Résistances en série et en parallèle
Source : Yong P. Chen, PhD, département de physique & astronomie, Faculté des sciences, Université de Purdue, West Lafayette, Indiana
Cette expérience…
1. pratique sur la génération et de mesure de courant, tension et résistance
- Obtenir une source de courant, une source de tension et deux multimètres pouvant mesurer la tension, de courant et la résistance.
- Obtenir les deux résistances de 100-Ω et deux résistances de 10-Ω.
- Obtenir une carte de test, qui est une plate-forme pratique pour connecter et organiser les éléments de circuits différents. La maquette a de nombreux groupes de pins. Les broches de chaque groupe sont reliés entre eux à l’arrière de la Commission, et branchés sur le même groupe de fils sont court-circuitées ensemble. Un fil est branché sur le même groupe de pins comme un terminal d’un élément de circuit est relié à cette borne. Différentes bornes d’un élément de circuit ne pas destinées à être mises en court-circuit doivent être branchés en groupes différents pôles. Par la suite, l’action de deux bornes de raccordement signifie branchés sur le même groupe de pin (dans les figures, nœuds distinctifs portant la mention « a », « b » et « c » représentent des groupes de broche distinctive sur la maquette). Cela se fait sous réserve que ces bornes sont faits de fils qui peuvent être facilement insérées dans un trou d’épingle. Dans le cas contraire, il est possible d’utiliser des câbles, fiches bananes et pinces pour réaliser des connexions électriques (par exemple, d’un terminal sur l’instrument à une jambe de pin exposées sur la maquette).
- Raccordez la sortie de la source de courant aux bornes de la résistance de 100-Ω et puis connectez l’autre borne de la résistance à l’autre borne de la source actuelle.
- Générer 1 mA courant à travers la résistance.
- Sélectionnez la mesure de la tension ou en mode voltmètre du multimètre et connecter les deux bornes du multimètre sur les deux bornes de la résistance. Mesure la chute de tension traverse la résistance.
- Une lecture positive signifie que le potentiel à la borne positive du multimètre est supérieur à celle à la borne négative. La lecture de la tension permet de vérifier la relation de la Loi d’Ohm (Figure 3).
- Ensuite, connectez un terminal d’une source de tension aux bornes de la résistance et connectez l’autre borne de la résistance à l’autre borne de la source de tension. Produire une tension V 10 bornes de la résistance de 100-Ω.
- Utilisez le multimètre en mode Ampèremètre ou mesure du courant et connecter les sondes en série avec la résistance. Mesurer le courant traversant la résistance.
- Une lecture positive signifie que le courant électrique circule de la borne positive du multimètre sur la borne négative. Ensuite, vérifier la Loi d’Ohm (Figure 4).
- Notez que le multimètre doit être en série avec une résistance à mesurer son courant (ampèremètre), mais doit être en parallèle avec une résistance à mesurer sa chute de tension (voltmètre). Dans ces mesures, supposons que la résistance « interne » de l’ampèremètre est très faible, mais que du voltmètre est très grande. Si ce n’est pas rigoureusement vrai alors le courant ou la tension mesurée par le compteur serait différente de la valeur avant la connexion du compteur.
- Enfin, mesurer directement la résistance à l’aide d’un multimètre (Figure 5) en sélectionnant le mode de mesure de résistance. Connectez les deux bornes du compteur avec les deux bornes de la résistance et lire la résistance. Confirmer que la résistance est logique selon les mesures précédentes de courant et de tension.
Figure 3: diagramme de Circuit d’approvisionnement un courant à travers la résistance R et de mesure de tension.
Figure 4: schéma électrique d’une tension d’approvisionnement à travers la résistance R et de mesure actuelle.
Figure 5: branchement d’un multimètre pour mesurer la résistance d’une résistance.
2. les résistances en série
- Connectez deux résistances de 100-Ω en série (voir Figure 1). Sur la maquette, cela signifie brancher les deux extrémités de la première résistance dans deux groupes différents pôles (ne pas en court-circuit), dire le groupe a et b et brancher les deux extrémités de la deuxième résistance de goupille groupes b et c (c est encore un autre groupe de pin pas court-circuitée à un et b).
- Connecter un courant courant de 10 mA à travers les deux résistances à l’aide d’une source de courant comme indiqué au point 1.4.
- À l’aide d’un multimètre en mode voltmètre, mesurer la chute de tension aux bornes de chaque résistance. Ensuite, confirmez les valeurs de résistance de R1 et R2 en utilisant la Loi d’Ohm.
- Maintenant utiliser un voltmètre pour mesurer la tension V à travers la combinaison de l’ensemble de la série (entre les points a et c de la Figure 1) et d’obtenir la résistance totale de série.
- Entrez les valeurs de résistance mesurée, comme illustré dans le tableau 1.
- Déconnecter les sources d’énergie et les mètres, puis utilisez une source de tension pour fournir un total de 10 V à travers les deux résistances (entre les points a et c).
- Utiliser un multimètre en mode Ampèremètre pour mesurer le courant (j’ai1) entrant R1et le courant (j’ai2) entrer R2.
- Vérifier que j’ai1 est égal à I2 (ou à peu près égales, toute petite différence pourrait être due à des configurations légèrement différentes, y compris des résistances de fil qui a changé légèrement).
- Répétez la procédure à l’étape 2.1 pour deux résistances de 10-Ω dans la série et mesurer la résistance du fil à l’aide d’un multimètre.
- Répétez la procédure à l’étape 2.1 pour une résistance de 100-Ω en série avec la résistance d’un 10-Ω et répétez la mesure de la résistance.
3. les résistances en parallèle
- Relier les deux résistances de 100-Ω en parallèle (voir Figure 2). Sur la maquette, branchez les deux extrémités de chaque résistance en deux groupes de broche, disons un et b.
- Source une chute de tension commune de V = 10 V à l’aide d’une source de tension.
- Utiliser un multimètre pour mesurer le courant j’ai1 entrée R1, confirmant ainsi que R1 = V / I1. Ensuite, j’ai mesurer2 entrée R2, confirmant ainsi que R2 = V / I2.
- Maintenant mettre l’ampèremètre en face de la combinaison parallèle (avant le point a dans la Figure 2) et obtenir la série totale résistance R = V / I.
- Répétez ce qui précède à l’étape 3.1 pour deux résistances de 10-Ω en parallèle et à nouveau pour une résistance de 100-Ω en parallèle avec une résistance de 10-Ω.
4. LED en série et parallèle
- Obtenir deux petites sources lumineuses à del, qui peuvent être traitées comme deux résistances.
- Connectez 1 source V à puissance 1 LED (lien similaire comme étape 1.5) et observez sa luminosité.
- Maintenant Connectez les deux LEDs en parallèle entre la source de V 1 (lien similaire comme au point 3.1) et observez leur luminosité.
- Maintenant Connectez les deux LEDs en série entre la source de V 1 (lien similaire comme étape 2.1.5) et observez leur éclat nouveau.
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Les circuits simples tels que les éléments résistifs connectés en série ou en parallèle sont des composants clés des circuits électriques complexes.
La connexion de résistances en série entraîne une division de la tension, tout en partageant le même courant.
À l’inverse, lorsque les résistances sont connectées en parallèle, il en résulte une division du courant et la tension aux bornes des résistances est la même. Pour comprendre le fonctionnement de tout circuit électrique, simple ou complexe, la loi d’Ohm est utilisée.
Cette vidéo aborde les bases de la connexion de composants électriques résistifs en série et en parallèle, et explique les principes de calcul de la tension et du courant pour ces circuits basés sur la loi d’Ohm.
Selon la loi d’Ohm, le courant 'I' à travers une résistance de résistance 'R' est directement proportionnel à la chute de tension 'V' aux bornes de la résistance ou la chute de tension est le produit de la résistance 'R' et du courant 'I'.
Si deux résistances, R1 et R2, sont connectées en série, c’est-à-dire l’une après l’autre, alors le même courant circule à travers les deux résistances.
Dans ce cas, la chute de tension totale 'V' est égale à la somme de la chute de tension aux bornes de chaque résistance. En appliquant la loi d’Ohm pour les tensions V1 et V2, et puisque les courants sont égaux, nous déduisons la chute de tension totale comme égale à la somme des résistances R1 et R2 multipliée par le courant 'I'.
En déplaçant I de l’autre côté de l’équation, on obtient V/I, qui, selon la loi d’Ohm, est la résistance effective totale du circuit 'R'. Ainsi, « R » est simplement la somme des résistances individuelles.
Cette règle s’applique à n’importe quel nombre de résistances connectées en série.
À l’inverse, si les deux résistances sont connectées en parallèle, ce qui signifie qu’elles sont toutes deux câblées entre deux bornes partagées, alors les deux résistances partagent la même chute de tension.
Cependant, le courant total 'I' est réparti entre les résistances et est donc égal à la somme des courants individuels du circuit. Maintenant, si nous prenons cette équation actuelle, appliquons-la ? Loi d’Ohm, annulez les tensions de chaque côté car elles sont égales pour les résistances parallèles, et réarrangez l’équation pour la résistance effective 'R', nous observons que R est égal au 'produit-sur-somme' des deux résistances individuelles
Revenons à l’équation avant le réarrangement. L’inverse de la résistance est la conductance, 'G'. Par conséquent, pour deux résistances parallèles, la conductance effective est égale à la somme des deux valeurs de conductance.
Cette règle peut également être étendue à plusieurs résistances connectées en parallèle.
L’expérience suivante démontre la méthode par étapes de connexion des résistances dans l’une ou l’autre configuration et l’analyse des circuits à l’aide de la loi d’Ohm.
Pour commencer, rassemblez le matériel et les instruments nécessaires, à savoir une source de courant, une source de tension, deux multimètres, deux résistances de 100 ohms, deux résistances de 10 ohms et une plaque d’essai.
À l’aide de la plaque d’essai, connectez une extrémité d’une résistance de 100 ohms à la borne de sortie de la source de courant. Connectez ensuite l’autre extrémité de la résistance de 100 ohms à la borne opposée de la source.
Ensuite, générez un courant de 10 milliampères à travers la résistance et réglez le multimètre en mode de mesure de tension. Connectez maintenant les deux bornes du multimètre aux deux bornes de la résistance et mesurez la chute de tension aux bornes de la résistance.
Une lecture positive signifie que le potentiel à la borne positive du multimètre est supérieur à celui de la borne négative. À l’aide de cette lecture de tension, la loi d’Ohm peut être vérifiée.
Ensuite, appliquez une tension de 1 volt aux bornes de la résistance de 100 ohms. Réglez maintenant le multimètre en mode de mesure de courant. Connectez les bornes du multimètre en série avec la résistance et mesurez le courant à travers celle-ci.
Une lecture de courant positif signifie que le courant circule de la borne positive à la borne négative du multimètre. En utilisant le courant mesuré, la loi d’Ohm peut être vérifiée.
Ensuite, débranchez la source de tension de la résistance. Réglez le multimètre en mode de mesure de résistance. Connectez les deux bornes du multimètre aux deux bornes de la résistance et mesurez directement la résistance.
La résistance mesurée doit revérifier la loi d’Ohm et les mesures de courant et de tension précédemment mesurées.
Tout d’abord, connectez deux résistances de 100 ohms en série sur la planche à pain. Ensuite, connectez-les à la source de courant comme décrit dans la section précédente et appliquez un courant de 10 milliampères à travers les deux résistances.
À l’aide du multimètre en mode voltmètre, mesurez la chute de tension aux bornes de chaque résistance et sur l’ensemble de la combinaison de séries.
Ensuite, appliquez une tension de 10 volts aux deux résistances. Réglez ensuite le multimètre en mode ampèremètre et mesurez le courant à travers chaque résistance.
Connectez deux résistances de 100 ohms en parallèle. Ensuite, connectez-les à une source de tension comme décrit précédemment. Appliquez une tension de 10 volts aux bornes des résistances.
À l’aide du multimètre en mode ampèremètre, mesurez le courant à travers chaque résistance et à travers toute la combinaison parallèle de résistances.
La luminosité des ampoules dépend non seulement de la tension appliquée, mais aussi du fait qu’elles soient connectées en série et/ou avec d’autres composants
Obtenez deux diodes électroluminescentes ou ampoules, chacune avec une résistance de quelques ohms, qui peuvent être utilisées à la place des résistances. Connectez une ampoule à la source de tension comme décrit précédemment. Appliquez une tension d’un volt sur l’ampoule et observez sa luminosité.
Maintenant, éteignez la source de tension et connectez la deuxième ampoule en parallèle avec la première. Appliquez une tension d’un volt aux bornes de la combinaison parallèle et observez la luminosité des deux ampoules.
Enfin, éteignez la source de tension et rebranchez les ampoules en série. Appliquez une tension d’un volt sur la combinaison de série et observez la luminosité des deux ampoules.
Maintenant que nous avons passé en revue les protocoles, regardons les résultats de la connexion des résistances en série et en parallèle
Les résultats de l’expérience en série montrent que, selon la loi d’Ohm, la tension aux bornes de chaque résistance est directement proportionnelle à la résistance respective. De plus, la tension aux bornes des deux résistances est la somme des tensions aux bornes de chaque résistance ; alors que le courant circulant à travers chaque résistance et à travers la combinaison est le même. De plus, la résistance totale du circuit est égale à la somme des deux résistances individuelles.
Cela prouve les relations de tension, de courant et de résistance prévues pour une combinaison en série.
D’autre part, lorsque les résistances sont connectées en parallèle, le courant aux bornes de chaque résistance est inversement proportionnel à la résistance, conformément à la loi d’Ohm. De plus, le courant total circulant dans la combinaison parallèle est la somme des courants individuels, mais la tension aux bornes de chaque résistance et aux bornes de la combinaison est la même.
Enfin, si nous convertissons les valeurs de résistance en valeurs de conductance, les résultats montrent que la conductance totale du circuit est égale à la somme des deux valeurs de conductance individuelles. Cela valide les relations théoriques de tension, de courant et de conductance pour une combinaison parallèle.
Lorsque les ampoules sont connectées en série ou en parallèle, différents niveaux de luminosité sont observés. Lorsque les ampoules sont connectées en parallèle, les deux ampoules ont une luminosité similaire à celle d’une seule ampoule connectée à la même source de tension.
En effet, les ampoules sont alimentées par une tension, et celles connectées en parallèle ont chacune la même tension de 1 volt à leurs côtés, comme dans le cas d’une seule ampoule.
D’autre part, les deux ampoules connectées en série sont plus faibles que l’ampoule unique. En effet, les deux ampoules en série ne reçoivent chacune que 0,5 V, car la tension est répartie entre elles.
Les connexions de résistances en série et en parallèle sont courantes dans les applications de circuits. Voyons maintenant quelques exemples où ils sont utilisés.
Une application courante de la connexion en série est un circuit diviseur de tension qui convertit une tension plus grande en une tension plus petite. La tension d’entrée est appliquée à travers deux résistances en série et la tension de sortie est obtenue à partir de la connexion entre elles. La division de tension est le résultat de la répartition de la tension d’entrée entre les résistances du circuit diviseur.
Le câblage commercial dans nos maisons, bureaux, laboratoires et salles de classe est configuré de manière à ce que plusieurs appareils électriques puissent être branchés et utilisés. Cela est possible parce que tout instrument électrique, lorsqu’il est branché sur la prise murale de 110 volts, est connecté en parallèle à tous les autres instruments déjà utilisés.
Ainsi, ils partagent tous la tension commune de 110 volts et, dans des conditions de fonctionnement normales, sont capables de fonctionner sans affecter les autres instruments.
Vous venez de regarder l’introduction de JoVE aux résistances en série et parallèles. Vous devriez maintenant comprendre comment connecter des sources de courant et de tension, et mesurer divers paramètres de circuit électrique à l’aide du multimètre. De plus, vous devriez maintenant savoir comment connecter des résistances en série et en parallèle et les analyser à l’aide de la loi d’Ohm. Merci d’avoir regardé !
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Q1: What is Ohm's Law and how does it apply to resistor circuits?
Ohm's Law states that the voltage drop across a resistor is equal to the product of resistance and current: V = IR. This fundamental relationship allows you to calculate any one of these three variables if the other two are known. Ohm's Law is essential for analyzing both simple and complex electrical circuits, enabling you to predict how current and voltage behave in series and parallel resistor configurations.
Q2: How does current flow through resistors connected in series?
In a series circuit, the same current flows through all resistors because they are connected one after the other in a single path. The total voltage divides among the resistors proportionally to their individual resistances. The total effective resistance equals the sum of all individual resistances, so higher total resistance results in lower current flow through the entire circuit.
Q3: What happens to voltage and current when resistors are connected in parallel?
In a parallel circuit, all resistors share the same voltage across their terminals. However, the total current splits between the resistors, with each resistor carrying current inversely proportional to its resistance. The reciprocal of the total effective resistance equals the sum of the reciprocals of individual resistances, resulting in lower total resistance than any single resistor.
Q4: Why do lightbulbs have different brightness in series versus parallel configurations?
Lightbulb brightness depends on the voltage across each bulb. In parallel, each bulb receives the full applied voltage, so both shine as brightly as a single bulb at that voltage. In series, the voltage divides between bulbs, so each receives only half the voltage, resulting in dimmer light. This demonstrates how circuit configuration directly affects power distribution and device performance.
Q5: What is a voltage divider circuit and how does it work?
A voltage divider is a series circuit that converts a larger input voltage into a smaller output voltage. Two resistors are connected in series across the input voltage, and the output is taken from the connection point between them. The output voltage is proportional to the ratio of the second resistor to the total resistance, allowing precise voltage reduction for specific circuit applications.
Q6: How are parallel resistors used in household electrical wiring?
Household appliances are wired in parallel so each device receives the full 110-volt supply voltage independently. This parallel configuration allows multiple appliances to operate simultaneously without affecting each other's performance. Each appliance draws current according to its resistance, and the total household current is the sum of individual appliance currents, enabling safe and efficient power distribution.
Q7: How can you measure and verify circuit parameters using a multimeter?
A multimeter can measure voltage by connecting its terminals across a component, current by connecting in series with the circuit, and resistance by connecting across a disconnected component. By measuring these parameters and applying investigation ohm s law for ohmic and nonohmic conductors principles, you can verify theoretical predictions and validate circuit behavior experimentally.