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.

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).

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.

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.

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.

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.

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».

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.