиска
Пример:

ser = последовательные порты [1]

— Предполагается, что последовательный буфер содержит «всю вашу базу»

index = ser: Search (‘base’) — поиск последовательности ‘base’

— индекс в этой точке будет равен 10, что является первым символом

— из найденной последовательности

Пример

sp = последовательные порты [1]

sp.EventHandler = функция (порт, сообщение)

, если msg == SerialPorts.Events.Data, то

print («строка чтения», порт: ReadLine (SerialPorts.EOL.Null))

конец

конец

data = «ABCDEFG \ 0»

идата = 1

Органы управления.Входы [1] .EventHandler = function ()

, если не sp.IsOpen, то

sp: открытый (9600, 8, N)

конец

локальный tx = string.sub (данные, idata, idata)

print («отправить», tx)

sp: запись (tx)

идата = идата + 1

, если idata> #data, то idata = 1 end

конец

.
Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.