Підручник Фізика 8 клас - Т.М. Засєкіна - Оріон 2017 рік

Розділ 2 ЕЛЕКТРИЧНІ ЯВИЩА. ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ

§ 41 Послідовне з'єднання провідників

Ви дізнаєтесь

- Як визначається загальний опір послідовно з’єднаних елементів електричного кола, як розподіляється сила струму й напруга в такому з’єднанні

Резистори. У сучасній радіоелектроніці широко використовують резистори — прилади, призначені для зміни опору електричного кола.

Резистор (від латин. «resisto» — опираюсь) включають в електричне коло, щоб змінити його опір і, відповідно до закону Ома, — силу струму в колі.

Найпростіший резистор складається з каркаса, виготовленого з непровідного та теплотривкого матеріалу 1, дроту з великим питомим опором, що на мотаний на каркас 2, захисного шару 3 та виводів 4, за допомогою яких резистор включається в електричне коло (мал. 159, а, с. 194).

На електричних схемах резистори зображають у вигляді умовних позначень (мал. 159, б, с. 194). Залежно від призначення резистори виготовляють різних розмірів та конструкції (мал. 159, в, с. 194).

Розв’язуючи задачі з фізики або виконуючи досліди, ми будемо розглядати електричні кола, що містять лампи, дзвоники або інші споживачі струму. Якщо для розв’язання задачі неважливо, яким саме є споживач струму, то на електричній схемі можна зображати резистор, вважаючи, що його опір є таким самим, як і опір споживача.

Мал. 159. Резистор: а — внутрішня будова; б — умовні позначення на електричних схемах; в — зовнішній вигляд

Послідовне з’єднання елементів електричного кола. Пригадайте, ми з вами вже розглядали послідовне з’єднання елементів електричного кола — з’єднання, за якого елементи вмикаються в електричне коло один за одним.

Послідовно з’єднують резистори, елементи акумуляторної батареї. Послідовно вмикають в електричне коло амперметр. Будь-які споживачі струму (електричні лампи, резистори тощо) проводять електричний струм, тому для спрощення такі елементи кола можна називати узагальнено — провідники.

Сила струму на ділянці кола з послідовним з’єднанням провідників.

Розглянемо електричне коло з послідовно з’єднаних джерела струму, двох електроламп, амперметра та вимикача (мал. 160 а). Замкнемо електричне коло та виміряємо силу струму I у ньому.

Вимкнемо електричне коло, увімкнемо амперметр між електролампами (мал. 160 б) та виміряємо силу струму I2. Виконаємо вимірювання сили струму І3 між джерелом струму та електролампами (мал. 160 в). Порівняємо виміряні значення, побачимо, що сила струму в будь-яких частинах електричного кола є однаковою.

Мал. 160. Вимірювання сили струму в електричному колі з послідовним з’єднанням електроламп: а — між вимикачем і джерелом струму; б — між електролампами; в — між джерелом й електролампами

Мол. 161. Вимірювання напруги в електричному колі з послідовним з’єднанням провідників: а — на джерелі; б — на першій лампі; в — на другій лампі

За послідовного з’єднання провідників сила струму в усіх частинах електричного кола однакова:

I = I1 = I2 =... = In.

Напруга на ділянці кола з послідовним з’єднанням провідників. Розглянемо ще раз електричне коло з послідовно з’єднаних джерела струму, двох електроламп, амперметра та вимикача. Замкнемо електричне коло. Амперметр покаже силу струму в ньому. По черзі виміряємо вольтметром, приєднуючи його паралельно до затискачів, напругу на полюсах джерела струму U та на кожній з електроламп U1, U2 (мал. 161). Порівняємо виміряні значення напруги.

Бачимо, що напруга на полюсах джерела струму дорівнює сумі напруг на електролампах: U = U1 + U2.

Таким чином, повна напруга в електричному колі з послідовним з’єднанням провідників (або напруга на полюсах джерела струму) дорівнює сумі напруг на окремих ділянках кола:

U = U1 + U2 +... + Un.

Опір на ділянці кола з послідовним з’єднанням провідників. Розглянемо електричне коло з n послідовно з’єднаних елементів. Застосуємо закон Ома для всього кола та окремих його ділянок.

Отримаємо:

U = I ∙ R, U1 = I ∙ R1, U2 = I ∙ R2, Un = I ∙ Rn, де I — сила струму в колі; R, R1, R2, Rn — загальний опір кола та опори його ділянок.

Оскільки загальна напруга на кінцях послідовного з’єднання дорівнює сумі напруг на окремих ділянках кола, тобто

U = U1+ U2+... + Un, то

I ∙ R = I ∙ R1 +1 ∙ R2 +... + I ∙ Rn.

Звідси:

R = R1 + R2 + ... + Rn.

Загальний опір послідовно з’єднаних провідників дорівнює сумі опорів окремих провідників або ділянок електричного кола:

R = R1 + R2 +... + Rn.

Цю властивість послідовного з’єднання елементів електричного кола враховують, виготовляючи амперметри. Оскільки амперметр включається в коло послідовно, то його опір має бути дуже малим (десяті або соті частки ома), щоб він суттєво не впливав на загальний опір і, відповідно, силу струму в колі.

Підбиваємо підсумки

- З’єднання елементів електричного кола, у якому провідники з’єднуються один за одним, називається послідовним.

- За послідовного з’єднання провідників сила струму в усіх частинах електричного кола однакова:

I = I1 = I2 =... = In.

- Повна напруга в електричному колі з послідовним з’єднанням провідників (або напруга на полюсах джерела струму) дорівнює сумі напруг на окремих ділянках кола:

U = U1 + U2 +... + Un.

- Загальний опір послідовно з’єднаних провідників дорівнює сумі опорів окремих провідників або ділянок електричного кола:

R = R1 + R2 +... + Rn.

Я знаю, вмію й розумію

1. Яке з’єднання елементів електричного кола називають послідовним?

2. Як можна виміряти силу струму в електричному колі за послідовного з’єднання його елементів? Чи залежить виміряне значення від точки включення амперметра в електричне коло?

3. Як визначити повну напругу в електричному колі, якщо є виміряні значення напруг кожної з його ділянок, що з’єднані послідовно?

4. Як визначити опір ділянки кола, що складається з кількох послідовно з’єднаних резисторів із відомими опорами?

5. Чому внутрішній опір амперметра має бути дуже малим?

ПОЯСНІТЬ

1. Чому сила струму за послідовного з’єднання провідників на всіх ділянках є однаковою?

2. Чому за послідовного з’єднання двох споживачів справджується формула: R = R1 + R2?

3. Чому напруги на провідниках та їх опори за послідовного з’єднання для будь-якої пари провідників пов’язані співвідношенням:

ВЧИМОСЯ РОЗВ'ЯЗУВАТИ ЗАДАЧІ

Задача. Три резистори з опорами 2 Ом, 3 Ом, 5 Ом з’єднані послідовно. Амперметр, увімкнений у коло, показує силу струму 1 А. Визначте опір кола, напругу на кожному резисторі та повну напругу на кінцях ділянки кола.

Розв’язання:

Схема ділянки кола, яка розглядається в задачі, має вигляд (мал. 162):

Мал. 162. Ділянка електричного кола з послідовним з’єднанням елементів

Резистори з’єднані послідовно, тому загальний опір кола:

R = R1 + R2 + R3; R = 2 Ом + 3 Ом + 5 Ом = 10 Ом.

Сила струму за послідовного з’єднання є однаковою в усіх резисторах:

І1 = I2 = І3 = І = 1 А.

Напругу на кожному з резисторів визначаємо за законом Ома для ділянки кола:

U1 = І ∙ R1, U1 = 1 А ∙ 2 Ом = 2 В;

U2 = І ∙ R2, U2 = 1 А ∙ 3 Ом = З В;

U3 = І ∙ R3, U3 = 1 А ∙ 5 Ом = 5 В.

Повна напруга в колі за послідовного з’єднання:

U = U1 + U2 + U3, або U = І ∙ R,

U = 2 В + 3 В + 5 В = 10 В, або U = 1 А ∙ 10 Ом = 10 В.

Відповідь: R = 10 Ом, U1 = 2 В, U2 = 3 В, U3 = 5 В, U = 10 В.

Вправа 19

1. Користуючись даними, з малюнку 163, визначте напругу джерела струму та напругу на кожному резисторі.

Мал. 163. До задачі 1

2. В освітлювальну мережу 220 В увімкнули послідовно дві електричні лампи з однаковим опором. Якою буде напруга на кожній із ламп?

3. Опір електричного кола, що складається з двох послідовно з’єднаних однакових ламп і реостата, дорівнює 1000 Ом. Визначте опір кожної лампи, якщо опір реостата дорівнює 120 Ом.

4. На малюнку 164 зображено електричне коло. Опори резисторів, увімкнутих у коло, відповідно R1 = 6 Ом, R2 = 12 Ом. Показання вольтметра — 6 В. Визначте напругу на резисторі опором R1 та напругу U на всій ділянці кола.

5. Ділянка електричного кола містить три резистори, з’єднані послідовно (мал. 165). Опори резисторів R1 = 5 Ом, R2 = 6 Ом, R3 = 12 Ом. Яку силу струму показує амперметр і яка напруга в колі, якщо показання вольтметра 12 В?

6. Як зміняться показання електричних приладів, зображених на малюнку 166, якщо повзунок реостата перемістити вниз; угору?

7. Визначте показання амперметра та другого вольтметра (мал. 167), якщо показання першого вольтметра 18 В.

Мал. 164. До задачі 4

Мал. 165. До задачі 5

Мал. 166. До задачі 6

Мал. 167 До задачі 7

8. До полюсів джерела струму приєднано послідовно два провідники однакових розмірів. Перший провідник виготовлено з алюмінію, другий — із міді. На кінцях якого провідника вольтметр покаже більшу напругу? У скільки разів відрізнятимуться показання вольтметра на першому і другому провідниках?



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