Соединение электрических ламп

Мощность электрического тока, расходуемого на любом потребителе, в том числе и на электрической лампе накаливания, равна произведению квадрата силы тока на сопротивление. Это значит, что если при постоянном сопротивлении мы увеличиваем ток в 2 раза, то расходуемая мощность увеличивается в 4 раза. Если же сила тока остается неизменной, то расходуемая мощность зависит от сопротивления, и если один потребитель имеет вдвое большее сопротивление, чем другой, то и расходуемая мощность для этого потребителя будет также в 2 раза больше.

Электрические лампы могут соединяться как последовательно, так и параллельно. Примером последовательного соединения ламп является елочная гирлянда. При последовательном соединении стоит одной из ламп перегореть, и гаснут также все остальные лампы. Можно выкрутить одну из ламп, при этом погаснет вся гирлянда. При последовательном соединении через все лампы идет один и тот же ток. Если при этом все лампы одинаковые, то мощность, выделяемая на всех лампах, также будет одинаковая. Одинаковое будет падение напряжения на каждой из этих ламп.

Чаще всего осветительные лампы включаются в сеть параллельно. В частности, в квартире именно так включены осветительные лампы. При этом если одна из ламп перегорит или если мы ее выкрутим, то остальные лампы по-прежнему горят. При параллельном соединении ламп одинаково напряжение на всех лампах. Но поскольку сопротивление ламп различно, через лампы идет различный ток, и выделяется на лампах различная мощность.

Мы рассмотрим с вами различные случаи последовательного и параллельного соединения электрических ламп на следующем опыте. На стенде имеется цепь, состоящая из двух параллельных ветвей. В верхнюю и нижнюю ветвь ввернуты две лампочки накаливания. Это одинаковые лампочки, их номинальное напряжение равно 8 В, а номинальный ток при таком напряжении составляет 0,6 А. Такая же лампочка ввернута в общую цепь. В этой же цепи последовательно включен амперметр, вся шкала которого равна 3 А, и цена наименьшего деления составляет 0,2 А. И стенд, и амперметр подключаются к источнику постоянного напряжения.

Выкрутим верхнюю лампочку и замкнем цепь. Будем постепенно увеличивать ток в цепи. Сейчас ток в цепи составил 0,4 А. Две лампочки, которые светятся в нижней ветви и в общей цепи, горят с недокалом, поскольку по ним идет ток 0,4 А. Они включены последовательно, если одну из них выкрутить, гаснет другая. Если увеличить ток через эти лампы до 0,6 А, то обе лампы светятся одинаково ярко, по ним идет один и тот же ток (0,6 А), и они имеют одинаковое сопротивление, это одинаковые лампы. Ввернем верхнюю лампу, лампу в верхней ветви. При этом обратите внимание на то, что ток в общей цепи увеличится, и яркость свечения лампы в общей цепи также возрастёт. Это произошло потому, что уменьшилось общее сопротивление в цепи и возрос ток в цепи

Снова установим ток в цепи 0,6 А (в общей цепи). Сейчас лампа в общей цепи горит полным накалом, по ней идет ток 0,6 А, но две лампочки, включенные в параллельно соединенные ветви, нижняя и верхняя, горят хотя и одинаково ярко, но накал их мал, они светятся тускло. В чем причина? Легко понять, что ток, идущий по этим лампочкам, составляет 0,3 А. Общий ток - 0,6 А, разветвляется на нижний и верхний участки, параллельно соединенные между собой, и поскольку сопротивление этих участков одинаково, то и ток и в верхнем, и в нижнем участке одинаков, а в сумме равны эти токи 0,6 А. Значит, по верхней и нижней ветви идут токи 0,3 А. Ток вдвое меньший идет по верхней и по нижней лампочке, чем ток в общей цепи. Поскольку сопротивление всех трех лампочек одинаково, то мощность, выделяемая на верхней и на нижней лампочках в 4 раза меньше, чем мощность, выделяемая на лампочке, включенной в общую цепь.

Заменим теперь вставку, которая здесь есть в верхней ветви, лампочкой накаливания, точно такой же как все остальные. Обратите внимание на то, что ток в цепи почти не изменился, ну, он чуть-чуть упал. Снова установим ток 0,6 А и обратим внимание на то, как светятся все лампочки. Наиболее ярко светится лампа в общей цепи, менее ярко светится лампа в нижней ветви параллельного соединения, и совсем тускло горят лампочки в верхней ветви этого параллельного соединения. Хотя лампочки в верхней ветви горят одинаковым накалом.

Рассмотрим, почему та или иная лампа горит более или менее ярко. По лампе в общей цепи идет ток 0,6 А, поэтому эта лампа горит полным накалом. Этот ток разветвляется сейчас на нижний и верхний участок параллельного соединения. Но теперь уже токи, которые идут в верхний участок и в нижний участок, неодинаковы, поскольку теперь различны сопротивления этих участков. Сопротивление верхнего участка, где ввернуты две лампочки, вдвое больше, чем сопротивление нижнего участка, где ввернута одна лампочка. А при параллельном соединении токи обратно пропорциональны сопротивлениям. Значит, через нижний участок идет ток вдвое больший, чем через верхний. Через верхний участок идет ток 0,2 А, через нижний участок идет ток 0,4 А, а в сумме эти токи 0,2 + 0,4 равны общему току в цепи - 0,6 А. Поскольку по нижней лампочке идет ток 0,4 А, она горит менее ярко, чем лампа в общей цепи, по которой идет ток 0,6 А. Верхние же лампочки, по которым идет ток 0,2 А, светятся совсем тускло.

Вывернем нижнюю лампу. Обратите внимание при этом на показания амперметра и на яркость свечения лампы в общей цепи. Вы видите, что лампа в общей цепи теперь горит менее ярко, чем раньше, и ток в общей цепи упал с 0,6 до 0,4 А. Дело в том, что когда мы выкрутили нижнюю лампу, то мы увеличили общее сопротивление всей цепи, и поэтому ток изменился, он уменьшился. Но вот эти три лампы теперь, две лампы, соединенные последовательно в верхней части параллельного соединения, и лампа в общей цепи, горят одинаковым накалом. Почему? Потому что они теперь последовательно соединены. Стоит любую из них выкрутить - и гаснут остальные. Если увеличить ток в цепи до 0,6 А, то теперь через все лампы идет такой ток, и все лампы горят полным накалом.