Народна Освіта » Фізика » § 31. Послідовне з'єднання провідників

НАРОДНА ОСВІТА

§ 31. Послідовне з'єднання провідників

Уявіть плеєр без кнопки «Ввімкнути/вимкнути», тобто такий, який можна, наприклад, вимкнути, тільки витягнувши з його корпусу акумулятор. Дуже незручно, правда? Але відсутність вимикача — це тільки незручності в користуванні, а от неправильне підключення вимикача до електричного кола може призвести до серйозних наслідків (плеєр може вийти з ладу). Про те, як потрібно підключати вимикачі до пристроїв та приладів і які особливості має таке з'єднання, ви дізнаєтеся з цього параграфа.

Вивчаємо характерні властивості кола, яке складається з послідовно з'єднаних провідників

Електричне коло, подане на рис. 31.1, не має розгалужень: елементи кола розташовані послідовно один за одним. Таке з’єднання провідників називають послідовним.

Зверніть увагу: якщо один із послідовно з’єднаних провідників вийде з ладу, то решта теж не працюватимуть, бо коло буде розімкненим.

Оскільки коло з послідовним з’єднанням провідників не має розгалужень, то заряд, який за певний час t проходить через поперечний переріз кожного з провідників, є однаковим:

 

У разі послідовного з'єднання провідників загальна сила струму в колі та сила струму в кожному провіднику є однаковою:

 

Рис. 31.1. Послідовне з'єднання кількох провідників

 

Наші теоретичні дослідження легко перевірити за допомогою експерименту (рис. 31.2).


Рис. 31.2. Вимірювання сили струму в різних ділянках електричного кола, яке складене з послідовно з'єднаних провідників: а — загальний вигляд електричного кола; б — схема. Сила струму в усіх провідниках є однаковою

Якщо електричне поле здійснює роботу A1 з переміщення заряду q в першому провіднику і A2 — у другому, то зрозуміло, що для переміщення заряду через обидва провідники має бути здійснена робота А = A1 + A2.

Одержаний висновок можна перевірити експериментально (рис. 31.3).

Рис. 31.3. Вимірювання напруги на різних ділянках електричного кола, яке складене з послідовно з'єднаних провідників: а — загальний вигляд електричного кола; б — схема. Загальна напруга на ділянці кола, яка містить послідовно з'єднані лампу та резистор, дорівнює сумі напруг на окремих пристроях

Наведені співвідношення справджуються для будь-якої кількості послідовно з’єднаних провідників. Отже:

Рис. 31.4. Механічна модель послідовного з'єднання провідників

 

де η — кількість провідників.

Щоб краще зрозуміти властивості послідовного з’єднання провідників, скористайтеся механічною аналогією (рис. 31.4); відповідні паралелі проведіть самостійно.

Виводимо формулу для розрахунку опору

 

 

Якщо ділянка кола складається з кількох послідовно з'єднаних провідників, загальний опір ділянки дорівнює сумі опорів окремих провідників:

 

Аналізуючи останню формулу, можна зробити такі висновки:

—    загальний опір провідників, з’єднаних послідовно, більший за опір кожного з цих провідників;

—    загальний опір послідовно з’єднаних провідників, що мають однаковий опір, можна розрахувати за формулою:

 

 

Учимося розв'язувати задачі

Задача. Три резистори опорами 2 Ом, 3 Ом і 7 Ом з’єднані послідовно. Яким є опір цієї ділянки кола? Визначте напругу на кожному резисторі та силу струму в ділянці, якщо на ділянку подано напругу 36 В. Опором проводів знехтуйте.

Аналіз фізичної проблеми. В умові задачі подано опір кожного резистора, тому можемо знайти загальний опір ділянки кола. Скориставшись законом Ома, знайдемо силу струму в колі. Знаючи, що сила струму в ділянці кола, яка складається з послідовно з’єднаних провідників, всюди однакова, обчислимо напругу на кожному резисторі.

Підбиваємо підсумки

Електричне коло, що складається з послідовно з’єднаних провідників, не має розгалужень. Провідники приєднуються до кола послідовно, один за одним. Вимкнення одного зі споживачів спричинить розмикання кола.

Якщо ділянка кола складається з п послідовно з’єднаних провідників, то справджуються такі співвідношення:

— сила струму в усій ділянці кола та в усіх провідниках однакова:

Контрольні запитання

1. Яку особливість має коло, що складається з послідовно з’єднаних провідників? 2. Поясніть, чому вимикач завжди з’єднують зі споживачем послідовно. 3. Ділянка кола складається з послідовно з’єднаних провідників. Яким є співвідношення: між загальною силою струму в ділянці та силою струму в кожному провіднику? між загальною напругою на ділянці та напругою на кожному провіднику? 4. Як обчислити загальний опір кола, яке складається з послідовно з’єднаних провідників? 5. Як зміниться загальний опір ділянки кола, якщо до неї послідовно приєднати ще один провідник?

Вправа №31

Виконуючи завдання, опором проводів знехтуйте.

1.    Ділянка кола містить два послідовно з’єднані однакові резистори опором 2 Ом кожен. Визначте загальний опір ділянки. Яку напругу подано на ділянку, якщо сила струму в ній становить 0,5 А? Якою є напруга на кожному резисторі?

2.    Загальний опір двох ламп і реостата, з’єднаних послідовно, дорівнює 65 Ом. Визначте опір реостата, якщо опір кожної лампи 15 Ом.

3.    Ділянка кола (рис. 1) містить дві послідовно з’єднані електричні

показ вольтметра, якщо напруга на ділянці дорівнює 100 В.

4.    Опір одного з двох послідовно з’єднаних резисторів становить 650 Ом. Знайдіть опір другого резистора, якщо сила струму в ньому 80 мА, а загальна напруга на обох резисторах дорівнює 72 В.

5.    Ділянка кола (рис. 2) містить три послідовно з’єднані резистори,

6.    Чи можна лампу для кишенькового ліхтарика, яка розрахована на силу струму 0,3 А, увімкнути в освітлювальну мережу послідовно з лампою, що розрахована на напругу 220 В і має опір 1100 Ом? Поясніть свою відповідь.

7.    Будь-який вольтметр розрахований на вимірювання напруги, що не перевищує певної межі. Але якщо до вольтметра послідовно приєднати певний додатковий опір — резистор (рис. 3), то межа вимірювання вольтметра збільшиться. Це відбувається тому, що ви-

 

Резистор якого опору необхідно послідовно приєднати до шкільного вольтметра опором 900 Ом, щоб збільшити межу його вимірювання в 5 разів? (Наприклад, вольтметр показує б В, а напруга на нагрівані ЗО В.) Поміркуйте, де вам можуть знадобитися вміння, набуті під час розв’язування цієї задачі?

8. Кубик масою 240 г упав з полиці шафи спочатку на стіл, а потім на підлогу (рис. 4). Як змінювалася енергія кубика в ході падіння? Яку роботу виконала сила тяжіння на кожному етапі падіння? за весь час падіння?

 

Експериментальне завдання

Виготовте пристрій, призначений для

 

перевірки знань (рис. 5). Для цього виконайте такі дії.

1.    На аркуш цупкого картону наклейте у два стовпчики 10-16 прямокутних смужок із паперу.

2.    На смужках, розташованих у лівому стовпчику, напишіть запитання.

3.    На смужках у правому стовпчику напишіть відповіді, причому так, щоб пара «запитання — правильна відповідь» не становила один рядок.

4.    Поряд із кожним прямокутником вставте в картон кнопку з довгим вістрям.

5.    За допомогою проводів з’єднайте кнопки на звороті картону так, щоб утворилися пари «запитання — правильна відповідь» (рис. 6), та складіть електричне коло.

6.    Перевірте знання своїх однокласників, попросивши їх торкнутися вільними кінцями проводів до клеми із запитанням і клеми з відповіддю. Якщо відповідь правильна, то лампа має засвітитися.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4

 

Тема. Дослідження електричного кола з послідовним з'єднанням провідників. Мета:    експериментально перевірити, що

в разі послідовного з'єднання двох про-

Обладнання:    джерело струму, вольт

метр, амперметр, ключ, два резистори, з'єднувальні проводи.

 

ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ

Підготовка до експерименту

Суворо дотримуйтесь інструкції з безпеки (див. форзац).

1.    Перш ніж виконувати роботу, переконайтеся, що ви знаєте запобіжні заходи під час роботи з електричними колами.

2.    Накресліть схему електричного кола, що складається з двох резисторів, ключа та джерела струму, з’єднаних послідовно.

3.    Складіть і запишіть план проведення експерименту. Якщо вагаєтеся, то скористайтеся планом, наведеним нижче.

шт Експеримент

Дослід 1. Порівняння сили струму в різних ділянках кола, яке містить послідовне з’єднання провідників.

Ί. Складіть електричне коло за накресленою вами схемою.

2.    Виміряйте силу струму, увімкнувши амперметр спочатку між джерелом струму і першим резистором (I1), потім між ключем і другим резистором (I2), а потім між ключем і джерелом струму (/). Накресліть схеми відповідних електричних кіл.

3.    Результати вимірювань занесіть до табл. 1 і зробіть висновок.

Таблиця 1

 

Дослід 2. Порівняння загальної напруги на ділянці кола, яка складається з послідовно з’єднаних резисторів, і суми напруг на окремих резисторах.

 

2. Результати вимірювань занесіть до табл. 2. Закінчіть заповнення таблиці та зробіть висновок.

2. Результати обчислень занесіть до табл. 3. Закінчіть заповнення таблиці, зробіть висновок.

Таблиця З

Аналіз експерименту та його результатів

Проаналізувавши експеримент і його результати, зробіть висновок, у якому зазначте:

1)    які співвідношення для послідовно з’єднаних провідників ви перевіряли та які результати одержали;

2)    які чинники могли вплинути на точність отриманих вами результатів.

Творче завдання

Запишіть план проведення експерименту, за допомогою якого можна визначити опір резистора, якщо ви маєте вольтметр, джерело струму, резистор відомого опору та з’єднувальні проводи. Проведіть відповідний експеримент.

Завдання «із зірочкою»    =

Вважаючи, що абсолютна похибка вимірювання напруги дорівнює ціні поділки шкали вольтметра, визначте для експерименту 2:

1) відносну похибку вимірювання напруги на першому резисторі:

 

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Бар'яхтар

 

Категорія: Фізика

Автор: evg от 7-08-2016, 20:22, Переглядів: 25410