Sériové připojení různých žárovek: klady a zápory schématu – 0 fotografií

Existují tři schémata připojení spotřebitelů ke zdroji energie. Podíváme se na sériové zapojení žárovek a na to, jak se v tomto obvodu mění jas svítilen stejného a různého výkonu. Pojďme se seznámit s výhodami a nevýhodami tohoto přístupu a kde se nejčastěji praktikuje.

Školní fyziku si pamatujeme z kurzu 8. třídy

Zapojení vodičů může být sériové, paralelní nebo smíšené. Zajímá nás první možnost. Zvláštností takového elektrického obvodu je, že konec každého z připojených vodičů je spojen se začátkem dalšího. Celým vedením tedy protéká stejný proud: I = I(1) = I(2)=. =I(n).

V případě odporu vypadá situace jinak, ale i zde lze vysledovat vzorec. Například v samostatné části obvodu je odpor roven R(1). Potom v další sekci bude hodnota R(2) rovna R(1). Pokud změříte R ve dvou oblastech současně, dostanete stejnou hodnotu jako při sečtení jednotlivých ukazatelů: R = R(1) + R(2). Podobný vzorec je pozorován v situaci napětí: U = U(1) + U(2).

Výkon sériově zapojených žárovek

Zapojení lamp v sériovém obvodu vypadá velmi jednoduše. Každá kazeta má dva vodiče, které jsou vzájemně střídavě spojeny a tvoří jednu vodivou linku. Jeden ze zbývajících vodičů je pak připojen k fázovému vodiči ze zdroje energie a druhý k nulovému vodiči. To znamená, že při průchodu všemi kazetami se fáze „setká“ s nulou.

Určete světelný výkon dvou stejných žárovek

Navzdory jednoduchosti obvodu je sériové zapojení lamp zřídka praktikováno kvůli řadě nevýhod. Jedním z hlavních je, že klesá jas lamp. Faktem je, že napětí je „rozděleno“ každým zdrojem záře, přičemž se bere v úvahu jejich počet a výkon. To znamená, že pokud jsou v okruhu dvě 100W výbojky, každá bude mít ne 220 V, ale 110 V. Budou svítit stejně ve skutečném jasu, ale celkově méně efektivně než s plným výkonem, jedna nebo obě najednou.

Viz též:
Adresář firem, které se specializují na elektroinstalační práce jakékoli složitosti

To lze potvrdit pomocí výpočtů:

• I = P / U – v našem případě bude proud jedné žárovky 100 / 220 = 0,45 A;
• R(1) = R(2) = U / I – odpor jedné horké žárovky v obvodu bude přibližně roven 220 / 0,45 = 489 Ohmů;
• R = R(1) + R(2) – celkový odpor dvou lamp bude roven 489 + 489 = 978 Ohmů;
• I = U / R – proud s přihlédnutím k celkovému odporu je 220 / 978 = 0,225 A;
• P = U * I – celkový výkon dvou žárovek při sériovém zapojení bude 220 * 0,225 = 49,5 W.

Samostatně stojí za zmínku, že konečný výsledek výpočtů v našem příkladu se může a bude lišit v závislosti na řadě podmínek. Za prvé, napětí v síti může kolísat zpravidla v rozmezí 220-250 V. Za druhé, odpor vlákna se mění při jeho zahřívání. Indikátor je ovlivněn i rozdílným chemickým složením. V každém případě, i při zohlednění přesných údajů, se celkový výkon žárovek při sériovém zapojení výrazně liší od jmenovitého.

Popis videa

Autor tohoto videa v praxi dokazuje nesoulad mezi vypočtenými hodnotami světelného výkonu žárovek při sériovém zapojení s těmi naměřenými ve skutečnosti:

Rozumíme energii žhavení různých žárovek v obvodu

Pokud zapojíte žárovky se stejným výkonem do série, budou svítit stejně, protože jejich provozní podmínky jsou stejné. Pokud je spotřeba energie lamp odlišná, bude se lišit i jejich záře. Zbývá pochopit, kde bude jas větší.

Zvažte příklad s 80 W (1) a 100 W (2) žárovkami zapojenými do série:

• R = U² / P – získáme 605 Ohmů a 484 Ohmů;
• I = U / R – proud při zohlednění celkového odporu je 0,202 A;
• P = I² * R – skutečný výkon každé lampy bude P(1) = (0,202 * 0,202) * 605 = 24,68 W a P(2) = 19,74 W.

Popis videa

Toto video představuje jednotlivé a obecné vzorce, pomocí kterých můžete nezávisle vypočítat výkon sériově zapojených žárovek s různým hodnocením:

Pokud se ponoříme hlouběji do fyzických jemností, musíme vzít v úvahu Joule-Lenzův zákon. Je založen na jevu tvorby tepla během toku proudu vodičem: Q = I² * R * t. V našem případě proud teče stejně a časový interval je shodný, ale odpor vláken je jiný. A čím vyšší je tento odpor, tím je vlákno teplejší, což znamená, že se uvolňuje více světla.

Viz také:
Jak připojit lampu v domě: běžné obvody a jejich vlastnosti

Racionální využití schématu a jeho nevýhody

Sériové zapojení žárovek se v každodenním životě prakticky nepoužívá. A existuje pro to řada oprávněných důvodů. Zejména:

• pokud jedna z lamp v elektrickém obvodu shoří, pak je fázová linka přerušena, proto ostatní lampy nebudou fungovat kvůli nedostatku energie;
• Pokles napětí v úsecích obvodu je doprovázen poklesem výkonu žhavení lamp;
• Použití energeticky úsporných žárovek a žárovek je nepřijatelné, protože fungují pouze při napětí 220 V.

Pokud jde o LED a zařízení s diodami, situace není jasná:

• pokud připojíte pouze 3 žárovky, s vysokou pravděpodobností se výkon záře mírně sníží, což nemá smysl používat pro designové a „elektrické“ účely;
• pokud napětí klesne na 90 V nebo nižší, lampy se nemusí rozsvítit;
• Kvůli stabilizátoru napětí v mikroobvodu často jedna z lamp začne blikat v režimu „úplné vypnutí – jasná záře“, zatímco sousední, i když je v dobrém stavu, se nemusí vůbec rozsvítit.

Výsledkem těchto nedostatků je, že schéma se prakticky nepoužívá při navrhování osvětlení domu, bytu nebo místnosti. Výrobci girland pro sváteční osvětlení však často praktikují zapojování žárovek do série. Toto řešení má obrovskou výhodu – pro napájení skupiny nízkonapěťových svítidel není potřeba měnič napětí z 220 Voltů na 12 V nebo 36 V Navíc montáž zabere méně času a drátů, které mimo jiné mají malý průřez. To vše nám umožňuje snížit maloobchodní náklady na girlandy tak, aby byly dostupné „všem“.

Pokud se budeme bavit o výhodách sekvenčního obvodu obecně, tak jednou z těch významných a praktických je úbytek napětí. Dvě a více žárovek totiž nebudou ovlivněny přepětím ani mírným přetížením linky. Díky tomu bude osvětlení fungovat po dlouhou dobu bez výměny lamp. V praxi se osvědčilo, že tento způsob provozu umožňuje zvýšit výrobcem deklarovaný počet světelných hodin.

Pokles napětí je z konstrukčního hlediska pozoruhodný jev. Na jedné straně vám obvod umožňuje instalovat výkonné žárovky, které budou svítit velmi slabě. Tento efekt je vhodný pro milovníky loft stylu nebo pro ty, kteří mají rádi staré dobré žárovky Ilyich. Na druhou stranu připojením světelných zdrojů s různými výkony do jedné řady můžete uspořádat neobvyklé osvětlení v různých odstínech: od studeného po teplé, od jasného po matné nebo pomocí lamp s barevnými žárovkami.

Nejdůležitější znaky

Sériové zapojení žárovek je schéma, ve kterém fázová linka ze zdroje energie prochází všemi lampami, po poslední žárovce přechází do nulového vodiče z napájecího kabelu.

Pokud zapojíte několik žárovek stejného výkonu do série, budou díky poklesu napětí svítit stejně s nízkou účinností (menší než jmenovitá hodnota).

Pokud do série zapojíte žárovky s různým jmenovitým výkonem, bude svítit jasněji ta s vyšším odporem. A to poslední je typické pro žárovku s nižším deklarovaným výkonem.

Častěji se sériové zapojení žárovek praktikuje při výrobě girland a v designu. V každodenním životě je takové schéma opuštěno, protože kvůli jedné lampě všechny přestanou svítit a obecně svítí hůř než jednotlivě.

Proč se v girlandě na vánoční stromeček nemusí rozsvítit žárovky stejné barvy? Proč jsou všechny elektrospotřebiče v domě dimenzovány na 220 V? Spoiler: je to všechno o typech připojení vodičů – budeme o nich mluvit v tomto článku.

· Aktualizováno 6. prosince 2024

Spoj vodičů je způsob elektrického spojení dvou nebo více vodičů za účelem vytvoření elektrického kontaktu. Hlavní typy připojení vodičů jsou: sériové (všechny prvky jsou spojeny jeden po druhém) a paralelní (všechny prvky jsou připojeny k jedné společné dvojici bodů).

• Sériové zapojení: baterie ve svítilně.
• Paralelní zapojení: rezistory ve spojovací krabici.

Sériové připojení vodičů je způsob připojení, při kterém jsou vodiče spojeny jeden po druhém a proud každým z nich je stejný. Příklad: Lampy v girlandě.

Paralelní připojení vodičů je způsob připojení, při kterém jsou vodiče připojeny ke stejným uzlům a napětí na nich je stejné. Příklad: Lampy v lustru.

Jak po vyhoření jedné žárovky v girlandě můžete určit způsob připojení a opravit ji? Zkusme na to přijít.

Anfisa našla na balkóně starou girlandu. Po zapojení do zásuvky si dívka všimla, že všechna světla svítí kromě zelených. Po pečlivém prozkoumání vodičů Anfisa viděla, že všechny zelené žárovky jsou zapojeny do série jedna po druhé.

Posledovatelnoe soedinenie provodnikov

Při sériovém zapojení je konec prvního vodiče připojen k začátku druhého, konec druhého k začátku třetího atd.

Sériové zapojení se obvykle používá v případech, kdy je potřeba cíleně zapnout nebo vypnout konkrétní elektrický spotřebič. Například, aby školní elektrický zvonek fungoval, musí být zapojen do série se zdrojem proudu a klíčem.

Zde je několik příkladů použití řetězového obvodu:

• osvětlení ve vozech vlaků nebo tramvají;
• jednoduché girlandy na vánoční stromeček;
• svítilna;
• ampérmetr pro měření proudu v obvodu.

Zákony sériového zapojení vodičů

1. Při sériovém zapojení je síla proudu v jakékoli části obvodu stejná: I = I₁ = I₂ = … = já_n. Pokud v obvodu se sériovým zapojením jedna z lamp selže a neprotéká jí žádný elektrický proud, pak žádný proud neprotéká zbývajícími lampami. Vzpomeňme na Anfisu a její girlandu: když jedna ze zelených žárovek shořela, proud, který jí procházel, se stal nulovým. V důsledku toho se nerozsvítily ostatní zelené kontrolky zapojené do série. Chcete-li opravit girlandu, musíte identifikovat spálenou žárovku a vyměnit ji.
2. Při sériovém zapojení je celkový odpor obvodu roven součtu odporů jednotlivých vodičů: R_ekv = R₁ + R₂ + … + R_n.
3. Při sériovém zapojení se celkové napětí obvodu rovná součtu napětí v jednotlivých úsecích: U_ekv =U₁ +u₂ + … + U_n.

Příklad řešení problému

Lampa je zapojena do obvodu s napětím 220 V a protéká jí proud 20 A Když byl k lampě zapojen reostat do série, proud v obvodu klesl na 11 A. Jaký je odpor. reostat?

Řešení.

1. Pomocí Ohmova zákona určíme odpor lampy: R₁ =U/I₁ = 220 / 20 = 11 Ohm.
2. Také pomocí Ohmova zákona určíme celkový odpor obvodu, když je reostat zapnutý: R = U / I₂ = 220 / 11 = 20 Ohm.
3. Při sériovém zapojení se odpory lampy a reostatu sčítají: R = R₁ + R₂.
4. Když známe celkový odpor obvodu a odpor lampy, určíme požadovaný odpor reostatu: R₂ = R – R₁ = 20 − 11 = 9 Ohm.

Odpověď: Odpor reostatu je 9 ohmů.

Sériové připojení bohužel není vždy vhodné. Například v nákupním centru Auchan je otevřeno od 9:00 do 23:00, kino – od 10:00 do 02:30 a obchody – od 10:00 do 22:00. Pokud je okruh zapojen do série, budou muset svítit světla v celém obchodním centru od 9:00 do 02:30. Souhlaste s tím, že tento způsob provozu je ekonomicky nerentabilní i při minimálním tarifu elektřiny. V tomto případě by bylo dobrým řešením použít paralelní připojení.

Paralelní připojení vodičů

V paralelním zapojení jsou začátky všech vodičů spojeny v jednom společném bodě elektrického obvodu a jejich konce v jiném.

Paralelní zapojení se používá v případech, kdy je nutné připojit elektrické spotřebiče nezávisle na sobě. Pokud například vypnete varnou konvici, chladnička bude nadále fungovat. A když jedna žárovka v lustru dohoří, zbytek stále osvětluje místnost.

Zde je několik dalších příkladů použití metody paralelního připojení:

• osvětlení ve velkých nákupních oblastech;
• domácí elektrické spotřebiče v bytě;
• počítače v učebně informatiky;
• voltmetr pro měření napětí na části obvodu.

Paralelní zapojení vodičů: vzorce

1. Napětí v paralelním zapojení je stejné v jakékoli části obvodu: U = U₁ =U₂ = … = U_n. Jak si pamatujete, všechny domácí elektrické spotřebiče jsou navrženy pro stejné jmenovité napětí 220 V. A budete souhlasit, je mnohem snazší vytvořit všechny zásuvky stejné, než vypočítat napětí pro každé zařízení při jejich sériovém zapojení.
2. Proudová síla v paralelním zapojení (v nerozvětvené části obvodu) je rovna součtu proudových sil v jednotlivých paralelně zapojených vodičích: I_ekv = I₁ + I₂ + … + já_n. Elektrický proud protéká větvemi nepřímo úměrně jejich odporu. Pokud jsou odpory ve větvích stejné, pak se proud v paralelním zapojení rozdělí mezi ně rovnoměrně.
3. Celkový odpor obvodu je určen vzorcem: 1 / R_ekv = 1/R₁ + 1/R₂ + … + 1 / R_n. Pro dva paralelně zapojené vodiče lze vzorec napsat jinak: R_ekv = (R₁ R₂) / (R.₁ + R₂).

Jestliže n identické vodiče, z nichž každý má odpor R₁, jsou zapojeny paralelně, pak celkový odpor části obvodu lze zjistit vydělením odporu jednoho z vodičů jejich počtem:

Vraťme se k Anfise a její girlandě. Už jsme přišli na to, proč přestala svítit všechna zelená světla. Je čas zjistit, proč všichni ostatní dál hořeli. Moderní girlandy používají paralelní a sériové připojení současně. Například žárovky stejné barvy jsou zapojeny do série a s jinými barvami – paralelně. Vypnutí větve se zelenými žárovkami tedy neovlivnilo chod zbytku obvodu.

Příklad řešení problému

Dva rezistory s odpory 10 Ohm, respektive 11 Ohm, jsou zapojeny paralelně a připojeny na napětí 220 V. Jaký je proud v nerozvětvené části obvodu?

Řešení.

1. Stanovme celkový odpor při paralelním připojení vodičů: R = (R₁ R₂) / (R1 + R2) = (10 11) / (10 + 11) = 110 / 21 Ohm ≈ 5,24 Ohm.
2. Pomocí Ohmova zákona určíme proudovou sílu v obvodu: I = U / R = 220 / (110 / 21) = 42 A.

Odpověď: Proud v nerozvětvené části obvodu je 42 A.