Параллельное соединение резисторов — общее сопротивление и мощность резисторов, схемы, расчеты по формуле
Резисторы сегодня используются очень часто. И поэтому следует поговорить об этом элементе подробнее.
Понятие резистора и сфера его использования
Наверняка каждый помнит про резисторы со школьного курса физики. Там не особо вдавались в подробности и данный прибор представлялся как обыкновенный элемент электрической цепи.
Но, как обычно, бывает, в школе рассматривают лишь начальные этапы. В реальной жизни резистор куда сложнее, он имеет много характеристик.
Неподготовленный читатель может столкнуться с обилием незнакомых терминов и понятий, поэтому необходимо вооружиться сторонними ресурсами.
Начнем с определения, резистором называют неактивный элемент электрической схемы, который работает по принципу сопротивляемости потоку электронов.
В ходе этого процесса, вырабатывается тепловая энергия.
Резистор используется в электротехнике в роли некоего регулятора цепи, сдерживая чрезмерные показатели силы тока.
Как считать общее сопротивление
Сопротивление одиночного резистора, рассматривая его как участок цепи, можно вычислить исходя из известного вам закона Ома для участка цепи.
Согласно этому правилу, сопротивление равно отношению напряжения цепи и силе тока на рассматриваемом участке.
Эта формула может дополняться в зависимости от внешних параметров цепи и подключения резисторов.
Всё зависит от конкретной ситуации, ведь некоторые соединительные провода не имеют настолько малых показателей собственного сопротивления, чтобы их «вклад» можно было бы не учитывать.
Типы проводников
Проводники — это такие инструменты, которые обеспечивают проводимость электрического тока. Этот параметр определяется наличием свободных зарядов. Всё зависит от материала и элемента.
Следует обращать внимание на такую характеристику как проводимость. Она определяется взаимодействием потока зарядов с кристаллической решеткой.
Разделяют три вида веществ по этому параметру:
- Проводники
- Полупроводники
- Диэлектрики
Каждый пункт требует отдельного, более детального рассмотрения.
Проводники
К проводникам относят львиную долю всех элементов. Это все металлы, а так же специальный ионизированный газ и раствор электролита:
- Как уже можно понять из названия, эти вещества вступают в активную реакцию с потоком электронов и у них хороший показатель проводимости. А значит они очень полезны в электрике и электротехнике.
- Но и среди неметаллов есть элементы, которые неплохо проводят электрический ток. К таким можно отнести углерод.
- Роль проводников невозможно переоценить, из них изготавливают соединительные провода для электрических цепей, растворы используют в электрохимии и термохимии, и многое другое.
Полупроводники
Такие вещества проявляют двойственность в проводимости. Они находятся между двумя однозначными типами элементов. Суть в том, что их проводимость очень сильно зависит от внешних обстоятельств.
Абсолютно всем полупроводникам для успешного функционирования нужна определенная температура, количество электронов на кристаллической решетке, сила тока и так далее.
Если нужные условия не выполняются, то вещество работает в режиме диэлектрика. Если же наоборот, то в роли проводника.
К самым популярным примерам полупроводников можно отнести германий, кремний и селен.
Диэлектрики
Полная противоположность проводников. Эти вещества абсолютно никак не взаимодействуют с потоком электронов. Ток через диэлектрики не идёт:
- Можно подумать, что они практически бесполезны, но это в корне неверное утверждение.
- Диэлектрики нужно ровно так же, как и проводники. Самая распространённая сфера их применения — электроэнергетика.
- Из диэлектриков изготавливают специальные провода изоляции и устройства, предохранительные устройства и инструменты, блокирующие избыток напряжения на участке электрической схемы.
- Самыми используемыми диэлектриками можно назвать специальные газы, стекло, фарфор и керамику.
Виды соединения резисторов
Мы рассмотрели резисторы с точки зрения одиночного элемента, теперь самое время поговорить о вариациях соединения. Всего выделяют три основных:
- Последовательное
- Параллельное
- Смешанное
Рассмотрим каждое в отдельности.
Параллельное соединение резисторов
Один из тех типов соединения элементов, который так или иначе рассматривается в школьном курсе физики:
- Его суть заключается в том, что резисторы подключаются так, чтобы разность потенциалов между узлами подключения была равна.
- Иными словами, падение напряжения на каждом резистивном элементе должно быть одинаковым.
- Что касается протекающих токов, то тут необходимо применять правило Кирхгофа для расчета втекающих и вытекающих токов.
Последовательное соединение
Самый примитивный и простой вариант. Резисторы подключаются следом друг за другом на один соединительный провод:
- При этом, при малом сопротивлении соединительной обмотки, принято считать, что общий ток равен на каждом последовательно соединённом резисторе.
- А вот общее напряжение такой цепи будет рассчитываться как сумма падений напряжения на каждом отдельно взятом резистивном элементе.
- Для облегчения расчетов параметров электрической схемы используют некоторое правило.
- Оно заключается в том, что для определения общего сопротивления всей цепи из последовательно соединенных резисторов, нужно сложить значения сопротивления каждого отдельно взятого элемента.
- Для того чтобы научиться делать это без проблем, можно открыть любой школьный учебник по физике и решить несколько задач на эту тему.
- Проверить правильность соединения элементов можно с использованием специальных измерительных приборов (омметр, вольтметр, амперметр).
Смешанное соединение
Самая интересная вариация из всех представленных. Она объединяет в себе две выше представленные схемы соединения элементов.
Более сложные цепи составляются, используя разные варианты подключения. Расчёт подобных цепей в разы сложнее, нужно по частям анализировать каждый участок цепи в отдельности.
Самые сложные примеры решаются исключительно матричным путём.
Основные особенности параллельного соединения резисторов
При последовательном соединении всё просто. Для расчёта всех базовых параметров цепи мы не используем ничего сложнее обычной суммы. С параллельным соединением всё не так однозначно:
- Во-первых, ток, протекающий через каждый резистор не будет одинаковым. Его можно рассчитать по правилам Кирхгофа для узлов, закону Ома для участка цепи или же правила пропорций.
- Ток, как ни странно, тоже обладает некоей избирательностью.
- Если два и более резистора соединены в цепи параллельно, то ток по каждому будет идти обратно пропорционально сопротивлению каждого элемента.
- При подключении такой цепи нужно быть предельно аккуратным, внимательно следить за тем, чтобы падение напряжения на каждом элементе не отклонялось и всегда оставалось одинаковым.
- Так же, подобный тип подключения резистивных элементов интересен тем, что при расчёте эквивалентного сопротивления нужно пользоваться сторонней величиной — проводимостью.
- Это физическая характеристика, обозначающая возможность вещества проводить электрический ток. Она обратна сопротивлению и равна ему же, возведённому в степень -1.
Формула расчёта параллельного соединения резисторов
Мы добрались до самого главного, до расчёта цепи с параллельно соединёнными резисторами.
Не зря была введена выше величина проводимости, ведь вычисления будут выполняться при помощи этого параметра.
Итак, вам нужно сложить проводимости всех имеющихся резисторов, которые соединены параллельно. Вы получите итоговую, эквивалентную проводимость. Далее эту величину нужно возвести в степень -1.
Тогда вы получите итоговое значение сопротивления. Если возникают трудности с возведением в степень, то нужно пользоваться инженерным калькулятором.
Даже если такого прибора нет под рукой, в интернете существует множество вариантов таких устройств, некоторые более функциональны, чем свои физические аналоги.
Что ещё нужно учитывать при параллельном соединении резисторов
Есть ещё один немаловажный нюанс, который нужно учитывать при анализе такой электрической схемы.
Нужно внимательно посмотреть на то, чтобы при расчёте по правилу проводимостей не было других элементов, подключённых по-другому.
Иными словами, исключительно участок цепи с параллельным соединением резисторов можно рассчитывать через проводимости. Для любых других участков этот метод категорически неверен.
Данный материал в полной мере охватывает тему резисторов и их роли в электротехнике. Разумеется, было сказано не всё, но все основы и самые важные вещи были более чем подробно рассмотрены.