Параллельное и последовательное соединение

3] Две лампы (2.5V и 6V) параллельно к батарейке 2.5V

А] Общая схема

Напряжение можно сравнить со скоростью, которую батарейка может придать выбрасываемым электронам, а силу тока с количеством выброшенных из батарейки электронов (которое, в свою очередь, зависит от того, как много электронов может пропустить цепь, т.е общего сопротивления).
При параллельном соединении скорость (напряжение U) одинаково, ведь если начальная скорость и падает (за счёт сопротивлений на других участках) то к моменту входа на участок параллельных лампочек она такая какая есть, т.е 1.29V или 1.31V.
В свою очередь сила тока I = 0.31 (начальное русло реки) делится на два притока 0.12+0.18

При этом левая лампочка (6V) едва горит, а правая (2.5V) горит, но слабее чем при большем токе, т.е для освещения важно не только напряжение но и сила протекающего тока.

Б] Обсчёт схемы

В предыдущем тексте «Лампочки и батарейки (самая простая схема)»: http://akostina76.ucoz.ru/publ/22-1-0-57

… были получены расчетные значения сопротивлений лампочек и батарейки:
 

Схема, в которую заложены эти параметры:

Выходное напряжение в сеть учтено (за счёт сопротивления источника 4.32) правильно, т.е в цепь действительно попадает 1.5V. Судя по равенству токов на лампах, программа считает, что сопротивления ламп равны. Левая (6V) лампа не горит, т.е слабое свечение (при таком токе и напряжении) не видно.

Расчёт:
Сопротивление двух параллельных участков это что-то вреде сопротивления двух параллельно лежащих водопроводных труб, т.е параллельное соединение увеличивает «русло», через которое может протечь ток:

Пусть «сопротивление», это чёрный участок трубы, не дающий течь «жидкости». Тогда две трубы параллельно только освобождают проход, увеличивая свободное место.

1/ R = 1/R1 + 1/R2.

Для двух сопротивлений по 100 Ом так: 1/R = 1/100 + 1/100 = 2 /100 = 1/ 50 => R = 50 Ом, т.е сопротивление двух параллельных труб вдвое меньше сопротивления каждой из них.
Общее сопротивление цепи из двух параллельных ламп:
1/R = 1/8.3 + 1/17.7 => R = 5.65, что даже меньше, чем сопротивление одной лампы, т.е такое подключение повысило ток в сети до расчётных I = U/R = 1.5/5.65 = 0.26 и реальных 0.31, чего в предыдущих цепях не было.

Т.е общее сопротивление цепи определяет, сколько тока может быть запущено в сеть. Потом этот ток (большое русло) начинает разветвляться на мелкие ручейки.
Напряжение при последовательном соединении одинаковое, ток можно посчитать по известным сопротивлениям:

I (лампа 2.5V) = U/R = 1.5 / 8.3 = = 0.18A

I (лампа 6V) = U/R = 1.5/17.7 = 0.08A

Для лампы 2.5V  измерение 0.18A (почти совпало!), расчёт в схеме 0.13
Для лампы 6V  измерение 0.12A, расчёт в схеме 0.13

Попытка засунуть в характеристики ламп сопротивления увеличило ток (т.е уменьшило сопротивление в сети, но не сделало лампочки разными). Обе лампочки престали гореть.

Только вставка в схему резисторов (изображающих сопротивление лампочек) позволило сделать токи разными:

В) Корректировка значений сопротивлений с учетом новых изменений.

Довольно странно считать какие-то из измерений точным. Уже в прошлом тексте получились два значения внутреннего сопротивления батарейки, отличающиеся на 15%. Похоже на правду сопротивление лампы 2.5V, а вот сопротивление лампы 6V явно сильно завышено. Расчёт по измеренному (первая картинка) R = U/I = 1.29/0/12 = 10.75, что много меньше признанного ранее (т.е 17.7) и расчётный ток по этой ветке (0.87) получился явно меньше измененного, т.е 0.12.
Для учета этих данных в следующей схеме сопротивление батарейки взято как среднее по расчетным (т.е среднее между 3.75 и 4.32 = 4 Ом), а сопротивление лампы 6V взято 14 Ом. Получилось так:

Обе лампочки программа считает не горящими.

4] Лампа (2.5V) и двигатель последовательно к двум батарейкам по 2.5V

А] Общая схема

Общее напряжение (3.54V) примерно равно сумме напряжений участков (2.54+0.85). Сила тока постоянна по всей сети.

Напряжение (U) уже раньше сравнивалось со скоростью. В этом случае последовательно встречаемые сопротивления – преграды, которые, например, снижают скорость летящей пули, не останавливая её полностью.

Пусть начальная траектория быстро летящей пули – прямая чёрная линия:

Первая стенка вызовет падение скорости и соответственно видимое снижение высоты. Вторая стенка (которая ещё шире, т.е ей сопротивление ещё больше) вызовет тот же но ещё больший эффект.

Сопротивление двигателя, судя по этим данным = U/I = 0.85/0.28 = 3 Ом

А из этой схемы:

R = U/I = 2.2/0.2 = 11 Ом….

Б] Ловушка последовательного соединения

Такое включать нельзя:

Точнее можно на очень небольшой период. Судя по скорости вращения двигателя и по кратким замерам на нем получается напряжение примерно 3.5V. Напряжение, выдаваемое в сеть 3.9V или больше.

Реально, видимо, примерно так:

Параллельное соединение двух лампочек даёт малое сопротивление, потому всё падение напряжение происходит на двигателе, который рассчитан на одну батарейку 2.5V, а вовсе не на избыток 3.5V, который на нём получается из-за малого сопротивления на другом участке.

5] Схема – иллюстрация последовательного и параллельного соединения

А] Пусть в электрической сети есть батарейка 9V и лампочка с сопротивлением 50 Ом. На схеме так:

Вся доступная «труба» это жёлтый прямоугольник. В него бы вытек ток короткого замыкания, но половина пространства занята сопротивлением, потому тока вытекло столько, сколько свободного пространства, т.е площадь красного квадрата.

При выбранных значениях U и R  I = U/R = 9/50 = 0.18A

Б] Пусть теперь вместо одного резистора 50 Ом подсоединили параллельно два резистора по 50 Ом:

Места, где может протечь ток из батарейки в сеть стало в два раза больше. Общее сопротивление такой цепи : 1/R = 1/50 + 1/50 => R = 25, I = U/R = 9/25=0.36A

В] пусть теперь последовательно соединены два сопротивления в 50 Ом, например две лампочки, поедающие по 4.5 V

Интересует «просвет» в который может протиснуться ток. Но при последовательном соединении проводников летящий электрон может встретить препятствие во второй трубе, а может не встретить. Вероятность 50%. Либо будет так как сверху, т.е без препятствия, либо так как снизу и не будет возможности пролёта дальше. Потому итоговое свободное пространство – половина прямоугольника из первого примера.
Расчёт: I = U/(R1+R2) = 9 / (50+50) = 0.09.

Подробно про преодоление сопротивления тут:

https://youtu.be/Ryy412n8lEI?t=927

Г] Последовательно 50 Ом (участок I) к параллельному соединению таких же (участок II):

Вероятность того, что верхняя пластинка закроет пространство 30%, значит просвет равен 2/3. Расчёт: R = 50 + 25 = 75, I = U/R = 9/75 = 0.12A.

Изначально цепь рассчитана на две лампочки. Тока за счёт параллельного соединения в неё залито в полтора раза больше (две трети делить на половину). Более того, в цепи есть узкое место, в котором приходится протискиваться этим всем электронам, долбя в стенки узкой трубы. Такая активность означает потери энергии (т.е падение напряжение) именно на этом участке. На участке 1 падение напряжения U1 = 50*0.12=6V, на втором участке U2 = 25*0.12 = 3V, т.е лампочка 4.5V на первом участке сгорит, из-за избытка в этой узкой трубе тока попавшего в сеть.