Номер 1, страница 359 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 108. Электрические цепи. Последовательное и параллельное соединения проводников. Глава 15. Законы постоянного тока - номер 1, страница 359.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Соединение ламп в квартире

Лампы и другие бытовые приборы в квартире соединяют параллельно по нескольким ключевым причинам, связанным с особенностями этого типа соединения:

1. Независимость работы приборов. При параллельном соединении каждый потребитель (лампа, розетка) подключается к источнику питания (сети 220 В) независимо от других. Если одна из ламп перегорит, это не повлияет на работу остальных – они продолжат светить, так как их цепь останется замкнутой. Это главное преимущество для бытового использования, обеспечивающее надежность и удобство. В случае последовательного соединения перегорание одной лампы привело бы к разрыву всей цепи и отключению всех приборов в комнате.
2. Стабильное напряжение. Все приборы, подключенные параллельно, получают одинаковое напряжение, равное напряжению в сети (в России стандартное значение – 220 В). Бытовая техника рассчитана на работу именно при таком напряжении. При параллельном соединении напряжение на каждом элементе цепи одинаково: $U_1 = U_2 = ... = U_n = U_{сети}$. Это гарантирует, что все лампы будут гореть с полной, номинальной яркостью, а другие приборы – работать в штатном режиме.
3. Возможность включения/выключения отдельных приборов. Параллельная схема позволяет управлять каждым прибором отдельно с помощью своего выключателя, не затрагивая остальные.

Общий ток в цепи при параллельном соединении равен сумме токов, протекающих через каждый элемент: $I_{общ} = I_1 + I_2 + ... + I_n$. Общее сопротивление цепи уменьшается с добавлением каждого нового прибора. Это позволяет подключать множество потребителей, однако требует использования защитных автоматов для предотвращения перегрузки сети.

Ответ: Лампы в квартире соединяют параллельно, чтобы обеспечить их независимую работу (если одна перегорит, остальные продолжат работать) и подать на каждую из них полное рабочее напряжение сети (220 В), необходимое для их нормального функционирования.

Соединение лампочек в ёлочных гирляндах

В отличие от квартирной проводки, лампочки в традиционных ёлочных гирляндах чаще всего соединяют последовательно. Это делается из соображений экономии и конструктивной простоты:

1. Использование низковольтных лампочек. Основная причина – возможность использовать множество маленьких и дешевых лампочек, каждая из которых рассчитана на очень низкое напряжение (например, 2.5 В или 5 В), напрямую от бытовой сети 220 В. При последовательном соединении общее напряжение сети делится между всеми лампочками. Например, если в гирлянде 50 лампочек, то на каждую придется напряжение $U_{лампы} = U_{сети} / n = 220 \text{ В} / 50 = 4.4 \text{ В}$. Это позволяет безопасно и без трансформатора запитать всю гирлянду от обычной розетки.
2. Простота конструкции. Последовательная цепь представляет собой один единственный провод, на котором "висят" лампочки. Это значительно упрощает и удешевляет производство гирлянды по сравнению с параллельной схемой, где к каждой лампочке нужно было бы подводить два отдельных провода от основной шины питания.
3. Одинаковый ток. При последовательном соединении сила тока одинакова во всех участках цепи ($I_{общ} = I_1 = I_2 = ... = I_n$). Это позволяет использовать одинаковые лампочки, которые будут светиться с одинаковой яркостью.

Главный недостаток такого соединения хорошо известен: если одна лампочка перегорает (нить накала обрывается), цепь разрывается, и вся гирлянда гаснет. Поиск неисправной лампочки может быть затруднительным. В некоторых современных гирляндах эту проблему решают с помощью специальных лампочек с шунтом, который при перегорании нити замыкает цепь в обход лампочки, позволяя остальным работать (хотя их яркость и напряжение на них немного возрастают).

Ответ: Лампочки в ёлочных гирляндах соединяют последовательно, чтобы можно было использовать большое количество дешевых низковольтных лампочек, подключив их напрямую к высоковольтной бытовой сети. Напряжение сети при этом распределяется между всеми лампочками.