Краткое содержание & опорный конспект • ФГОС

§ 45. Параллельное соединение проводников

Учебник: Физика. 8 класс
Авторы: И. М. Перышкин, А. И. Иванов
Иллюстрация к § 45. Параллельное соединение проводников 🔍 Нажмите для зума

СУЩНОСТЬ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ

Наряду с последовательным включением, в электротехнике фундаментальную роль играет параллельное соединение:

При параллельном соединении электрическая цепь разветвляется на несколько независимых параллельных ветвей (каналов). Электрический ток, дойдя до узла $A$, разделяется на отдельные потоки по числу параллельных ветвей, а в узле $B$ эти потоки вновь сливаются в единое русло.


ТРИ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ЗАКОНА ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ ЦЕПИ

Для параллельно соединённого участка цепи выполняются три строгих физических закона:

#### 1. Закон равенства электрических напряжений

Напряжение на каждом из параллельно соединённых проводников и на всём параллельном участке одинаково:

$$U = U_1 = U_2 = \dots = U_n$$

#### 2. Закон распределения сил токов (закон Кирхгофа для узла)

Сила тока в общей (неразветвлённой) части цепи равна сумме сил токов, протекающих во всех параллельных ветвях:

$$I = I_1 + I_2 + \dots + I_n$$

#### 3. Закон обратных сопротивлений (сложение проводимостей)

При параллельном соединении проводников складываются не сопротивления, а величины, обратные сопротивлениям (называемые электрическими проводимостями):

$$\frac{1}{R} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \dots + \frac{1}{R_n}$$

Запишем закон распределения токов: $I = I_1 + I_2$.

По закону Ома для каждого участка $I = U / R$, $I_1 = U_1 / R_1$, $I_2 = U_2 / R_2$.

Подставим эти выражения в закон токов:

$$\frac{U}{R} = \frac{U_1}{R_1} + \frac{U_2}{R_2}$$

Поскольку напряжения одинаковы ($U = U_1 = U_2$), разделим обе части уравнения на $U$:

$$\frac{1}{R} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}$$

РАСЧЁТНЫЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ ПРАКТИКИ

Для быстрого решения задач применяются готовые алгебраические следствия основного закона:

  1. Для двух параллельных проводников:
$$\frac{1}{R} = \frac{R_1 + R_2}{R_1 \cdot R_2} \quad \Longrightarrow \quad R = \frac{R_1 \cdot R_2}{R_1 + R_2}$$

(Произведение сопротивлений разделить на их сумму).

  1. Для $n$ одинаковых проводников с сопротивлением $R_1$:
$$R = \frac{R_1}{n}$$

(Например, если параллельно соединены 4 резистора по 20 Ом, их общее сопротивление равно $20 / 4 = 5$ Ом).

  1. Закон распределения токов по ветвям:

Так как $U_1 = U_2$, то $I_1 \cdot R_1 = I_2 \cdot R_2$, откуда:

$$\frac{I_1}{I_2} = \frac{R_2}{R_1}$$

Токи в параллельных ветвях обратно пропорциональны их сопротивлениям: ток выбирает путь наименьшего сопротивления (по ветви с меньшим сопротивлением течёт больший ток).


ПРИМЕР ПРАКТИЧЕСКОГО РАСЧЁТА

  1. При параллельном соединении $U_1 = U_2 = U = 27$ В.
  2. Ток в первом проводнике: $I_1 = U / R_1 = 27 \text{ В} / 3 \text{ Ом} = 9$ А.
  3. Ток во втором проводнике: $I_2 = U / R_2 = 27 \text{ В} / 9 \text{ Ом} = 3$ А.
  4. Общий ток цепи: $I = I_1 + I_2 = 9 \text{ А} + 3 \text{ А} = 12$ А.

(Проверка через эквивалентное сопротивление: $R = (3 \cdot 9) / (3 + 9) = 27 / 12 = 2{,}25$ Ом; $I = 27 / 2{,}25 = 12$ А).


ПРЕИМУЩЕСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ В БЫТУ И ТЕХНИКЕ

Параллельное соединение является основой всей мировой электроэнергетики и бытовой электрификации:


⭐ Шпаргалка к ответу у доски

📌 ШПАРГАЛКА К УСТНОМУ ОТВЕТУ У ДОСКИ

  • Три главных закона параллельного соединения:
$$U = U_1 = U_2 = \dots = U_n \qquad (\text{напряжение везде одинаково})$$
$$I = I_1 + I_2 + \dots + I_n \qquad (\text{токи складываются})$$
$$\frac{1}{R} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \dots + \frac{1}{R_n} \qquad (\text{складываются обратные величины})$$
  • Быстрая формула для двух проводников:
$$R = \frac{R_1 \cdot R_2}{R_1 + R_2}$$
  • Формула для $n$ одинаковых проводников:
$$R = \frac{R_1}{n}$$
  • Золотое правило: Общее сопротивление параллельной цепи всегда меньше наименьшего из сопротивлений ветвей.
  • Обратная пропорциональность токов: $\frac{I_1}{I_2} = \frac{R_2}{R_1}$ (где сопротивление меньше, там ток больше).
  • Главное практическое преимущество: Приборы работают автономно — выключение одного не мешает работе остальных (бытовая сеть 220 В).
🎬 Интерактивное обучение

Посмотрите видеоурок к параграфу § 45

Полноразмерное видео, кликабельные таймкоды к ключевым моментам урока и проверочный экспресс-тест на усвоение знаний.

Открыть видеоурок →