Почему две лампы, соединённые последовательно, горят слабее, чем одна при одном и том же источнике тока?

Чтобы разобраться, почему две лампы, соединённые последовательно, горят слабее, чем одна при одном и том же источнике тока, нужно понять основные законы электрических цепей и особенности последовательного соединения.

Электрический ток в цепи

Электрический ток — это упорядоченное движение электронов в проводнике под действием электрического поля. Источник тока, например батарея, создает напряжение, которое заставляет заряженные частицы двигаться в цепи.

Напряжение, ток и сопротивление

Есть три основных величины, которые описывают работу электрической цепи:
1. Напряжение (U) — это разность электрических потенциалов между двумя точками цепи. Измеряется в вольтах (В).
2. Сила тока (I) — количество заряда, проходящего через поперечное сечение проводника за единицу времени. Измеряется в амперах (А).
3. Сопротивление (R) — характеристика проводника, показывающая, как сильно он препятствует движению электрического тока. Измеряется в омах (Ω).

Эти три величины связаны законом Ома:
$$ I = \frac{U}{R} $$
где $ I $ — сила тока, $ U $ — напряжение, $ R $ — сопротивление.

Последовательное соединение элементов

При последовательном соединении элементы цепи, например лампы, соединяются друг за другом. В этом случае:
1. Сила тока через все элементы одинаковая, так как электроны последовательно проходят через каждый элемент.
2. Общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений всех её элементов:
$$ R_\text{общ} = R_1 + R_2 + \dots $$
3. Общее напряжение источника распределяется между всеми элементами цепи пропорционально их сопротивлениям:
$$ U_\text{ист} = U_1 + U_2 + \dots $$

Работа ламп и их яркость

Лампы светятся благодаря выделению энергии в виде света и тепла, что происходит при прохождении электрического тока через них. Энергия выделяется в соответствии с правилом:
$$ P = I \cdot U $$
где $ P $ — мощность лампы, $ I $ — сила тока через лампу, $ U $ — напряжение на лампе.

Если лампа подключена к источнику напряжения, то её яркость зависит от мощности. Чем больше напряжение и сила тока, тем больше мощность и тем ярче лампа.

Влияние последовательного соединения на яркость ламп

Когда две лампы соединены последовательно:
1. Сопротивление всей цепи увеличивается, так как сопротивления ламп складываются.
2. Сила тока в цепи уменьшается, так как источник тока должен "преодолеть" большее сопротивление. Закон Ома подтверждает это:
$$ I = \frac{U_\text{ист}}{R_\text{общ}} $$
3. Напряжение источника распределяется между лампами. Каждая лампа получает меньше напряжения, чем при одиночном подключении.
4. Меньшее напряжение на лампе и уменьшенная сила тока приводят к уменьшению её мощности:
$$ P = I \cdot U $$

Таким образом, обе лампы горят слабее, чем одна лампа, подключённая к тому же источнику тока, так как на каждую лампу приходится меньше мощности, чем в случае одиночного подключения.