Физика / Электричество

Параллельное соединение сопротивлений

При параллельном соединении резисторы подключены к одним двум узлам. Напряжение на ветвях одинаково, токи складываются, а общее сопротивление меньше сопротивления каждой ветви.

Опубликовано: Обновлено:

Формула

$$R=\frac{R_1R_2}{R_1+R_2}$$
Электрическая схема Одно напряжение на двух ветвях
АБR₁ = 6 ОмR₂ = 3 ОмU = 12 В

Обе ветви соединяют узлы А и Б. Напряжение каждой ветви 12 В.

Обозначения

$R$
общее сопротивление двух параллельных резисторов, Ом
$R_1, R_2$
сопротивления двух ветвей, Ом

Условия применения

  • Каждая рассматриваемая ветвь соединяет одну и ту же пару узлов, поэтому напряжения на ветвях равны.
  • Сопротивления ветвей положительны и постоянны в рассматриваемом режиме; соединительные провода считаются идеальными.

Ограничения

  • Если у двух резисторов общая только одна точка, этого недостаточно для параллельного соединения.
  • Выражение R = R₁R₂/(R₁ + R₂) относится к двум ветвям. Для трех и более ветвей складывают обратные сопротивления.

Подробное объяснение

В параллельной цепи у заряда есть несколько путей между одними и теми же узлами. Разность потенциалов между этими узлами одна, поэтому U = U₁ = U₂. При этом токи в ветвях обычно различны: I₁ = U/R₁, I₂ = U/R₂. Через меньшее сопротивление при одинаковом напряжении проходит больший ток.

В точке разветвления заряд не возникает и не исчезает. Ток в общей части цепи равен сумме токов ветвей: I = I₁ + I₂. Подставляя закон Ома, получаем U/R = U/R₁ + U/R₂. При ненулевом напряжении можно сократить U и записать 1/R = 1/R₁ + 1/R₂. Для двух резисторов отсюда R = R₁R₂/(R₁ + R₂).

Добавление еще одной проводящей ветви облегчает прохождение тока: при прежнем напряжении суммарный ток растет, а общее сопротивление уменьшается. Поэтому результат должен быть меньше каждого положительного сопротивления ветвей. Для двух одинаковых резисторов сопротивлением R₀ ответ равен R₀/2.

В смешанной цепи сначала выделяют параллельную группу по общим узлам. Ее заменяют одним эквивалентным сопротивлением, после чего проверяют, какие элементы стали последовательными. Складывать все числа со схемы сразу нельзя: порядок вычислений определяется соединениями, а не расположением надписей.

Как пользоваться формулой

  1. Найдите два общих узла и убедитесь, что обе ветви подключены именно между ними.
  2. Для двух резисторов вычислите произведение R₁R₂ и разделите его на сумму R₁ + R₂.
  3. Если известно напряжение, найдите ток каждой ветви отдельно: I₁ = U/R₁ и I₂ = U/R₂.
  4. Сложите токи ветвей и сравните сумму с U/R; общее сопротивление должно быть меньше каждого из двух.

Историческая справка

Расчет параллельных ветвей показывает, как из простого закона для одного проводника строится описание целой электрической сети. В теории цепей XIX века принципиальным стало различение двух условий: одинакового тока в последовательных элементах и одинакового напряжения между общими узлами.

Современный вывод складывает токи, найденные по закону Ома. При общем напряжении удобнее складывать величины, обратные сопротивлениям, — проводимости. Физический смысл этой операции состоит в появлении дополнительных путей переноса заряда. Каждый путь увеличивает общий ток при том же напряжении между узлами.

Формула для двух сопротивлений в виде дроби с произведением в числителе — алгебраическое преобразование общего правила проводимостей. Она не представляет отдельного экспериментального закона. Именно поэтому для трех ветвей нельзя механически продолжить запись произведения: следует вернуться к сумме обратных сопротивлений.

Историческая линия формулы

Правило параллельного соединения выводится из закона Ома и сохранения заряда в узле. Формула R₁R₂/(R₁ + R₂) — частный случай для двух ветвей, а не независимое открытие с отдельным автором; ее происхождение видно из сложения токов.

Пример

Резисторы 6 Ом и 3 Ом подключены параллельно к напряжению 12 В. Общее сопротивление R = 6 × 3 / (6 + 3) = 18/9 = 2 Ом. Токи ветвей: I₁ = 12/6 = 2 А и I₂ = 12/3 = 4 А. Общий ток I = 2 + 4 = 6 А. Независимая проверка: U/R = 12/2 = 6 А — совпало. Сопротивление 2 Ом меньше и 3 Ом, и 6 Ом. Напряжение на каждой ветви остается 12 В, а не 6 В: обе ветви соединяют одни и те же точки. Для смешанной цепи можно добавить к этой группе резистор 4 Ом последовательно; тогда общее сопротивление всей схемы станет 4 + 2 = 6 Ом.

Частая ошибка

Не складывайте сопротивления параллельных ветвей как последовательные. Не принимайте сумму 1/R₁ + 1/R₂ за R: это обратная величина, ее нужно обратить. Не делите общий ток поровну при разных сопротивлениях. Не путайте напряжение на параллельной группе с напряжением всего источника, если перед группой есть последовательный резистор.

Практика

Задачи с решением

Две одинаковые ветви

Условие. Два резистора по 10 Ом соединены параллельно. Найдите общее сопротивление.

Решение. 1/R = 1/10 + 1/10 = 1/5, поэтому R = 5 Ом.

Ответ. 5 Ом

Смешанная цепь

Условие. Резистор 4 Ом соединен последовательно с параллельной группой 6 Ом и 3 Ом. Напряжение всей цепи 12 В. Найдите общий ток.

Решение. R группы = 6 × 3 / 9 = 2 Ом. R всей цепи = 4 + 2 = 6 Ом. I = 12/6 = 2 А.

Ответ. 2 А

Калькулятор

Два параллельных резистора

Подставьте величины в указанных единицах.

Заполнить примером:
Введите значенияКалькулятор покажет ответ, промежуточные величины и ход подстановки.

Дополнительные источники

  • OpenStax, College Physics 2e, §21.1 Resistors in Series and Parallel: https://openstax.org/books/college-physics-2e/pages/21-1-resistors-in-series-and-parallel
  • OpenStax, College Physics 2e, §20.2 Ohm’s Law: https://openstax.org/books/college-physics-2e/pages/20-2-ohms-law-resistance-and-simple-circuits

Связанные формулы

Физика

Последовательное соединение сопротивлений

$R = R_1 + R_2 + \dots + R_n$

При последовательном соединении резисторы образуют один путь для тока. Сопротивления складываются, сила тока одинакова, а напряжение распределяется между участками.

Физика

Закон Ома для участка цепи

$I = \frac{U}{R}$

Закон Ома для участка цепи связывает силу тока, напряжение и сопротивление: ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению.

Физика

Сопротивление однородного проводника

$R = \rho \frac{l}{S}$

Сопротивление однородного проводника равно ρl/S: оно растет с длиной и удельным сопротивлением материала и уменьшается при большем сечении.

Физика

Сила тока через заряд и время

$I = \frac{q}{t}$

Сила постоянного тока равна заряду, прошедшему через выбранное поперечное сечение за время t: I = q/t. Если ток менялся, отношение дает среднюю силу тока за этот промежуток.