Цепи . Популярная физика. От архимедова рычага до квантовой механики
Допустим, что ток пропустили через проводник сопротивлением (R) в 100 Ом. Далее его пропустили через проводник сопротивлением (R’) в 50 Ом, а затем сопротивлением (R”) в 30 Ом. Назовем эти этапы «сопротивлениями» и для простоты допустим, что сопротивления других проводников, помимо трех вышеназванных, маловажны и могут быть опущены.
Вышеуказанные сопротивления являются последовательными: ток должен пройти сначала первый, потом второй, а затем и третий этап сопротивления. Очевидно, что в конечном счете ток прошел через общее сопротивление в 100 + 50 + 30, или 180 Ом. Каждый раз, когда ток проходит через этапы, соединенные одной цепью, общее сопротивление будет равным сумме всех поэтапных сопротивлений.
Если в наших домашних электрических сетях ток имеет разность потенциалов в 120 вольт и мы допустим, что ток должен будет пройти только через сопротивления R, R’ и R”, то при помощи закона Ома мы сможем высчитать силу тока, проходящего через сопротивления.
Закон Ома может быть применен как к части системы, так и ко всей системе. Какова, к примеру, разность потенциалов на первом из трех этапов системы, обозначенном R? Его сопротивление задано как 100 Ом, а его вычисленная нами для этого участка (как и для всех остальных) сила тока равна 2/3 ампера. По закону Ома Е = IR, так что разность потенциалов на первом участке будет равна 100 Ом умножить на 
Общая разность потенциалов будет равна 662/3 + 331/3 + 20, следовательно, 120 вольт[103]. Общая разность потенциалов в цепи равна сумме разности потенциалов всех участков цепи.
Допустим, что к цепи добавили четвертый участок сопротивления, скажем в 60 000 000 000 000 Ом. Другие сопротивления по сравнению с этим настолько малозначительны, что их можно будет игнорировать. Сила тока будет равна 120 вольтам, поделенным на 60 триллионов Ом, следовательно — две триллионных ампера. Эта сила настолько мала, что с таким же успехом можно говорить об отсутствии тока вообще.
Если два проводника разделить воздушной пробкой, то движение тока прекратится, так как у воздуха очень высокая сопротивляемость. Для непрерывного движения тока требуется, чтобы между проводниками не было значительных прослоек воздуха. Электрический ток должен передвигаться по непрерывному пласту проводящих материалов от одного полюса аккумулятора (или другого источника электричества) к другому полюсу.
Если в последовательно соединенной цепи возникает воздушная пробка, появляется высокое сопротивление и ток практически пропадает. Такая цепь называется «разомкнутой», или «разорванной». Если же воздушная пробка устраняется, то электрический ток возобновляет свое движение и цепь называется «замкнутой»[104]. Электрические розетки в стенах не передают электрического тока, если в них не вставить штепсель, потому что между двумя «порталами» существует воздушная пробка. Однако она исчезает, когда в розетку вставляют штепсель. Тем не менее в электрических приборах имеется своя воздушная пробка, так что сразу после подключения к электрической цепи электрический ток не поступает. Только после того как повернуть переключатель или нажать кнопку на приборе, эта вторая воздушная пробка исчезает и электрический ток начинает циркулировать.
Иногда желательно, чтобы воздушная пробка возникала мгновенно.
Для того чтобы это предотвратить, обычно в цепи вставляют пластину низкоплавкого сплава. Устройство, содержащее подобный сплав, называется «плавким предохранителем». В том случае, если сила тока превышает предел, указанный на предохранителе (обычно в бытовых приборах этот предел составляет 15 ампер), то уровень тепла возрастает и пластина начинает плавиться, что приводит к возникновению воздушной пробки, и цепь разрывается. Электрический ток в цепи можно возобновить только после замены предохранителя. Разумеется, если предохранитель сгорает неоднократно, то разумнее всего проверить всю цепь и выявить неполадки.
Когда в сети последовательно соединены несколько объектов, то один и тот же электрический ток, проходя в цепи первый объект, затем проходит по очереди и все остальные.
Тем не менее ток может проходить из пункта А в пункт В и другими путями, которые могут быть, например, соединены отдельно тремя разными сопротивлениями
Так как обычно эти три сопротивления на схемах изображаются параллельно, то соединение называется параллельным. Касательно параллельной электрической цепи можно сказать, что разность потенциалов всегда постоянна на каждом ее этапе.
Достаточно легко вычислить силу тока в каждом из участков с разными сопротивлениями, так как разность потенциалов и сопротивления нам известна.
Если в бытовых домашних электросетях разность потенциалов равна 120 вольт, то, значит, такова же и разность потенциалов каждого из параллельных участков. Поскольку по закону Ома I = E/R, сила тока на первом участке равна 120/100, или 1,2 ампера, на втором — 120/50, или 2,4 ампера, и на третьем — 120/30, или 4 ампера.
Представим, что точки А и В соединены очень длинной, компактно смотанной проволокой, настолько компактно, что эти точки разделяют одновременно и несколько метров проволоки, и 1 см воздуха. Можно считать, что проволока и воздух являются частями параллельной цепи. Таким образом, ток может поступать или через проволоку, или через небольшой слой воздуха.
Если же слой воздуха уменьшить, то общее сопротивление воздушной пробки между пунктами А и В понизится и в ней будет обнаруживаться ток все большей и большей силы. По пути ток выбивает электроны из атомов воздуха, повышая тем самым способность воздуха проводить электричество при помощи электронов и положительно заряженных ионов, которые электроны оставляют после себя. В результате сопротивление воздушной пробки понижается еще дальше.
В один переломный момент этот порочный круг, в котором ток создает все больше ионов, вызывающих все больший ток, приводит к тому, что через воздух проходит ток в больших количествах, с искрами и треском, которые и привлекли такое внимание к лейденской банке (см. гл. 10). Так как ток выбрал наикратчайший путь из пункта А в В, данное явление назвали 
По проволоке и другим предметам из пункта А в пункт В ток больше не идет, и электричество в цепи пропадает.
При коротком замыкании, когда значительная часть прежней цепи выходит из строя, происходит внезапное снижение общего сопротивления в цепи. Сопротивление в искрящейся воздушной пробке очень низкое, возможно, даже ниже, чем в проволоке и других приборах цепи. В остатке цепи сила тока значительно возрастает, что приводит к увеличенному нагреву. В лучшем случае должен выйти из строя один из предохранителей, в худшем — искры в конце концов подожгут любой воспламеняющийся предмет, находящийся поблизости, что может привести к пожару.
Для снижения вероятности коротких замыканий обычно проволоку окружают изоляционным материалом: шелком, резиной, пластмассой и т. д. У этих веществ не только сопротивление выше, чем у воздуха, но и, будучи твердыми телами, они всегда разделяют две разные проволоки (даже если эти проволоки крепко прижимают друг к другу).
Однако изоляция может изнашиваться, и тогда снова появляется опасность коротких замыканий.
Возвращаясь к нашим трем участкам с разными сопротивлениями в параллельной сети, зададимся вопросом: каково же общее сопротивление системы? Известно, что общая сила тока в цепи равна сумме сил тока на каждом ее участке. В нашем примере общая сила тока в цепи будет 1,2 + 2,4 + 4,0 = 7,6 ампера. Разность потенциалов между точками А и В параллельной цепи — 120 вольт. Следуя закону Ома R = E/I, общее сопротивление будет равно 120 вольтам, поделенным на общую силу тока в 7,6 ампера. Следовательно, общее сопротивление равно 120/7,6, т. е. чуть менее 16 Ом.
Следует обратить внимание, что общее сопротивление меньше каждого из трех взятых по отдельности сопротивлений отдельных участков. Для того чтобы понять, почему так происходит, следует рассмотреть закон Ома R = E/I применительно к параллельной цепи. R обозначает общее сопротивление, I — общую силу тока, а E остается неизменной независимо от того, взят один объект или несколько.
Сила тока равна сумме сил тока на каждом отдельном отрезке цепи (I, I’ и I”). Следовательно:
Ri = E/(I + I’ + I”). (Уравнение 11.9)
Обратив это выражение, получим:
1/Ri = (I + I’ + I”)/E. Уравнение (11.10)
Согласно закону Ома, I/Е должно равняться 1/R, I’/E — равняться 1/R’ и I”/Е — равняться 1/R”, индивидуальным сопротивлениям объектов параллельной цепи. Таким образом:
1/Ri = 1/R + 1/R’ + 1/R”. (Уравнение 11.11)
Поговорим об обратных соотношениях в уравнении 11.11. Можно сказать, к примеру, что обратное отношение общего сопротивления равняется сумме обратных отношений отдельных сопротивлений. Выходит так, что чем меньше величина, тем больше обратная ей, и наоборот. (Например, число 11 больше, чем 3, а 1/11 меньше, чем 1/3) Таким образом, исходя из того, что обратное соотношение общего сопротивления (1/Ri) равняется сумме обратных соотношений каждого сопротивления в отдельности и соответственно превосходит каждое из них в отдельности, общее сопротивление (Ri), как таковое, должно быть меньше каждого отдельно взятого сопротивления.
Важным свойством параллельных цепей является следующее: если в параллельной цепи произошел разрыв, то электричество исчезает только в том отрезке, где это случилось. Ток продолжает поступать из пункта А в пункт В по оставшимся отрезкам цепи. При параллельных цепях можно, например, пользоваться одной розеткой, в то время как другие остаются разомкнутыми. А если в параллельной цепи перегорает лампочка (в месте разрыва перегоревшей нити накала получается воздушная пробка), то другие лампочки продолжают гореть.
Параллельное соединение проводников | Физика
При параллельном соединении все проводники (резисторы, лампы и т.д.) подключаются к одной и той же паре точек A и B (рис. 43). Связь между общими значениями силы тока, напряжения и сопротивления с их значениями на отдельных участках цепи при этом отличается от той, что была при последовательном соединении.
Теперь соответствующие формулы имеют вид
I = I1 + I2, (17.1) U = U1 = U2, (17.2) R = (R1R2) / (R1 + R2). (17.3)
Чтобы убедиться в справедливости этих соотношений, следует собрать цепь и с помощью амперметра и вольтметра произвести необходимые измерения.
Итак, при параллельном соединении проводников напряжение на всех участках цепи одно и то же, общая сила тока равна сумме сил токов на отдельных проводниках, а общее сопротивление двух проводников находится как отношение произведения их сопротивлений к их сумме.
Первые две из этих закономерностей справедливы для любого числа параллельно соединенных проводников, последняя — только для двух.
Если R1 = R2, то
R = (R1R2) / (R1 + R2) = R12/2R1 = R1/2 (17.4)
Мы видим, что общее сопротивление двух одинаковых проводников в 2 раза меньше сопротивления одного проводника.
Эта закономерность допускает обобщение: если параллельно соединено n одинаковых потребителей электроэнергии (резисторов, ламп и т.д.), то их общее сопротивление в n раз меньше сопротивления каждого из них:
R = R1/n (17.5)
Отсюда следует, что с увеличением числа проводников общее сопротивление будет становиться все меньше и меньше. Это может показаться странным. На самом деле ничего удивительного в этом нет: ведь при параллельном соединении проводников происходит как бы увеличение общей площади их поперечного сечения, а с увеличением площади сечения проводника, как известно, его сопротивление уменьшается.
Отличительной особенностью параллельного соединения нескольких потребителей является то, что при выключении одного из них остальные продолжают работать. Так, например, вывернув одну лампу в цепи, изображенной на рисунке 44, мы увидим, что другая будет по-прежнему гореть.
Большинство потребителей электроэнергии — электронагревательные приборы, холодильники, швейные машины, магнитофоны, телевизоры и т.
д. — рассчитаны на напряжение сети 220 В. Поэтому все они должны включаться в сеть параллельно, ибо только в этом случае они окажутся под одним и тем же напряжением (220 В) и будут продолжать работать при выключении одного из них.
На рисунке 45 приведена упрощенная схема квартирной электропроводки. Провода сети, между которыми существует напряжение 220 В, обозначены буквами Ф и О. Первый из них называют фазным, второй — нулевым. Нулевой провод соединен с землей. Именно с ним соединяют все потребители. И наоборот, все выключатели соединяют с фазным проводом. Такой порядок подключения потребителей и выключателей обеспечивает наибольшую безопасность человека.
??? 1. Какое соединение называют параллельным? 2. Начертите схему цепи, изображенной на рисунке 44. 3. Какие три закономерности справедливы для параллельного соединения проводников? 4. Как находится общее сопротивление параллельно соединенных проводников, когда они одинаковые? 5. Перечислите все элементы электрической цепи, изображенной на рисунке 45.
6. Предположим, что при замене лампы человек случайно коснулся металлического контакта в патроне лампы и одновременно с этим какой-либо заземленной части здания (например, батареи отопления). Под каким напряжением он окажется? Рассмотрите ситуацию, когда лампа и выключатель подсоединены к проводам сети так, как это показано на рисунке 45. Что произойдет, если лампу и выключатель поменять местами? 7. Почему у вольтметров делают большое внутреннее сопротивление, а у амперметров — малое?
Параллельные цепи — основное электричество
Перейти к содержимому
Электрические цепи
Параллельная схема, вероятно, является наиболее распространенным типом схемы, с которой вы столкнетесь. Нагрузки в системах распределения электроэнергии в основном так или иначе соединены параллельно друг другу.
Строительство параллельной цепи
Параллельная цепь строится путем соединения клемм всех отдельных нагрузочных устройств таким образом, чтобы на каждом компоненте появлялось одинаковое значение напряжения.
- Напряжение на каждой ветви одинаковое.
- Есть три отдельных пути (ветви) для протекания тока, каждый из которых выходит из отрицательной клеммы и возвращается к положительной клемме.
В отличие от последовательной цепи, ток по-прежнему течет к остальным устройствам в цепи, если какая-либо ветвь или компонент в параллельной цепи разомкнуты.
Три закона параллельной цепи
Существуют три основных соотношения, касающиеся напряжения, тока и сопротивления во всех параллельных цепях.
Напряжение
В параллельной цепи каждый нагрузочный резистор действует как независимая ветвь цепи, и благодаря этому каждая ветвь «видит» все напряжение питания.
Суммарное напряжение параллельной цепи имеет то же значение, что и напряжение на каждой ветви.
Это отношение может быть выражено как:
ЭТ = Е1 = Е2 = Е3…
Рис.
20. Протекание тока в параллельной цепи
В приведенной выше схеме напряжение в каждой ветви равно 120 В.
Текущий
Параллельная цепь имеет более одного пути для протекания тока. Количество токовых путей определяется количеством параллельно соединенных нагрузочных резисторов.
Общий ток в параллельной цепи представляет собой сумму токов отдельных ответвлений.
Это отношение в параллельной цепи выражается как:
IT = I1 + I2 + I3…
Чтобы найти общий ток, необходимо сначала определить токи отдельных ветвей, используя закон Ома:
I1 = 120 В/ 20 Ом = 6 А
I2 = 120 В/ 40 Ом = 3 А
I3 = 120 В/ 60 Ом = 2 А
IT = 6 А + 3 А + 2 А = 11 А
Сопротивление
Всякий раз, когда большее количество сопротивлений подключается параллельно, они уменьшают общее сопротивление цепи.
Чистое сопротивление параллельной цепи всегда меньше любого из значений сопротивления по отдельности.
Общее сопротивление обычно определяется с помощью обратной формулы:
1/RT = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3…
Использование кнопки инверсии вашего калькулятора может упростить вычисление общего сопротивления.
License
Basic Electricity by Chad Flinn распространяется по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License, если не указано иное.
Поделиться этой книгой
Поделиться в Твиттере
Как найти общие оборотные активы
Активы компании включают в себя все ценное, что имеет компания, например денежные средства, инвестиции или имущество. Активы делятся на две категории: текущие активы и долгосрочные активы. Оборотные активы полезны при оценке финансового состояния компании, поскольку они могут выявить способность (или неспособность) финансировать свою деятельность и оплачивать расходы.
Что такое оборотные средства?
Текущие активы определяются как все активы, которые, как ожидается, будут конвертированы в денежные средства или их эквиваленты в течение одного года, и также известны как краткосрочные активы.
Примеры статей, которые обычно включаются при расчете оборотных активов:
- Денежные средства и их эквиваленты.
- Краткосрочные вложения (рыночные ценные бумаги).
- Дебиторская задолженность.
- Инвентарь.
- Расходы будущих периодов.
- Любые другие ликвидные активы.
Важно отметить, что не все из них будут на самом деле конвертированы в наличные деньги в течение года. Например, предоплаченные расходы указываются как текущие активы, потому что они устраняют необходимость платить за вещи в течение следующего года, тем самым экономя денежные средства.
Текущие активы обычно указываются в балансе компании в порядке убывания ликвидности. Денежные средства — это самый простой вид активов, который можно использовать для финансирования обязательств, поэтому они указаны первыми. Порядок может варьироваться в зависимости от типа бизнеса, но в целом ликвидность активов находится в том же порядке, что и список, написанный ранее.
Пример
В качестве иллюстрации рассмотрим этот моментальный снимок баланса Wal-Mart на конец последнего финансового года.
Текущие активы четко разделены и перечислены в порядке ликвидности. Денежные средства, очевидно, являются наиболее ликвидным активом, а дебиторская задолженность представляет собой денежные средства, которые компания уже заработала, но еще не получила. Товарно-материальные запасы менее ликвидны, поскольку они представляют собой товары, которые могут быть проданы быстро или могут занять некоторое время для конвертации в наличные деньги.
Три полезных коэффициента, которые можно рассчитать с помощью текущих активов
Наконец, есть некоторые коэффициенты, которые мы можем рассчитать, используя оборотные активы, которые могут помочь нам получить представление о способности компании выполнять свои краткосрочные обязательства.
Во-первых, соотношение денежных средств является наиболее консервативным, так как оно принимает во внимание только денежные средства компании и их эквиваленты, разделяя эти числа на текущие обязательства.
Это показывает, насколько легко компания может немедленно покрыть свои краткосрочные долги.
Далее коэффициент быстрой ликвидности включает ликвидные ценные бумаги и дебиторскую задолженность, но не учитывает запасы. Это говорит нам о ликвидных активах компании по отношению к ее краткосрочным обязательствам и также известно как «коэффициент кислотности».
В-третьих, коэффициент текущей ликвидности включает в расчет все текущие обязательства. Теоретически это лучшая мера способности компании выполнять свои обязательства, но остерегайтесь завышенных товарных запасов.
Подводя итог, оборотные активы полезны при попытке определить способность компании выполнять свои обязательства в течение следующего года или около того. Высокий уровень текущих активов по отношению к обязательствам является хорошим индикатором финансового благополучия, а низкий уровень текущих активов может быть признаком проблем.
Если вы читаете это, потому что хотите начать инвестировать, попробуйте наш брокерский инструмент.
Вы можете использовать его, чтобы сравнить типы счетов и инвестиций, предлагаемых в разных учреждениях, и найти счет, который подходит именно вам.
Эта статья является частью Центра знаний The Motley Fool’s Knowledge Center, который был создан на основе собранной мудрости фантастического сообщества инвесторов, базирующихся в Foolsaurus . Загляните туда, чтобы узнать больше о нашей Вики и как вы можете принять участие в том, чтобы помочь миру инвестировать лучше! Если вы обнаружите какие-либо проблемы с этой страницей, напишите нам по телефону [email protected] . Спасибо — и дурак дальше!
the_motley_fool не имеет позиций ни в одной из упомянутых акций. У Motley Fool нет позиций ни в одной из упомянутых акций. Мы, дураки, возможно, не все придерживаемся одного и того же мнения, но все мы верим, что рассмотрение разнообразных идей делает нас лучшими инвесторами. У Motley Fool есть политика раскрытия информации.