Підручник Фізика 8 клас - М. I. Шут - Перун 2016 рік
ЧАСТИНА II ЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ
Розділ 5. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ. ЗАКОНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ.
ПРИКЛАДИ РОЗРАХУНКУ ПРОСТИХ ЕЛЕКТРИЧНИХ КІЛ ІЗ ПАРАЛЕЛЬНИМ І ЗМІШАНИМ З’ЄДНАННЯМ
Приклад 1. Чотири лампочки, розраховані на напругу З В і силу струму 0,3 А, треба ввімкнути паралельно і живити від джерела напругою 5,4 В. Резистор якого опору треба ввімкнути послідовно з лампочками? (рис. 145)
Розв’язання
Маємо послідовне з’єднання 4-х паралельно з’єднаних лам почок і резистора. Напруга в колі при послідовному з’єднанні
U = Uл + Up. (1)
де Uл = U1.
Скла. струму, який проходить через лампочки:
I = 11 + І2+ І3+ І4= 4І1.
Оскільки лампочки і опір з’єднані послідовно, то сила струму, яка проходить через резистор, буде рівною:
Ір = 4І1
За законом Ома для ділянки кола:
Рис. 145
Up = Rp ∙ I
Тоді (1) запишемо як:
U = U1 + 4I1Rp;
Звідси опір резистора:
Відповідь: опір резистора 2 Ом.
Приклад 2. До кола підведено напругу 90 В. Опір лампи Л2 дорівнює опорові лампи Л1, а опір лампи Л3 в 4 рази більший від опору лампи Л1. Сила струму, яка споживається від джерела, дорівнює 0,5 А. Визначити опір кожної лампи, напругу на лампах Л1 і Л3, а також
силу струму в них (рис. 146)
Розв’язання:
Опори R1 та R2 з’єднані паралельно. Загальний опір цієї ділянки:
Опори R12 та R3 з’єднані послідовно. Отже, загальний опір: R = R12 + R3,
R = 
+ 4R1 = 4,5R1
За послідовного з’єднання струм у всьому колі однаковий:
I3 = І12 = І = 0,5А
За законом Ома для ділянки кола:
Рис. 146
З формули (1) :
R1 = 
,
R1 = R2 = 
= 40 Ом.
Опір лампи Л3 (за умовою) R3 = 4R1 = 160 Ом За законом Ома для ділянки кола:
U3 = IR3
U3 = 0,5 А ∙ 160 Ом = 80 В
Оскільки паралельно з’єднані лампи Л1 і Л2 мають однаковий опір, а також вони послідовно з’єднані з Л3, то можна записати, що:
U1= U2 = U - U3,
U1 = 90 В - 80 В = 10 В.
Згідно з законами послідовного і паралельного з’єднання провідників (маючи на увазі, що R2= R1, і U1 = U2):
I = I12 = I3
Відповідь: сила струму в лампах Л1 та Л2 становить 0,25 А, у лампі Л3 - 0,5 А, опори ламп Л1, Л2 40 Ом, Л3 160 Ом, напруги на лампах Л1 та Л2 - 10 В, Л3 - 80 В.
Приклад 3. Знайти загальний опір кола та напругу на кожному резисторі. Сила струму в колі 5 А, опори R1 = R5 =1 Ом,
R2 = R3 = 2 Ом (рис. 147).
Розв’язання:
Загальний опір кола для послідовного з’єднання опорів R2, R2-3 та R4.
R = R1 + R2-3 + R4 (1)
Опори R2 та R3 з’єднані паралельно:
(2)
Тоді (1) запишемо так:
загальний опір кола:
R = 1 + 
+ 1 = 3 Ом.
За послідовного з’єднання сила струму у всіх ділянках кола однакова. R1 = R4, тому U1 = U4.
За законом Ома для ділянки кола:
U1 = R1I
U1 = U4 = 1 Ом ∙ 5 А = 5 В
Опори R2 та R3 з’єднані паралельно, тому напруга на них однакова. З формули (2) знаходимо опір R2-3 = 1 Ом. Тому U3 = U2= U1= 5 В.
Відповідь: загальний опір кола 3 Ом, напруги на резисторах R1, R2, R3 та R4 становлять 5 В.
Рис. 147
Розширте науковий кругозір
Чому птахи можуть сидіти на проводах електропередач і їх не вражає електричний струм? Щоб це зрозуміти, слід взяти до уваги таке: тіло птаха, що сидить на проводі, є паралельним відгалуженням від частини проводу між лапками птаха. Опір тіла птаха значно більший за опір частини провода, що знаходиться між лапками. За законами паралельного з’єднання провідників сили струмів у розгалуженнях обернено пропорційні їх опорам. Тому сила струму, що проходить крізь тіло птаха, дуже мала і безпечна для нього. Але якщо птах, що сидить на проводі, якимось чином з’єднається з землею (торкнеться до стовпа крилом, дзьобом чи хвостом) - він буде миттєво вбитий струмом, який пройде крізь тіло птаха у землю.
Від теорії до практики
Чи задумувались ви над тим, як маленька сигнальна лампочка, що розрахована на 6 В, увімкнена в електричне коло спіралі електричної праски, розрахованої на 220 В?
Подивіться на схему увімкнення лампочки, що зображена на рис. 148. Тут використане так зване змішане з’єднання резисторів. Позначимо: R - опір усієї спіралі, R1 - опір частини спіралі, паралельно якій під’єднано сигнальну лампочку Л.
За законом Ома:
де U0 - напруга на лампочці, U - напруга в електричній мережі. (Оскільки опір лампочки значно більший, ніж R1, то сила струму в ній дуже мала.)
Звідки
тобто сигнальну лампочку треба увімкнути до 1 /36 частини спіралі.
До речі, ми бачимо, що схема увімкнення лампочки є не що інше, як схема подільника напруги, тобто потенціометра.
Рис. 148. Схема увімкнення лампочки
Подумайте і дайте відповідь
1. Чому побутові прилади в приміщенні слід з’єднувати паралельно?
2. Три дроти - залізний, мідний і срібний - однакової довжини і однакової площі поперечного перерізу ввімкнено в коло паралельно. Яким дротом йтиме струм більшої сили?
3. Порівняйте послідовне і паралельне з’єднання резисторів:
а) Яка величина однакова для всіх резисторів за послідовного з’єднання? За паралельного з’єднання?
б) Як змінюється загальний опір ділянки кола, якщо до неї під’єднати ще один резистор послідовно? паралельно?
Розв’яжіть задачі та оцініть результати
Вправа 39.
1. Який опір і як потрібно підключити до провідника з опром 24 Ом, щоб отримати опір 20 Ом.
2. Шматок дроту опором 80 Ом розрізали навпіл і отримані частини підключили паралельно до джерела струму. Чому дорівнюватиме загальний опір цих частин?
3. Три резистори 10, 20 і 12 Ом з’єднані паралельно. Напруга на кінцях цієї ділянки кола 24 В. Визначте силу струму в кожному резисторі, загальну силу струму в ділянці кола та опір ділянки кола.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5
Дослідження електричного кола з паралельним з’єднанням провідників
Мета роботи:
Навчитись з’єднувати провідники, прилади, резистори паралельно, визначати опір такого сполучення та розподіл струмів у ньому.
Прилади і матеріали: джерело постійного струму, вимикач, амперметр і вольтметр постійного струму, два резистори R1 і R2, реостат, з’єднувальні провідники.
Порядок виконання роботи
1. Самостійно накресліть схему електричного кола, в якому послідовно з’єднані джерело струму, вимикач, амперметр, реостат і паралельно між собою з’єднані резистори R1і R2. Вольтметр приєднаний паралельно до резисторів R1 і R2. Таблицю для результатів складіть самостійно.
2. Замкніть електричне коло. Реостатом відрегулюйте силу струму в колі. Вкажіть напрям струму та полярність.
3. Виміряйте напругу на резисторах і силу струму в електричному колі та окремих резисторах.
4. Перевірте виконання законів паралельного з’єднання:
І = І1 + I2;
5. Зробіть висновки.
Контрольні запитання
1. Сформулюйте закони паралельного з’єднання?
2. Як з’єднуються споживачі електроенергії в квартирах - послідовно чи паралельно? Чому?
СИСТЕМАТИЗУЙТЕ ЗНАННЯ З РОЗДІЛУ 5. «ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ. ЗАКОНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ»
Електричний струм - це впорядкований (напрямлений) рух заряджених частинок. Необхідною умовою існування електричного струму в провіднику є наявність в ньому електричного поля та вільних електрично заряджених частинок.
Електричне коло - це з’єднані між собою провідниками джерело струму, споживачі струму, пристрої для замикання і розмикання кола, електровимірювальні прилади.
За напрям електричного струму умовно беруть напрям, яким в колі рухалися б позитивно заряджені частинки, тобто напрям від позитивного полюса джерела струму до негативного.
Електрична напруга - це фізична величина, що характеризує електричне поле, яке створює струм на певній ділянці кола.
Сила струму - це фізична величина, що характеризує електричний струм у колі і дорівнює відношенню електричного заряду q, що пройшов через поперечний переріз провідника, до часу його проходження t.
Закон Ома для ділянки кола - сила струму на однорідній ділянці кола прямо пропорційна напрузі U на кінцях цієї ділянки і обернено пропорційна її опору R:
І = 
.
Опір металевого провідника - це фізична величина, яка не залежить ні від сили струму, ні від напруги, а залежить лише від розмірів та матеріалу провідника.
Опір провідника R прямо пропорційний довжині провідника І та обернено пропорційний площі поперечного перерізу провідника S, коефіцієнт пропорційності р називається питомим опором провідника p:
R = p
Одиниці вимірювання напруги, сили струму та опору в Міжнародній системі одиниць СІ: напруги - вольт (1В), сили струму - ампер (1 А) опору - Ом (1 Ом).
Резистор - це пристрій, призначений для зміни опору в електричному колі. Реостат - це пристрій, пристосований для регулювання
сили струму в колі. Подільник напруги - це пристрій, який має три клеми. Залежно від призначення і способу ввімкнення в електричне кола, може бути: резистором зі сталим опором, реостатом для зміни струму в колі і подільником напруги. Подільник напруги може змінювати напругу в електричному колі від нуля до значення напруги джерела струму.
Послідовне з’єднання елементів електричного кола - це таке з’єднання, за якого кінець першого елемента з’єднують із початком другого, кінець другого - з початком третього і так далі. Паралельним з’єднанням елементів електричного кола називають таке з’єднання, коли початки всіх елементів з’єднуються в один вузол, кінці - в інший.
За послідовного з’єднання резисторів: сила струму в будь-яких частинах кола однакова
(I = I1 = I2 = … = In);
повна напруга в колі, або напруга на полюсах джерела струму дорівнює сумі напруг на окремих ділянках кола
(U = U1 + U2+ … + Un);
загальний опір кола дорівнює сумі опорів окремих ділянок кола
(R = R1 + R2 + … + Rn).
За паралельного з’єднання резисторів: напруга на кінцях усіх паралельних розгалужень однакова
(U = U1 = U2 = … = Un);
сила струму в нерозгалуженій частині кола дорівнює сумі сил струмів в окремих розгалуженнях
(I = I1 + I2 + … + IN);
сила струмів у розгалуженнях обернено пропорційна опорам розгалужень
I1 : І2 = R2 : R1;
величина, обернена повному опору з’єднання, дорівнює сумі величин, обернених опорам розгалужень
