Чому дорівнює загальна напруга на паралельно з’єднаних ділянках кола: розрахунок

У електротехніці паралельне з’єднання є однією з найбільш поширених конфігурацій, що використовується для підключення різних електричних елементів. У цій статті ми розглянемо загальну напругу на паралельно з’єднаних ділянках кола та проведемо розрахунки, щоб краще зрозуміти цю важливу тему.

Паралельне з’єднання у електричних колах

Визначення

Паралельне з’єднання – це спосіб з’єднання електричних компонентів таким чином, що кожен компонент підключений до однієї й тієї ж точки живлення. При цьому напруга на кожному елементі залишається однаковою, а загальний струм поділяється між елементами.

Основні характеристики

1. Напруга: Напруга на всіх елементах однакова. {
   • ( U_1 = U_2 = U_3 = \ldots = U_n )

2. Струм: Струм, що протікає через загальне коло, є сумою струмів, що протікають через окремі елементи. {
   • ( I = I_1 + I_2 + I_3 + \ldots + I_n )

3. Опір: Загальний опір на паралельному з’єднанні розраховується за формулою: {
   • ( \frac{1}{R} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} + \ldots + \frac{1}{R_n} )

Розрахунок загальної напруги в паралельному з’єднанні

Для розрахунку загальної напруги в паралельному з’єднанні ми скористаємося основними відомостями про напругу, струм і опір.

Визначення загальної напруги

Загальна напруга ( U ) в паралельному колі залишається сталою і рівною напрузі джерела живлення. Тобто:

• ( U = U_{\text{джерело}} )

Розрахунок напруги на елементах

Якщо в паралельному з’єднанні є декілька елементів, наприклад, резистори ( R_1, R_2, R_3 ), кожен з яких має своє значення струму ( I_1, I_2, I_3 ), напруга на кожному з них може бути обчислена за законом Ома:

1. Закон Ома:
   • ( U = I \cdot R )

2. Розрахунки:
   • Для елемента 1: ( U_1 = I_1 \cdot R_1 )
   • Для елемента 2: ( U_2 = I_2 \cdot R_2 )
   • Для елемента 3: ( U_3 = I_3 \cdot R_3 )

Оскільки напруга однакова на всіх елементах, можемо сказати, що:

• ( U = U_1 = U_2 = U_3 )

Це означає, що необхідно лише знати напругу джерела, щоб визначити напругу на всіх паралельно з’єднаних елементах.

Приклад розрахунку

Розглянемо електричне коло з паралельним з’єднанням трьох резисторів:

• Джерело напруги: ( U_{\text{джерело}} = 12 \, \text{В} )
• Резистори:
  • ( R_1 = 4 \, \Omega )
  • ( R_2 = 6 \, \Omega )
  • ( R_3 = 12 \, \Omega )

Крок 1: Напруга на кожному резисторі

Оскільки всі резистори підключені паралельно, ми знаємо, що:

• ( U_1 = U_2 = U3 = U{\text{джерело}} = 12 \, \text{В} )

Крок 2: Розрахунок струму через резистори

Використовуючи закон Ома, обчислимо струм:

• ( I_1 = \frac{U}{R_1} = \frac{12 \, \text{В}}{4 \, \Omega} = 3 \, \text{А} )
• ( I_2 = \frac{U}{R_2} = \frac{12 \, \text{В}}{6 \, \Omega} = 2 \, \text{А} )
• ( I_3 = \frac{U}{R_3} = \frac{12 \, \text{В}}{12 \, \Omega} = 1 \, \text{А} )

Крок 3: Загальний струм в колі

Тепер можемо знайти загальний струм в колі:

• ( I = I_1 + I_2 + I_3 = 3 + 2 + 1 = 6 \, \text{А} )

Закони та правила паралельного з’єднання

1. Закон збереження енергії: У паралельних з’єднаннях сумарний струм, що входить у вузол, дорівнює сумі струмів, що виходять із вузла.
2. Омів закон: Напруга на паралельних елементах завжди залишається незмінною.
3. Діодна модель: Якщо в одному з паралельних елементів виявляється зворотний струм, це вплине тільки на його характеристики, тоді як решта елементів залишаться незмінними.

Висновки по темі

Загальна напруга на паралельно з’єднаних ділянках кола залишатиметься постійною та рівною до тих пір, поки джерело живлення не змінить свою напругу. Це спростить розрахунки в електричних мережах, оскільки знання напруги на джерелі дозволяє легко знайти напругу на всіх елементах незалежно від їх опору. Знання цих основ може значно полегшити електричний дизайн і аналіз, адже практично всі електричні пристрої використовують паралельні з’єднання, щоб забезпечити стабільну роботу.