Home / Дизайн / Раскрываем рациональность схемы последовательного соединения лампочек

Раскрываем рациональность схемы последовательного соединения лампочек

Раскрываем рациональность схемы последовательного соединения лампочек

Существует три схемы подключения потребителей к источнику питания. Мы рассмотрим последовательное соединение лампочек и то, как меняется яркость свечения одинаковых и разных по мощности ламп в этой схеме. Ознакомимся с достоинствами и недостатками такого подхода и где он чаще практикуется.

Раскрываем рациональность схемы последовательного соединения лампочек

Содержание:

Вспоминаем школьную физику из курса 8-го класса

Соединение проводников может быть последовательным, параллельным либо смешанным. Нас интересует первый вариант. Особенность такой электрической схемы заключается в том, что конец каждого из подключенных проводников соединен с началом последующего. Таким образом по всей линии протекает одинаковый ток: I = I(1) = I(2)=…=I(n).

В случае с сопротивлением ситуация выглядит иначе, но закономерность и здесь отслеживается. Например, на отдельном участке цепи сопротивление равно R(1). Тогда на следующем участке значение R(2) будет равным R(1). Если измерить R на двух участка одновременно, то получится то же значение, что при суммировании отдельных показателей: R = R(1) + R(2). Аналогичная закономерность наблюдается и в ситуации с напряжением: U = U(1) + U(2).

Раскрываем рациональность схемы последовательного соединения лампочек

Мощность последовательно соединенных лампочек

Подключение ламп по последовательной схеме выглядит очень просто. У каждого патрона имеются два проводника, которые между собой поочередно соединяются, образуя единую токопроводящую линию. Один из оставшихся проводов далее соединяется с фазным проводником от источника питания, а второй с нулевым. То есть проходя через все патроны фаза будет «встречаться» с нулем.

Определяем мощность свечения двух одинаковых ламп накаливания

Несмотря на простоту схемы последовательное соединение ламп редко практикуется из-за ряда недостатков. Один из главных – яркость свечения ламп снижается. Дело в том, что напряжение «делится» на каждый источник свечения с учетом их количества и мощности. То есть при наличии двух ламп по 100 Вт в цепи на каждую приходиться не 220 В, а по 110 В. Они будут светить одинаково по фактической яркости, но суммарно менее эффективно, нежели при полноценном питании одна или обе сразу.

Раскрываем рациональность схемы последовательного соединения лампочек

Последнее можно подтвердить с помощью расчетов:

  • I = P / U – в нашем случае ампераж одной лампочки будет составлять 100 / 220 = 0,45 А;
  • R(1) = R(2) = U / I – сопротивление одной горячей лампочки в цепи примерно будет равно 220 / 0,45 = 489 Ом;
  • R = R(1) + R(2) – общее сопротивление двух ламп будет равным 489 + 489 = 978 Ом;
  • I = U / R – ампераж с учетом общего сопротивления составляет 220 / 978 = 0,225 А;
  • P = U * I – общая мощность двух лампочек при последовательном подключении будет составлять 220 * 0,225 = 49,5 Вт.

Стоит отдельно отметить, что конечный результат расчетов на нашем примере может и будет отличаться в зависимости от ряда условий. Первое – напряжение в сети может колебаться, как правило, в пределах 220-250 В. Второе – сопротивление нити накаливания меняется по мере нагревания. А также на показатель влияет разный химический состав. В любом случае даже с учетом точных данных суммарная мощность лампочек при последовательном соединении заметно отличается от номинальной.

Раскрываем рациональность схемы последовательного соединения лампочек

Видео описание

Автор этого видео доказывает на практике расхождение расчетных значений мощности свечения ламп при последовательном соединении с измеряемыми по факту:

Разбираемся с мощностью свечения разных ламп накаливания в цепи

Если последовательно подключать лампочки с одинаковой мощностью, то они светят одинаково, так как условия их работы создаются идентичные. Если энергопотребление у ламп разное, то свечение у них будет тоже отличаться. Остается понять – где яркость будет больше.

Рассмотрим пример с последовательно соединенными лампочками на 80 Вт (1) и на 100 Вт (2):

  • R = U² / P – получаем 605 Ом и 484 Ом соответственно;
  • I = U / R – ампераж с учетом суммарного сопротивления составляет 0,202 А;
  • P = I² * R – фактическая мощность каждой из ламп будет равна P(1) = (0,202 * 0,202) * 605 = 24,68 Вт и P(2) = 19,74 Вт.

Раскрываем рациональность схемы последовательного соединения лампочек

Видео описание

В этом видео представлены отдельные и общие формулы, с помощью которых можно самостоятельно вычислить мощность последовательно соединенных лампочек с разным номиналом:

Если углубиться в физические тонкости, то нужно рассмотреть закон Джоуля-Ленца. Он основан на таком явлении как выделение тепла во время протекания тока по проводнику: Q = I² * R * t. В нашем случае ток протекает одинаковый и временной промежуток идентичный, а сопротивление у нитей накаливания разное. И чем выше это сопротивление, тем сильнее раскаляется нить, а значит и света выделяется больше.

Рациональность использования схемы и ее недостатки

Схема последовательного соединения лампочек в быту практически не используется. И этому есть ряд обоснованных причин. В частности:

  • если перегорает одна из ламп в электрической цепи, то фазная линия прерывается, следовательно и другие лампочки не будут работать из-за отсутствия питания;
  • падение напряжения на участках цепи сопровождается снижением мощности свечения ламп;
  • недопустимо использование энергосберегающих лампочек и светильников, так как они работают только при напряжении в 220 В.

Раскрываем рациональность схемы последовательного соединения лампочек

Относительно светодиодов и приборов с диодами ситуация не однозначная:

  • если подключать только 3 лампочки, то с большой вероятностью мощность свечения незначительно снизится, что в дизайнерских и «электрических» целях нет смысла использовать;
  • если напряжение падает до 90 В и ниже, то светильники могут не загореться;
  • из-за стабилизатора напряжения в микросхеме нередко одна из ламп начинает мигать в режиме «полное отключение-яркое свечение», при этом соседняя даже в исправном состоянии может не светиться вовсе.

Результат перечисленных недостатков – схема практически не используется в проектировании освещения дома, квартиры или комнаты. А вот производители гирлянд для праздничной иллюминации часто практикуют последовательное подключение лампочек. В этом решении есть огромный плюс – для питания группы низковольтных ламп не требуется преобразователь напряжения из 220 Вольт в 12 В или в 36 В. К тому же на сборку уходит меньше времени и проводов, которые помимо прочего имеют маленькое поперечное сечение. Все это позволяет снижать розничную стоимость гирлянд, чтобы они были доступны «всем и каждому».

Раскрываем рациональность схемы последовательного соединения лампочек

Если говорить о плюсах последовательной схемы в целом, то одним из существенных и практичных является падение напряжения. Дело в том, что для двух и более лампочек накаливания не будут страшны скачки или незначительная перегрузка на линии. Как результат – освещение будет долгое время работать без замены ламп. На практике доказано, что и количество световых часов, заявленных производителем такой способ эксплуатации позволяет увеличивать.

Падение напряжения – это замечательное явление с точки зрения дизайнеров. С одной стороны, схема позволяет мощные лампы накаливания устанавливать, которые светить будут совсем слабо. Такой эффект подходит для любителей стиля лофт или для тех, кому нравятся старые добрые лампочки «Ильича». С другой стороны – подключая источники света с разной мощностью в одну линию Вы можете организовать необычное освещение в разных оттенках: от холодного к теплому, от яркого к тусклому или используя лампы с окрашенными колбами.

Коротко о главном

Последовательное соединение лампочек – это схема, в которой через все лампы проходит фазная линия от источника питания, после крайней лампочки она переходит в нулевой проводник от питающего кабеля.

Если последовательно подключить несколько одинаковых по мощности ламп, то из-за падения напряжения они в равной степени будет светить с низкой эффективностью (меньше номинального значения).

Если последовательно соединить лампы с разной номинальной мощностью, то ярче светить будет та, что имеет большее сопротивление. А последнее свойственно для лампочки с меньшей заявленной мощностью.

Чаще практикуется последовательное соединение лампочек в производстве гирлянд и в дизайнерском деле. В быту от такой схемы отказываются, так как из-за одной лампы все перестают гореть и в целом они светят хуже, чем по отдельности.

Источник

Check Also

Как работает посудомоечная машина без подключения к водопроводу

Инновационные технологии прочно проникли в жизнь современного человека, стали важной и неотъемлемой ее частью. И …

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *