Підручник Фізика 8 клас - А. М. Сердюченко - Освіта 2016 рік

Розділ 4. Електричний струм

ЧАСТИНА II. ЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4 ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА З ПОСЛІДОВНИМ З’ЄДНАННЯМ ПРОВІДНИКІВ

Мета. Розвинути вміння вимірювати силу струму і напругу; експериментально перевірити закономірності послідовного з’єднання провідників.

Вказівки до роботи

У разі послідовного з’єднання провідників справджуються такі твердження:

• сила струму І у кожній точці такої ділянки кола однакова:

І = І1 - І2 = … = Іn;

• загальна напруга дорівнює сумі напруг на окремих ділянках кола:

U = U1 + U2+… + Un;

• загальний опір ділянки кола дорівнює сумі опорів окремих провідників, що її утворюють:

R = R1 + R2 + … + Rn.

Крім того, у разі послідовного з’єднання провідників співвідношення значень напруги на ділянках кола прямо пропорційне до їхніх опорів:

= .

Виконання роботи

Увага! Повтори правила безпеки під час роботи з електричними приладами (див. с. 65-66 підручника).

Обладнання: джерело струму, амперметр, вольтметр, резистори 10 Ом і 20 Ом, реостат, з’єднувальні провідники (використайте схеми та теоретичний матеріал § 36).

1. Складіть електричне коло з послідовно з’єднаних елементів: джерела постійного струму, вимикача, реостата, амперметра і двох резисторів.

2. Приєднайте вольтметр паралельно резистору = 10 Ом. Увімкніть вимикач. Виміряйте силу струму I1 в електричному колі та напругу U1 на резисторі R1. Вимкніть струм.

3. Приєднайте вольтметр паралельно резистору R2 = 20 Ом. Увімкніть вимикач. Виміряйте силу струму І2 в електричному колі та напругу U2 на резисторі R2. Вимкніть струм.

4. Приєднайте вольтметр паралельно послідовно з’єднаним резисторам R1 та R2. Увімкніть вимикач. Виміряйте силу струму І в електричному колі та напругу U. Вимкніть струм.

5. Обчисліть опір для кожного з вимірювань за формулою:

R = .

6. Результати вимірювань та обчислень запишіть у таблицю.

I1, А

I2, А

I, А

U1, B

U2, B

U, в

R1,Ом

R2 Ом

R, Ом

7. Перевірте виконання співвідношень для послідовного з’єднання провідників і зробіть висновок.

Запитання

1. Яка залежність між силою струму і напругою на окремих резисторах, з’єднаних послідовно?

2. Із якого матеріалу виготовляють резистори?

3. Як впливає температура на зміну опору резисторів?

Додаткові завдання

1. На малюнку зображено графіки залежності сили струму від напруги для двох провідників. Який із провідників має більший опір?

2. На малюнку зображено графіки залежності сили струму від напруги для трьох провідників. Який опір кожного з них?

§ 37. Паралельне з'єднання провідників

Думки вголос

Я вивчу паралельне з'єднання провідників, яке широко застосовують на практиці. Ці знання потрібні в житті для розв’язування багатьох практичних завдань.

Другий спосіб з’єднання провідників, який застосовують на практиці, називають паралельним з’єднанням. Якщо одні кінці споживачів з’єднують в одній точці, а інші кінці — в іншій, то це називають паралельним з’єднанням провідників.

Приклад паралельного з’єднання трьох ламп зображено на малюнку 137. У цій ділянці кола один вимикач вмикає і вимикає відразу три лампи (точки А і В — точки розгалуження).

На малюнку 138 кожен вимикач, незалежно від інших, вмикає і вимикає окрему лампу.

Щоб вивчити закономірності паралельного з’єднання споживачів струму, зберемо електричне коло з амперметрами і вольтметром (мал. 139).

Мал. 137. Приклад паралельного з’єднання провідників

Мал. 138. Кожен вимикач вмикає і вимикає окрему лампу

Мал. 139. Схема електричного кола з амперметром і вольтметром

A1, A2, A3 — амперметри, які вимірюють силу струму в окремій ділянці паралельного з’єднання. А — амперметр, який вимірює силу струму в провіднику після розгалуження.

Оскільки кінці всіх гілок розгалуженої ділянки з’єднують в одних і тих самих точках А і В, то напруга на кінцях всього розгалуження дорівнює напрузі на окремих гілках:

U = U1= U2 = U3; U = const.

Виміри сили струму амперметрами показують, що сила струму в нерозгалуженій частині кола при паралельному з’єднанні дорівнює сумі сил струмів в окремих гілках розгалуження:

І = І1 + І2+ I3.

(Перевірку справедливості цієї рівності здійснимо під час лабораторної роботи на наступному уроці.)

Використаємо формулу закону Ома і одержимо:

Оскільки U = const, то цю рівність можна скоротити на U:

Де R — загальний опір паралельного з’єднання провідників; R1, R2, R3— опори провідників, з’єднаних паралельно (на схемі це опори ламп).

Якщо у нас буде паралельне з’єднання довільної п кількості однакових провідників, то

Rзагальне = .

У разі паралельного з’єднання ми ніби збільшуємо площу поперечного перерізу, тому загальний опір у ділянках розгалуження буде меншим.

Приклад паралельного з’єднання двох резисторів зображено на малюнку 140.

Сила струму в провідниках, з’єднаних паралельно, обернено пропорційна опорам цих провідників (через більший опір проходить менший струм).

Перевага паралельного з’єднання: якщо є розрив в одній із ділянок розгалуження, то струм в інших ділянках проходить.

Мал. 140. Приклад паралельного з’єднання двох резисторів

Недоліки паралельного з’єднання: що більше ми приєднуємо споживачів, то більша сила струму в колі, а опір менший — може статися коротке замикання.

Споживачі, які вмикають в мережу паралельно, повинні бути розраховані на однакову напругу, рівну напрузі в мережі. У будинках для освітлення і в побутових приладах напруга 127 В і 220 В — така сама, як і в мережі.

На практиці часто застосовують змішане (паралельне і послідовне) з’єднання провідників.

Для тих, хто хоче знати більше

Джерела струму теж можна з’єднувати паралельно в батарею (мал. 141). Але при цьому обов’язково необхідно дотримуватися правила: мінус «-» з’єднують з мінусом «-», а плюс «+» з плюсом «+».

Паралельне з’єднання джерел використовують для того, щоб отримати однакове значення напруги з більшим запасом електроенергії. Для цього необхідно однакові клеми декількох елементів живлення з’єднати між собою. У результаті ми отримаємо спільний «+» та спільний «-». За такого з’єднання напруга на спільних клемах не змінюється, а запас електричної енергії збільшується. Необхідно пам’ятати, що паралельно можна з’єднувати між собою лише ті джерела електричної енергії, які мають однакову напругу. Найпростішим та безпечним джерелом живлення є звичайні батарейки. Однак вони досить малі за потужністю — їх вистачає на короткий час. Тому, з’єднавши їх паралельно, можна підвищити потужність джерела живлення. З’єднувати необхідно однакові за характеристиками джерела струму.

Мал. 141. Паралельне з’єднання джерел струму в батарею

Приклад розв’язування задач. В освітлювальну мережу кімнати ввімкнули дві електричні лампи опором 200 Ом і 300 Ом. Напруга в мережі 120 В. Визначити силу струму в кожній лампі, силу струму в проводах до розгалуження, загальний опір ламп.

Розв'язання

Лампи з’єднані паралельно, отже, напруга в мережі дорівнює напрузі на кожній лампі:

U1 = U2 = U = 120 В.

Згідно із законом Ома можна визначити силу струму в кожній лампі:

Сила струму до розгалуження: І = І1+ І2

I = 0,6 + 0,4 = 1 А.

Загальний опір ділянки кола, яка складається із двох паралельно з’єднаних ламп, знаходимо згідно із закономірністю:

Відповідь: І1 = 0,6 А; І2 = 0,4 А; І = 1 A; R = 120 Ом.

Ми переконались, що загальний опір кола R = 120 Ом менший за опір кожного із провідників R1 = 200 Ом, R2 = 300 Ом, з’єднаних паралельно.

Підсумки

• У разі паралельного з’єднання провідників одні кінці споживачів з’єднують в одну точку (вузол), а інші — в другу точку (вузол).

• Паралельне з’єднання провідників має такі закономірності:

U = U1 = U2 = U3; U = const.

І = І1 + І2 + І3

• На практиці часто використовують змішане з’єднання споживачів електричного струму.

Завдання

1. Розрахувати загальний опір ділянок кола, утворених з’єднанням трьох резисторів: R1 = R2 = R3 = 10 Ом (мал. 142).

2. Накреслити схему включення люстри з трьома лампами, якщо за допомогою одного вимикача вмикають одну лампу, а з допомогою іншого — дві інші.

Мал. 142. Ділянки кола, утворені з'єднанням трьох резисторів

Мал. 143. Схеми підключення

Мал. 144. Схема підключення

3. Два однакові резистори підключено паралельно. Який опір цього з’єднання?

4. Як потрібно підключити лампи, розраховані на напругу 220 В, до мережі 220 В? Як вплине перегоряння однієї лампи на роботу інших?

5. Два резистори підключені паралельно, через перший резистор протікає в 4 рази більший струм, ніж через другий. Опір якого резистора більший і у скільки разів?

6. Які опори можна одержати, маючи три резистори по 6 кОм? Намалювати схеми можливих з’єднань.

7. У скільки разів зміняться показання амперметра, якщо від схеми 1 перейти до схеми 2 (мал. 143)? Напруга на ділянках однакова.

8. Дріт було розрізано на три однакові частини, які потім було з’єднано паралельно. Опір такого з’єднання — 3 Ом. Який був опір дроту до розрізання?

9. Знайти загальний опір кола (мал. 144).

10. Однорідний дріт опором 360 Ом склали у кільце. У яких точках цього кільця потрібно підключитися, щоб отримати опір 80 Ом?

Додаткові завдання

1. Намалюй схему з’єднання батарейки, лампочки і двох вимикачів, щоб лампочка загорялась при включенні дзвоника, але могла вмикатися і при непрацюючому дзвонику.

2. Намалюй схему з’єднання батарейки двох лампочок і трьох вимикачів, щоб вмикання і розмикання кожної лампочки здійснювалось своїм вимикачем, а третій вимикач зміг відімкнути відразу дві лампочки.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити