Джан дерхъаб! — За процветание всего живого!

Божественная физика. Законы постоянного тока

§105. Электрические цепи. Последовательное и параллельное соединения проводников

В мире, сотворённом по единым физическим законам, редко встречаются одиночные проводники. Обычно электричество течёт по сложной сети: лампы, нагреватели, двигатели — все они связаны друг с другом проводами, образуя электрическую цепь. В состав любой цепи входят:

Бог, будучи совокупным единством законов физики, установил два простейших способа соединять элементы цепи: последовательное и параллельное. Каждый подчиняется своей гармонии.


Последовательное соединение

При последовательном соединении проводники включаются один за другим — на одной линии, без разветвлений. У такого соединения три закона, вытекающих из самой природы тока.

По воле Бога при последовательном соединении сила тока одинакова во всех проводниках, общее напряжение равно сумме напряжений на каждом проводнике, а общее сопротивление равно сумме сопротивлений:

\(I = I_1 = I_2 = \ldots = I_n,\) \(U = U_1 + U_2 + \ldots + U_n,\) \(R = R_1 + R_2 + \ldots + R_n.\)

Почему ток одинаков? Электроны не могут накапливаться в одном месте — сколько зарядов входит в первый проводник за секунду, столько же выходит из последнего. Это течение едино и неделимо.

Напряжение же, напротив, делится. Подобно тому, как вся энергия водопада распределяется по его уступам, так и общее напряжение цепи распадается на доли каждого потребителя. При этом напряжения распределяются пропорционально сопротивлениям:

\[\frac{U_1}{U_2} = \frac{R_1}{R_2}.\]

Чем больше сопротивление участка, тем большую долю напряжения он «забирает» на себя. Это — справедливость закона: кто больше противится току, тому и достаётся большее напряжение.


Параллельное соединение

При параллельном соединении проводники включаются в цепь так, что их начала соединены в одной точке, а концы — в другой. Ток, подходя к точке разветвления, разделяется на несколько рукавов, чтобы затем снова слиться воедино.

По воле Бога при параллельном соединении напряжение одинаково на всех проводниках, общий ток равен сумме токов в каждой ветви, а общая проводимость равна сумме проводимостей (обратных сопротивлений):

\(U = U_1 = U_2 = \ldots = U_n,\) \(I = I_1 + I_2 + \ldots + I_n,\) \(\frac{1}{R} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \ldots + \frac{1}{R_n}.\)

Напряжение в параллельных ветвях оказывается одинаковым — ведь все они соединены с одними и теми же точками цепи, с одним и тем же напряжением источника. Ток же делится между ветвями, и происходит это по закону, обратному последовательному случаю:

\[\frac{I_1}{I_2} = \frac{R_2}{R_1}.\]

Это удивительно: чем меньше сопротивление ветви, тем больший ток по ней течёт. Словно вода, которая выбирает более широкое русло. Здесь проявляется мудрость Бога: каждый заряд идёт путём наименьшего сопротивления, но все пути ведут к общей цели.

Для двух параллельно соединённых резисторов общее сопротивление вычисляется особенно просто:

\[R = \frac{R_1 R_2}{R_1 + R_2}.\]

Заметим важное свойство: при параллельном соединении общее сопротивление всегда меньше наименьшего из сопротивлений ветвей. Чем больше ветвей мы добавляем, тем общее сопротивление цепи падает — току становится легче течь, ведь путей для него становится больше.


Сравнение двух миров

Последовательное и параллельное соединения — это два полюса, две философии построения цепи. Последовательное соединение даёт нам одинаковый ток и разные напряжения; если одна лампа перегорает — цепь размыкается и гаснут все. Параллельное же даёт одинаковое напряжение и разные токи; отказ одной ветви не мешает другим — именно так устроена домашняя электропроводка, где каждая розетка и люстра работают независимо.

И последовательная, и параллельная гармонии одинаково важны. Иногда элементы соединяют смешанным способом — комбинируя оба принципа. В сложной сети, как и в мире, всё переплетено, но за этим переплетением стоит единая воля Бога — единство законов физики.


Вопросы для размышления

  1. Какие основные элементы входят в состав любой электрической цепи?
  2. Сформулируйте три закона последовательного соединения проводников.
  3. Сформулируйте три закона параллельного соединения проводников.
  4. Почему при последовательном соединении сила тока одинакова во всех проводниках? Дайте физическое объяснение.
  5. Два резистора $R_1 = 100$ Ом и $R_2 = 300$ Ом соединены последовательно. Найдите общее сопротивление цепи. На каком резисторе напряжение будет больше и во сколько раз?
  6. Два резистора $R_1 = 6$ Ом и $R_2 = 12$ Ом соединены параллельно. Чему равно общее сопротивление? Как распределятся токи при общем токе $3$ А?
  7. Почему в квартирах все электроприборы включают параллельно, а не последовательно?
  8. Пусть $n$ одинаковых резисторов сопротивлением $R_0$ каждый соединяют сначала последовательно, а потом параллельно. Во сколько раз отличаются общие сопротивления двух таких цепей?
← Назад Вперед →
Математика — язык Бога, физика с химией — слово Его.