Последовательное и параллельное соединение: сначала узлы, потом формулы

Разбираем два резистора 3 и 6 Ом при напряжении 18 В. Почему в одной цепи одинаков ток, а в другой напряжение, как проверить ответ и что меняет разрыв ветви.

К чтению
Содержание
  1. Один путь: последовательное соединение
  2. Два общих узла: параллельное соединение
  3. Что именно остаётся одинаковым
  4. Разрыв ветви не равен разрыву всей цепи
  5. Проверьте себя изменением напряжения

Вид соединения определяют по тому, какие точки связаны проводами, а не по расположению прямоугольников на листе. Два резистора можно нарисовать рядом и всё равно соединить последовательно. Чтобы выбрать формулу, проследите путь тока и найдите узлы разветвления.

Используем учебную модель: источник поддерживает постоянные 18 В, сопротивления равны 3 и 6 Ом, провода идеальны, нагрев не меняет сопротивления. Это расчётная схема, а не инструкция по сборке бытовой сети. Свойства таких соединений описаны в разделе OpenStax о резисторах.

Один путь: последовательное соединение

Если между резисторами нет ответвления, один и тот же установившийся ток проходит через оба. Заряд не расходуется в первом резисторе так, чтобы до второго «дошла только половина».

Общее сопротивление складывается:

R=3+6=9 Ом,I=189=2 А.R=3+6=9\ \text{Ом},\qquad I=\frac{18}{9}=2\ \text{А}.

Падения напряжения разные: на первом U1=2×3=6U_1=2\times3=6 В, на втором U2=2×6=12U_2=2\times6=12 В. Их сумма равна 18 В. Более высокое сопротивление при общем токе получает большее падение напряжения.

Полезная проверка: общее сопротивление оказалось больше каждого отдельного. Если при таком соединении получилось 2 Ом, формула была выбрана для другой схемы.

Два общих узла: параллельное соединение

Теперь каждый резистор включён между одними и теми же точками A и B. Между A и B источник поддерживает 18 В, поэтому на каждом резисторе именно это напряжение.

Токи ветвей:

I1=183=6 А,I2=186=3 А.I_1=\frac{18}{3}=6\ \text{А},\qquad I_2=\frac{18}{6}=3\ \text{А}.

Общий ток источника равен 6+3=96+3=9 А. Эквивалентное сопротивление можно проверить через всю цепь: R=18/9=2R=18/9=2 Ом. Оно меньше меньшего сопротивления ветви. Добавленный путь увеличил общий ток при том же напряжении.

Вверху один путь через резисторы 3 и 6 Ом: общий ток 2 А. Внизу две ветви между узлами A и B при 18 В: токи 6 и 3 А, общий ток 9 А. Сопротивление проводов не учитывается.

Что именно остаётся одинаковым

Проверка Последовательно Параллельно
Связь элементов Один путь без ответвления между ними Обе ветви между одними узлами
Одинаковая величина Ток Напряжение
Что складывают Сопротивления и падения напряжения Токи ветвей
Для наших чисел 9 Ом, 2 А 2 Ом, 9 А

Таблица относится к заданной идеальной цепи. Например, в реальном источнике напряжение на внешних клеммах может измениться при росте нагрузки. Поэтому вывод «включили ещё ветвь, на прежней ничего не изменилось» требует условия о постоянном напряжении.

Разрыв ветви не равен разрыву всей цепи

Уберите резистор 6 Ом из параллельной схемы, разомкнув только его ветвь. Через неё ток прекратится. Ветвь 3 Ом останется подключённой к тем же 18 В и в нашей модели сохранит ток 6 А. Общий ток уменьшится с 9 до 6 А.

В последовательной схеме разрыв между элементами прерывает единственный путь, поэтому установившегося тока нет в обоих резисторах. Это различие удобно проверить мысленно до вычислений: существует ли теперь замкнутый путь через источник и интересующий элемент?

Проверьте себя изменением напряжения

Откройте интерактив электрической цепи. Сначала сравните два вида соединения при одних сопротивлениях и одном напряжении. Затем оставьте соединение прежним и уменьшите напряжение вдвое.

Для нашей модели это 9 В. Последовательный ток станет 1 А, параллельные токи — 3 и 1,5 А. Эквивалентные сопротивления останутся 9 и 2 Ом. Если сопротивление изменилось только от перестановки числа в поле напряжения, проверьте, не перепутали ли вы свойство резисторов с отношением для другой цепи.

В письменном решении достаточно явно назвать соединение, указать общую для него величину, подставить данные и сделать проверку. Такая запись помогает заметить ошибку раньше, чем она попадёт в последнюю строку ответа.

Материал подготовлен с помощью ИИ. Примеры учебные и не являются официальными заданиями экзамена. Источники указаны в статье. Как устроены материалы Курсика . Сообщить о неточности.

Обновлено . Статью можно сохранить и вернуться к ней во время подготовки.