Мощность тока при параллельном и последовательном соединении

Разные виды соединения стандартных пассивных элементов применяют для решения практических задач в электро,- и радиотехнике. С помощью определенных конфигураций схем изменяют напряжение и токи в цепях, создают защитные и управляющие устройства. Ниже представлено параллельное соединение резисторов. Кроме сравнения с другими вариантами, рассмотрены ручные и автоматизированные технологии расчетов с рекомендациями о применении знаний на практике.

Отличия от последовательного и смешанного подключений

Параллельное соединение резисторов

Иные способы соединения понятны из показанных на картинке примеров. Без специальных вычислений понятно, что параллельное включение резисторов создает несколько путей прохождения тока. Следовательно, в отдельных цепях его сила будет меньше, по сравнению с контрольными точками на входе и выходе. Вместе с тем напряжение в отмеченных местах остается неизменным.

Последовательное соединение резисторов увеличивает общее электрическое сопротивление. Ток в этой цепи (по базовым принципам) не будет изменяться. Однако на каждом пассивном элементе можно будет обнаружить измерительным прибором соответствующее падение напряжения.

Смешанный вариант – это объединение представленных выше соединений. Различные комбинации используют для деления напряжения, решения других задач. Для упрощения расчетов суммируют последовательность соединенных сопротивлений в отдельных цепях:

Rобщ = R1 + R2 + … + Rn.

Вне зависимости от сложности схемы, на входе и выходе по первому закону Кирхгофа токи будут одинаковыми.

Атомайзеры для намотки

Прежде чем приобретать атомайзер, лучше обратиться за советом к специалистам, а именно к искушенным вейперам.

Самые популярные модели среди сообществ вейпинга следующие:

• Kanger SubTank – популярный и разрекламированный сабомный клиромайзер, который завоевал множество приверженцев за возможность использовать как заводские, так и самодельные спирали. Недавно вышла модификация данной модели – ТопТанк. Новая версия позволяет заправлять электронную сигарету сверху, таким образом, не откручивая устройство от мода.
• Kayfun – клир российского производства, который создан только для самостоятельной намотки;
• Billow v2 – главным отличием данного клиромайзера является возможность установить две спирали, а не как обычно – одну.
• Zefirus – двухспиральный клир отличного качества, который также полюбился вейперам за его возможность работать как с самодельными головами, так и заводскими.
• Velocity – в отличие от предыдущих моделей является дрипкой, а не клиромайзером. То есть в ее устройстве не предназначен бак для жидкости. Заправку необходимо капать на спираль. Несмотря на не очень удобное пользование, Velocity обеспечит вам отменный вкус и много густого пара.

Расчет параллельного соединения резисторов

Последовательное и параллельное соединение аккумуляторов

Для лучшего понимания процессов следует подробно рассмотреть представленную ниже схему. В контрольных точках (разрывах цепей) условно показаны измерительные приборы. Аналогичным образом подключают мультиметр для уточнения результатов теоретических вычислений. Чтобы не усложнять объяснение, использован «идеальный» источник постоянного тока. Его сопротивление в расчетах не учитывается. Аналогичным образом игнорированы емкостные (индуктивные) реактивные составляющие, которые способны создать незначительные нелинейные искажения.

В рассматриваемом примере ток (I) идет по замкнутому контуру от положительного к отрицательному электроду АКБ. На входе параллельного участка (точка «а») он разделяется на I1 (I2), проходящие через разные ветки с электрическими сопротивлениями R1 (R2), соответственно. В точке «б» происходит объединение токов.

Если присоединить клеммы мультиметра к положительной клемме аккумулятора и входной точке, а после повторить измерение на выходе, будут определены одинаковые значения. Однако в отдельных ветвях токи будут отличаться, если применены разные сопротивления (R1≠R2). Сложение показаний подтвердит равенство суммы полученным ранее результатам измерений на входе (выходе). Промежуточный вывод, подтвержденный экспериментально:

Iобщ = I1 + I2.

Далее можно проверить разницу потенциалов на клеммах источника питания (Uип), в контрольных точках (Uаб) и на отдельных резисторах (UR1 и UR2). Несложно убедиться в том, что Uип = Uаб = UR1 = UR2. Для отдельных ветвей будут действительны пропорции:

• UR1 = I1 * R1;
• UR2 = I2 * R2.

Однако с учетом результатов измерений можно приравнять обе стороны выражений:

UR1 = UR2 = I1 * R1 = I2 * R2.

Простым преобразованием получают соотношение:

I1/I2 = R2/R1.

На основе этой формулы надо сделать следующий важный вывод: токи обратно пропорциональны электрическим сопротивлениям в соответствующих ветвях параллельной цепи.

Пример с исходными данными:

• батарейка Uип = 6V;
• сопротивление параллельных резисторов: R1 = 50 Ом, R2 = 150 Ом.

Расчет:

• найти ток в первой ветке можно по формуле: I1 = Uип / R1 = 6/50 = 0,12А = 120 мА;
• аналогичным образом вычисляют: I2 = Uип / R2 = 6/150 = 0,04А = 40 мА;
• суммарное значение: Iобщ = I1 + I2 = 120 + 40 = 160 мА;
• соблюдается отмеченный выше принцип пропорциональности: I1/I2 = R2/R1 = 50/150 = 40/120 ≈ 0,333.

Следует отметить разную силу тока в отдельных ветках. Для наглядности можно вспомнить пример с аналогом из водопроводных труб. В разветвленном участке по протоку с крупным диаметром пройдет больше жидкости, по сравнению с другим за контрольный временной интервал. Аналогичным образом действует электрическое сопротивление. При увеличении номинала пассивного элемента создаются дополнительные препятствия прохождению тока.

Для расчета сложных схем используют технологию эквивалентных сопротивлений. Этим термином обозначают расчетную величину (Rэкв), которая равна сумме измеряемых параметров отдельных компонентов на определенном участке цепи. Проще всего сделать вычисления, если соединить резисторы (номиналы из примера) последовательно:

Rэкв = R1 + R2 = 50 + 150 = 200 Ом.

Ниже подробно рассмотрен вариант с параллельной схемой:

• по закону Ома для всей цепи действительно выражение: Iобщ = Uип/ Rэкв;
• в отдельных ветках: I1 = U1/ R1 (I2 = U2/ R2);
• по закону Кирхгофа для каждого провода: I = I1+ I2;
• преобразование перечисленных соотношений позволяет сделать промежуточный вывод: Uип/ Rэкв = U1/ R1 + U2/ R2;
• с учетом равенства напряжений: Uип = U1 = U2, можно переделать предыдущую формулу следующим образом: Uип/ Rэкв = Uип / R1 + Uип / R2 = Uип (1/R1 + 1/R2);
• делением на общий множитель Uип получают итоговое выражение: 1/Rэкв = 1/R1 + 1/R2.

Последняя позиция позволяет сделать несколько важных заключений:

• общая проводимость (величина, обратная электрическому сопротивлению) равна сумме проводимостей параллельных участков цепи;
• эквивалентное сопротивление можно вычислить делением единицы на проводимость;
• Rэкв при параллельном соединении всегда меньше самого меньшего из пассивных компонентов цепи.

Материалы для намотки

Для изготовления рабочего атомайзера необходимы вата и проволока. Вата применяется в качестве фитиля, а из проволоки наматывается спираль для электронной сигареты. В процессе парения фитиль смачивается жидкостью, затем под воздействием разогретой спирали и поступающего воздуха в момент затяжки производится пар.

Материалы для спирали

Итак, давайте разберем часто используемые материалы для намотки спирали для электронных сигарет:

• Нихром – в первую очередь привлекает низкой ценой, а также удобством в создании намоток;
• Фехраль – аналог нихрома, но в его составе отсутствует никель. Стоимость еще ниже, чем у нихрома, срок службы и качество при использовании также ниже;
• Нержавеющая сталь – один из самых дешевых и доступных многим материал, который обладает большим сроком эксплуатации. Несмотря на свои преимущества, используется нечасто, так как материал не удобен для намоток;
• Никель – кроме высокой цены также обладает высоким качеством, поэтому не рекомендуется новичкам для «опытов»;
• Титан – своими свойствами не уступает никелю. В качестве преимущества – не выделяет при перегреве вредных веществ, чем не могут похвастаться другие аналоги. Несмотря на это, специалисты заявляют, что выделение вредных веществ начинается при перегреве устройства в 600 °С, в то время как моды не нагреваются более чем 350 °С.

Материалы для фитиля

Для изготовления фитиля существует не так уж и много вариантов. Давайте рассмотрим подробнее:

• Кремнеземный шнур – редко где используется на сегодняшний день из-за ощутимых недостатков: быстро загрязняется, дает мало пара и вкуса, недостаточно хорошо проводит жидкость;
• Вата – речь идет не о медицинской, которая продается во всех аптеках. Нужна неочищенная и нестерильная. В противном случае, вместо вкуса малины будете наслаждаться вкусом медицинских препаратов. Аналогом могут стать даже ватные диски. Весомое преимущество – доступность и дешевизна;
• Японский хлопок – легок в использовании и не создает «послевкусие». Относительно недорогой материал, но для «новичков» может показаться дорогим. Приобрести можно в интернет-магазинах или специализирующихся по вейпингу магазинах в городе.

Как рассчитать сложные схемы соединения резисторов

Если соединять большее количество элементов, надо в рассмотренные формулы добавить необходимое количество слагаемых.

Исходные данные:

• источник постоянного тока 12V;
• сопротивление параллельных резисторов, Ом: 10, 40, 60, 80.

Расчет:

• основная формула: 1/Rэкв = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + 1/R4;
• подставив исходные данные, вычисляют проводимость: G = 1/Rэкв =1/10 + 1/40 + 1/60 +1/80 = 0,1 + 0,025 + 0,0166 +0,0125 = 0,1541;
• эквивалентное сопротивление: Rэкв = 1/0,1541 ≈ 6,5 Ом;
• ток в цепи: Iобщ = Uип/ Rэкв = 12/ 6,5 ≈ 1,85 А.

По аналогичной технологии делают расчеты более сложных цепей. На рисунке обозначены номиналы сопротивлений. В обоих случаях применяется одинаковый источник питания с Uип = 12V.

Расчет 1 (последовательное и параллельное соединение):

• для каждого параллельного участка можно использовать формулу: Rобщ = 1/ (1/R1 + 1/R2) = R1*R2/R1 + R2;
• эквивалентное сопротивление первой части: Rэкв1 = (2*4)/ (2+4) = 1,3 Ом;
• второй: Rэкв2 = (15*5)/ (15+5) = 3,75 Ом;
• общее: Rэкв = 1,3 + 10 + 3,75 = 15,05 Ом;
• Iобщ = Uип/ Rэкв = 12/ 15,05 ≈ 0,8 А.

Расчет 2 (сложное параллельное соединение):

• в этом варианте сначала вычисляют проводимость части (R3, R4, R5) по формуле: G345 = 1/5 + 1/10 + 1/ 20 =7/20 = 0,35 сим;
• Rэкв (345) = 1/0,35 ≈ 2,857 Ом;
• суммарное значение для цепи: R1 + R2 = 20 Ом;
• по аналогии с предыдущим способом определяют: G12345 = 0,4 сим и Rэкв(12345) = (20*2,857)/ 20 + 2,857) ≈ 2,5 Ом;
• после добавления последнего элемента (R6=7,5 Ом) получают итоговый результат: Rэкв = 2,5 + 7,5 = 10 Ом;
• делением определяют силу тока в нагрузке, подключенной к источнику тока 12 V: I = 12/10 = 1,2 А.

В последнем примере применен дополнительный компонент цепи (R6). Соответственно, для этой схемы не будет выполняться рассмотренная выше пропорция равенства напряжений (источника и на подключенной нагрузке).

В этом случае разница потенциалов на шестом резисторе составит:

U6 = I *R6 = 1,2 * 7,5 = 9 В.

Соответственно, изменится напряжение между контрольными точками:

Uав = I * Rэкв(12345) = 1,2*2,5 = 12-9 =3V.

Вторая часть формулы демонстрирует проверку вычитанием напряжений (Uип — U6).

Виды намотки

Выделяют пять видов койлов. Многие вейперы наверняка с ними уже знакомы, но для новичков будет полезно знать, какие виды намоток электронных сигарет бывают.

1. Микрокойл – представляет собой спираль небольшого размера, где витки расположены очень близко друг к другу. Из-за своего размера спираль идеально подходит для маленьких клиромайзеров, при этом площадь нагрева большая, что обеспечивает много пара. При создании микрокойла следите, чтобы не возникло короткое замыкание.
2. Спейскойл – стандартный койл, у которого витки разделяются небольшим пространством (от сюда и название). Такая технология позволяет не подпалить ватку, а жидкости равномерно пропитаться по всему фитилю. Несмотря на удобную намотку, спейскойл не даст вам много пара.
3. «Косичка» – спираль наматывается из двух переплетенных между собой проволок, которые визуально напоминают косичку. За счет увеличенной области нагрева, увеличивается количество пара и качество вкуса. При этом существует один недостаток – есть вероятность «вытянуть» не пар, а курительную жидкость.
4. «Параллель» – аналог предыдущего вида намотки, только две проволоки в спирали идут параллельно, а не переплетаются в косичку. Гарантирует большое количество пара. При замене спирали в электронной сигарете основной сложностью является закрепление концов двух параллельных проволок.
5. Арт-койлы – главной фишкой в такой намотке являются узорчатые плетения, которые скорее искусство, чем способ намотать спираль. Техникой арт-койлов владеют только «гуру» в своем деле. Большая площадь нагрева дает потрясающий эффект в виде огромного количества пара и ярко-выраженного вкуса жидкости.

Ток в цепи параллельно соединенных резисторов

В ходе рассмотрения соответствующих участков разветвленных схем необходимо помнить о равенстве токов на входе и выходе из каждого узла, а также до и после группы из параллельных резисторов. Это правило поможет проверить правильность расчетов. Если отмеченное соответствие не соблюдено, устраняют ошибку вычислений.

Сила тока при параллельном соединении

С применением рассмотренных выше исходных данных для двух сложных схем можно сделать расчет для каждой отдельной ветки.

Пример 1:

• общий ток в цепи составляет 0,8 А;
• распределение напряжений на отдельных участках несложно определить по рассчитанным эквивалентным сопротивлениям: U12 = I * Rэкв1 = 0,8 * (2*4)/ (2+4) = 0,8 * 1,3 = 1,04 V;
• по стандартному алгоритму вычисляют значения токов: I1 = U12/R1 = 0,52 А, I2 = U12/R2 = 0,26 А;
• суммированием проверяют корректность вычислений: I = I1 + I2 = 0,52 + 0,26 ≈ 0,8 А.

Пример 2 (смешанный способ соединения резисторов):

• ток в этом варианте – 1,2 А;
• напряжение на участке с группой параллельных резисторов составляет Uав = I * Rэкв(12345) = 1,2*2,5 =3V;
• по аналогии с предыдущим примером несложно вычислить ток в каждой отдельной ветке: I12 = Uав/(R1 + R2) = 3/ (15 + 5) = 0,15 А;
• I3 = Uав/ R3 = 3/ 5 = 0,6 А;
• I4 = Uав/ R4 = 3/ 10 = 0,3 А;
• I5 = Uав/ R5 = 3/20 = 0,15 А;
• по правилу равенства токов на входе и выходе из узла проверяют правильность сделанных расчетов: I = I12 + I3 + I4 + I5 = 0,15 + 0,6 + 0,3 + 0,15 = 1,2 А.

Мощность при параллельном соединении

Для правильного выбора резистивных компонентов электрических цепей обязательно следует учитывать мощность рассеивания. Этот параметр (Р) рассчитывают по классической формуле P = U (напряжение на выводах, В) * I (сила тока в цепи, А). Он косвенно определяет энергию, которая расходуется на выделение тепла. Также применяют пропорции:

P = I2 *R = U2/ R.

К сведению. Конструкция каждого элемента рассчитана на определенный рабочий температурный диапазон. Превышение порога способно разрушить деталь, место пайки, соседние компоненты. Следует не забывать об одновременном существенном изменении сопротивления, которое способно нарушить функциональное состояние электрической схемы.

Для расчета выбирают подходящую формулу с учетом известных исходных параметров (данные из примера 2 в предыдущем разделе):

• ток – 1,2 А;
• на сопротивлении R6=7,5 Ом мощность рассеивания составит: P6 = I2 *R = 1,44 * 7,5 = 10,8 Вт;
• найти такой резистор сложно, так как в стандартном ряду предлагаются номиналы от 0,05 до 5Вт;
• в другой цепи (R5=20 Ом) расчетный ток составит 0,15 А, поэтому P5= 0,0225 * 20 = 0,45 Вт;
• в этом случае можно выбрать изделие с подходящей мощностью рассеивания в стандартной номенклатуре 0,5 Вт (специалисты рекомендуют делать 1,52 кратный запас, поэтому лучше использовать резистор на 1 Вт).

К сведению. При выборе резисторов следует учитывать класс изделия по точности электрического сопротивления. В серийных деталях допустимы отклонения 5-20%.

Как найти сопротивление при параллельном соединении

Для расчета этого параметра применяют формулы:

• 1/G;
• U/I;
• U2/P;
• P/I2.

Выбирают подходящий вариант (комбинацию) с учетом имеющихся исходных данных. Следует помнить о едином напряжении на входе и выходе и разных токах в отдельных ветках. Технология вычислений рассмотрена в предыдущих разделах.

Процесс намотки

Как намотать спираль для электронной сигареты? Разберемся с данным вопросом на примере стандартного койла. Арт-койлы сложны в своем исполнении, поэтому вкратце объяснить что-либо вряд ли получится.

Вот список инструментов, которые нам понадобятся в работе:

• ножницы;
• пинцет (желательно керамический);
• плоскогубцы;
• отвертка (ее также можно будет использовать для намотки);
• кусачки.

Итак, рассмотрим подробно непосредственно сам процесс:

1. В любом деле важна гигиена, поэтому необходимо вымыть руки и инструменты. Прежде всего, это нужно, чтобы вата для фитиля не впитала в себя посторонние ароматы;
2. Если материал проволоки скручивается или пружинит, необходимо прожечь его (можно на газовой плите или зажигалкой). Данный пункт не касается никеля и титана. Их прожигать ни в коем случае нельзя – вы не только понизите качество, но и поспособствуете выделению вредных веществ;
3. Проволоку необходимо обезжирить с помощью спирта. Если вы используете никель или титан, это действие необходимо выполнить до намотки, так как их запрещено прожигать;
4. Возьмите отвертку или специальное приспособление для намотки, и начинайте накручивать проволоку вокруг. В зависимости от выбранного типа намотки, витки нужно делать плотно друг к другу или же оставлять пространство между ними около 1 мм. Не переживайте, если у вас они получаются неровными, потом это все исправится;
5. После того, как будет сделано достаточное количество витков, их можно сжать плоскогубцами, а потом слегка растянуть;
6. Теперь можно с гордостью заявить, что спираль готова. Преступим к установке этой спирали на базу клира. Открутите винты койла и под них просуньте концы спирали. Затем закрутите болты обратно. Отверткой еще раз поправьте спираль, чтобы она расположилась ровно по центру. Смотрите, чтобы ее края ни в коем случае не соприкасались со стенками базы. Концы проволоки также не должны касаться элементов базы, лишнее необходимо убрать кусачками. В противном случае, может возникнуть короткое замыкание;
7. Важно! Чем выше будет спираль по отношению к нижнему отверстию, тем больше удар по горлу, и наоборот;
8. Нажимайте кнопку парения, чтобы прожечь уже установленную спираль. Она должна равномерно краснеть от центра до краев. Если какой-то участок не разогревается, проведите по нему керамическим пинцетом;
9. Заключительным этапом является размещение ваты или другого выбранного вами материала в спирали. Вата должна свободно проходить с одной стороны в другую;
10. Длинные хвосты отрежьте, оставив немного в запасе;
11. Оставленные концы спрячьте внутри базы клиромайзера. Смотрите, чтобы вата не попала на резьбу.

Онлайн калькулятор для параллельного соединения резисторов

Рассчитать вручную последовательное соединение резисторов нетрудно. Но для параллельных и комбинированных схем удобнее использовать калькулятор. Соответствующие сервисные услуги бесплатно предлагают справочные и тематические сайты.

Специализированное современное программное обеспечение обеспечивает автоматизированное вычисление рабочих параметров сложных схем. Пользователь может:

• переставлять проводники;
• устанавливать в нужном месте светодиоды, конденсаторы, другие компоненты;
• изменять входной сигнал.

Представленная в публикации информация пригодится для самостоятельных расчетов и проверок. Она поможет выбрать в магазине резистор и восстановить работоспособность электротехнического устройства.

Типы проводников

Проводимость веществом электрического тока связана с наличием в нем свободных носителей заряда. Их количество определяется по электронной конфигурации.

Читать также: Удельная теплота плавления латуни

Для этого необходима химическая формула вещества, при помощи которой можно вычислить их общее число. Значение для каждого элемента берется из периодической системы Дмитрия Ивановича Менделеева.

Электрический ток — упорядоченное движение свободных носителей заряда, на которые воздействует электромагнитное поле. При протекании тока по веществу происходит взаимодействие потока заряженных частиц с узлами кристаллической решетки, при этом часть кинетической энергии частицы превращается в тепловую энергию. Иными словами, частица «ударяется» об атом, а затем снова продолжает движение, набирая скорость под действием электромагнитного поля.

Процесс взаимодействия частиц с узлами кристаллической решетки называется электрической проводимостью или сопротивлением материала. Единицей измерения является Ом, а определить его можно при помощи омметра или расчитать. Согласно свойству проводимости, вещества можно разделить на 3 группы:

1. Проводники (все металлы, ионизированный газ и электролитические растворы).
2. Полупроводники (Si, Ge, GaAs, InP и InSb).
3. Непроводники (диэлектрики или изоляторы).

Проводники всегда проводят электрический ток, поскольку содержат в своем атомарном строении свободные электроны, анионы, катионы и ионы. Полупроводники проводят электричество только при определенных условиях, которые влияют на наличие или отсутствие свободных электронов и дырок. К факторам, влияющим на проводимость, относятся следующие: температура, освещенность и т. д.

Диэлектрики вообще не проводят электричество, поскольку в их структуре вообще отсутствуют свободные носители заряда. При выполнении расчетов каждый радиолюбитель должен знать зависимость сопротивления от некоторых физических величин.

Видео

435 ₽ Подробнее

1305 ₽ Подробнее

Лучшие планшеты