§ 45. Дослідження електричного кола з паралельним з’єднанням провідників

Лабораторна робота 5

Мета роботи: дослідити взаємозв’язок напруги, сили струму, опору при паралельному з’єднанні провідників.

Прилади і матеріали: амперметр, вольтметр, набір із трьох опорів, реостат, вимикач, джерело струму, з’єднувальні провідники (мал. 102).

Хід роботи

1.    Складіть електричне коло з приладів у якому послідовно з’єднайте джерело струму, реостат, амперметр, вимикач та паралельно увімкнені три резистори (мал. 102 ).

2.    До затискачів вольтметра приєднайте два провідники, залишивши їхні другі кінці вільними.

3.    За допомогою реостата встановіть у колі певну силу струму (наприклад, 2 А).

4.    Виміряйте струм у кожному з трьох опорів.

5.    Виміряйте вольтметром напругу U між точками А і В (мал. 59 б). За законом Ома визначте опір усієї

групи паралельно з’єднаних провідників та кожного провідника окремо:

6. Результати вимірювань і розрахунків занесіть до таблиці.

Таблиця 12.

обчисліть опір групи провідників.

Порівняйте результат із опором R_t розрахованим через напругу на розгалуженні U і силу струму у колі І.

8. Зробіть висновок про визначення опору паралельного з’єднання провідників у колі.

1. Чому дорівнює опір паралельно з’єднаних провідників?

Розрахунки простих електричних кіл

Розрахунки простих електричних кіл проводяться, в основному, для визначення струмів в окремих ділянках кола та напруг на них. Наприклад, проведемо розрахунки для кола, схема якого зображена на мал. 103.

Знайдемо силу струму в опорах R₁ і R₂.

Знаючи напругу між точками А і В — CZ_ab, можна знайти струм в опорах R₁ і R₂:

Аналогічно знаходимо силу струму в провідниках з опорами R₂₉ R_u і?₅.

Знаючи величину сили струму І до розгалуження у точці А можна знайти величину струмів I₁₉ I₂ у інший спосіб.

Ми отримали рівняння з одним невідомим, з якого можна визначити I₁₉ а потім за формулою I₂ = І - I₁ знайти силу струму в провіднику з опором R₂.

Як бачите, при розрахунках простих електричних кіл потрібно знати закони послідовного та паралельного з’єднання провідників.

Розрахунок простих електричних кіл можна проводити у таких послідовностях: знаходимо сили струму в окремих ділянках кола за заданими напругою і опорами; знаходимо опори окремих ділянок кола за заданими значеннями сил струмів, напругою і опорами інших ділянок; розраховуємо напругу за відомими опорами і силами струмів.

Приклад. У електричне коло з напругою 220 В увімкнена лампа Ri з опором 125 Ом. Лампа увімкнена у коло за допомогою підвідних провідників R_s опором 2 Ом. Під якою напругою буде перебувати лампа, якщо паралельно їй увімкнути електричний нагрівальний прилад R_s з опором 25 Ом?

1. Які закони послідовного з’єднання використовуються при розрахунку електричних кіл? 2. Які закони паралельного з’єднання використовуються при розрахунку електричних кіл?

? 3. У коло ввімкнено паралельно 4 лампи, кожна з опором 330 Ом. Сила струму у лампі 0,3 А. Визначити силу струму, який тече по підвідних дротах, і опір цієї групи ламп. 4. Яка сила струму у підвідних дротах від джерела струму напругою 200 В, якщо опір підвідних дротів 10 Ом і в коло увімкнені паралельно провідники з опорами 20, 40, 50 і 200 Ом?

1. Паралельно ділянці кола АВ, опір якої Я-j, підключили провідник з опором R₂ (мал. 105). Як зміниться сила струму в нерозгалуженій частині кола і в опорі A₁?

Ви вже знаєте, що у джерелі струму відбувається перетворення певного виду енергії (наприклад, механічної) на електричну. Електрична енергія може перетворюватися на механічну (робота електродвигуна), теплову (нагрівання провідника) тощо. Перетворення одного виду енергії на інший характеризується виконанням роботи. Мірою перетворення електричної енергії на інші види енергії в колі струму є величина роботи цього струму.

Ви вже знаєте, що робота електричного струму є роботою електричних сил поля, що переміщують заряди. Чим більша робота струму на ділянці кола при переміщенні заряду в 1 Кл, тим вища напруга на кінцях цієї ділянки кола. Тобто, напруга визначає роботу, яка виконується електричним струмом під час переміщення на ділянці кола (між двома точками кола) заряду в 1 кулон:

Отже, робота електричного струму на ділянці кола визначається добутком величини перенесеного електричним струмом заряду на величину напруги на цій ділянці:    д _

Величину заряду, що проходить у колі, ми можемо визначати через силу струму в колі і час його проходження: q = It , де / — сила струму, t — час існування струму.

Використовуючи це співвідношення, отримаємо формулу, що виражає величину роботи струму на дільниці кола:    ^ __ ц^

Одиницею роботи електричного струму є 1 джоуль. Враховуючи те, що одиницею сили струму є 1 ампер, напруги — 1 вольт, часу 1 секунда, отримаємо вираз:

1 джоуль = 1 вольт* 1 ампер* 1 секунда, або 1 Дж = I А · В · с.

Для вимірювання роботи електричного струму необхідні прилади, які вимірюють напругу (вольтметр), силу струму (амперметр) і час (годинник). На практиці для цього користуються спеціальними приладами^мал. 106), які називаються електричними лічильниками. З одиницями роботи, які використовуються при зніманні показів цих приладів, ви познайомитеся пізніше.

Приклад. Яку роботу виконує електричний струм в електродвигуні за 2 год, якщо сила струму в колі електродвигуна 5 А, напруга на його клемах 22 В?

Робота електричного струму на ділянці кола дорівнює добуткові величини перенесеного електричним струмом заряду на величину напруги на цій ділянці.

1. Чому дорівнює напруга на ділянці кола? 2. Від чого залежить величина роботи електричного струму? 3. Яка одиниця роботи електричного струму? 4. Якими приладами вимірюється робота електричного струму? ? 1. Виведіть формули для визначення роботи споживачів, які включені послідовно; паралельно. 2. Визначте, яку роботу виконує електричний струм в електродвигуні за 10 год роботи, якщо сила струму в колі двигуна 6 А, напруга на його клемах 10 В. 3. Напруга на спіралі лампи кишенькового електричного ліхтарика З В, опір спіралі 17 Ом. Яку роботу виконує струм у лампі за 12 хв?

Кожен споживач електричного струму (наприклад, лампа, електроплитка, електродвигун) розраховані на певну потужність, що і зазначено на пристрої або у його паспорті. Роботу легко визначити, знаючи потужність електричного струму за певний проміжок часу.

Пригадаємо, що потужність дорівнює відношенню роботи до часу, протягом якого її виконано:

Підставивши у цю формулу вираз для роботи А = IUt_y здобудемо формулу потужності електричного струму:

Потужність електричного струму прямо пропорційна силі струму в колі і напрузі на ділянці кола.

Одиницею потужності електричного струму в CI є 1 ват. З формули P = IU видно, що:

IBt=IA-B.

1 ват — це потужність, яку розвиває електричний струм в I А на ділянці електричного кола з напругою 1 В. Кратні і частинні одиниці потужності, відомі вам з курсу фізики в попередніх класах:

1 мВт = 0,001 Вт; 1 кВт = I 000 Вт; 1 МВт = 1 000 000 Вт.

Для вимірювання потужності електричного струму використовується прилад ватметр. Він об’єднує два прилади — амперметр і вольтметр.

Скориставшись формулою для визначення роботи А = Pt і знаючи, що одиницею роботи є 1 Дж, потужності — 1 Вт, часу — 1с, отримаємо:

1 ват-секунда = 1 джоуль, або I Вт · с = 1 Дж.

У техніці часто використовуються й інші одиниці:

1 ват-година = 3 600 джоулів, або 1 Вт · год = 3 600 Дж;

1 кіловат-година = 3 600 000 джоулів, або 1 кВт · год = З 600 000 Дж.

Лічильники електричного струму вимірюють роботу струму в кіловат-годинах (кВт · год).

Приклад 1. Електрична лампа розрахована на потужність електричного струму 60 Вт. Щодня нею користуються протягом 6 год. Знайти роботу струму за один місяць (ЗО днів).

Приклад 2. Ніхромова спіраль електроплитки довжиною 10 м і площею поперечного перерізу 0,25 мм² живиться від джерела з напругою 220?В. Яку потужність споживає плитка?

Потужність електричного струму дорівнює роботі електричного струму, яку він виконує за одиницю часу. Потужність електричного струму прямо пропорційна силі струму в колі і напрузі на ділянці кола.

1. Що зазначають у паспортах споживачів електричного струму? 2. У яких одиницях вимірюється потужність електричного струму? 3. Потужність електричної праски 0,6 кВт. Визначте роботу струму в ній за 1,5 год. Скільки при цьому витрачається енергії?

? 1. У квартирі є дві електролампи по 100 Вт і дві — по 40 Вт. Кожною з них користуються 3 год за добу. Яку електроенергію споживають лампи за ЗО днів? Як зміниться споживання електроенергії, якщо взяти лампи потужністю 60 Вт? Підрахуйте, скільки коштів можна зекономити за місяць, замінивши лампочки. Про ціну 1 кВт-години дізнайтесь у дорослих. 2. Яку роботу виконує електричний струм в електродвигуні за 1 год, якщо сила струму в колі 0,5 А, а напруга на клемах двигуна 12 В? Скільки енергії при цьому витрачається? 3. Обчисліть роботу, яку виконує електричний струм у лампочці ліхтарика за 5 хв, якщо напруга на лампочці 3,5 В, а сила струму 0,25 А.

1. Подумайте, як перетворюється енергія в замкненому електричному колі, у якому ввімкнено лампу, якщо джерело струму — акумулятор. 5. Визначте потужність електричних приладів, які є у вашій квартирі й приблизний час їхньої роботи протягом тижня. Обчисліть вартість електричної енергії, витраченої цими приладами за тиждень.

Це матеріал з підручника Фізика 8 клас Гуз