Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
У побуті часто трапляється, що для живлення мобільних електричних приладів кілька моноелементів доводиться з'єднувати в батареї. Прикладів застосування дуже багато: дрилі, кишенькові ліхтарики, радіоприймачі, дитячі іграшки тощо.
Примітка: Первісно терміном «батарея» справді позначають лише з'єднання кількох моноелементів. Проте в розмовній мові батареєю часто називають уже й окремі моноелементи.
Інша інформація для вчителя (1/3)
Попередні знання
Учні мають уже знати будову простого електричного кола з батареєю. Крім того, вони мають знати поняття сили струму та напруги і вміти впевнено їх визначати.
Принцип
Схеми можна пояснити за допомогою правил Кірхгофа. Правило вузлів каже, що всі струми, які втікають у вузол, мають із нього й витекти. Правило контурів каже, що сума всіх часткових напруг у контурі дорівнює нулю. Звідси випливає:
Послідовне з'єднання батарей:
Паралельне з'єднання батарей:
Інша інформація для вчителя (2/3)
Навчальна мета
Завдання
Учні мають дізнатися, яка різниця між тим, коли дві батареї з'єднують послідовно або паралельно.
Учні з'єднують дві батареї послідовно, а потім паралельно і досліджують, як це впливає на напругу і силу струму, які вимірюють в електричному колі.
Інша інформація для вчителя (3/3)
Лампу розжарювання 6 В / 0,5 А рекомендовано для цього досліду тому, що її опір відносно малий, а отже, під навантаженням можна очікувати помітних спадів напруги.
Пояснювати, чому робоча напруга (напруга під навантаженням) менша за напругу холостого ходу, слід лише тоді, коли вже опрацьовано вплив внутрішнього опору джерела напруги на його навантажувальну здатність.
Виміряні значення, які отримають учениці й учні, можуть досить сильно різнитися, бо залежать від стану використаних моноелементів. Що свіжіші (менш використані) моноелементи, то менше навантаження впливає на напругу. Залежно від виробника моноелементи можуть мати й напругу холостого ходу понад 1,5 В. Тоді використані діапазони вимірювання, можливо, доведеться збільшити.
Додатковий вміст
Доступний додатковий вміст
Цей дослід можна розширити вмістом доповненої реальності!
Із застосунком PHYWE AR і датчиками Cobra SMARTsense ви вимірюєте наживо в доповненій реальності – бездротово та інтуїтивно.
Реальні значення зливаються в реальному часі з віртуальними сценами
і роблять природничі науки наочними та
відчутними на межі предметів.
Небезпечне стає безпечним, абстрактне - відчутним
а невидиме - видимим, задля безпечного,
захопливого і тривкого результату навчання.
Докладніше - натисніть
тут або скануйте QR-код.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Батареї
Хоча в мобільних електричних приладах дедалі частіше встановлюють іонні акумулятори, батареї все ще застосовують дуже часто. Це, наприклад, кишенькові ліхтарики, дитячі іграшки або такі пристрої, як бездротові навушники чи контролери. Ти напевно вже колись міняв батареї. Батареї, як ти знаєш, слугують джерелом напруги. Кілька батарей можна під'єднувати по-різному: паралельне і послідовне з'єднання дають при цьому різну користь.
У цьому досліді ти ознайомишся з цими відмінностями.
Завдання
Чого можна досягти послідовним і паралельним з'єднанням джерел напруги?
З'єднай дві батареї спочатку послідовно, а потім паралельно в простому електричному колі зі споживачем і досліди, як це впливає на напругу і на силу струму.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Cobra SMARTsense Voltage - Датчик для вимірювання електричної напруги ± 30 В (Bluetooth + USB) | 12901-01 | 1 |
| 2 | Cobra SMARTsense Current - Датчик для вимірювання електричного струму ± 1 А (Bluetooth + USB) | 12902-01 | 1 |
| 3 | З'єднувальний, прямий, модуль SB | 05601-01 | 4 |
| 4 | З'єднувальний, кутовий, модуль SB | 05601-02 | 1 |
| 5 | З'єднувальний, Т-подібний, модуль SB | 05601-03 | 2 |
| 6 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль SB | 05601-04 | 2 |
| 7 | З'єднувальний прямий з роз'ємом модуль SB | 05601-10 | 2 |
| 8 | З'єднувальний, кутовий з роз'ємом, модуль SB | 05601-12 | 2 |
| 9 | Вимикач вкл./викл., модуль SB | 05602-01 | 1 |
| 10 | Патрон для лампи розжарювання Е 10, модуль SB | 05604-00 | 1 |
| 11 | Тримач для батарейок (тип С), модуль SB | 05605-00 | 2 |
| 12 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 2 |
| 13 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 2 |
| 14 | Батарейка 1.5 В (тип C) R14 (IEC-тип) (2 шт.) | 07400-00 | 2 |
| 15 | Лампи розжарювання 3,5 В/ 0,2 A, E10, 10 шт. | 06152-03 | 1 |
| 16 | Аналоговий мультиметр, 600 В AC/DC, 10A AC/DC, 2 МОм, захист від перевантаження | 07021-11 | 2 |
Складання (1/4)
Складання (1/4)
Для вимірювання сили струму потрібні Cobra SMARTsense і measureAPP. Застосунок можна безкоштовно завантажити в App Store - QR-коди див. нижче. Перевір, чи на твоєму пристрої (планшет, смартфон) увімкнено Bluetooth.
measureAPP для операційних систем Android
measureAPP для операційних систем iOS
measureAPP для планшетів / ПК з Windows 10
Складання (2/4)
- Спершу склади схему для досліду відповідно до рисунків поруч.
- Вимикач при цьому спочатку має бути розімкнений, а лампу розжарювання 12 В вкручують у патрон.
Складання (3/4)
- Склади електричне коло відповідно до рисунка.
- Встав батарею в тримач і під'єднай до свого кола 'датчик напруги - Voltage' (ліворуч) та 'датчик струму - Current' (внизу праворуч).
- Зверни увагу, що датчик напруги завжди під'єднують паралельно, а вимірювання струму завжди виконують у послідовному з'єднанні.
Складання (4/4)
Унизу ти бачиш експериментальну установку для 2-ї частини досліду. Тут дві батареї слід з'єднати паралельно. Вольтметр (Voltage) тоді теж під'єднують паралельно до батарей (ліворуч), а амперметр (Current) знову вмикають послідовно (праворуч).
Виконання (1/6)
Датчик напруги (Voltage)
- Увімкни датчик SMARTsense, який зараз використовуєш, і переконайся, що твій пристрій може з'єднуватися з пристроями Bluetooth.
- Відкрий PHYWE measureApp і вибери використовуваний датчик "Voltage".
- Вибери частоту опитування на свій розсуд. Що вона вища, то точнішим буде вимірювання.
Виконання (2/6)
Датчик струму (Current)
Увімкни свій Cobra SMARTsense-Current, утримуючи кнопку на датчику 3 секунди.
Відкрий measure App на своєму планшеті чи смартфоні.
Вибери датчик "SMARTsense-Current" і встанови "Повторне вимірювання".
Виконання (3/6)
- Увімкни обидва датчики SMARTsense тривалим натисканням кнопки ввімкнення і переконайся, що планшет може з'єднуватися з пристроями Bluetooth.
- Відкрий PHYWE measure App і вибери датчики "Voltage" та "Current", як видно на рисунку.
- Після кожного з наступних вимірювань вимірювання можна зберегти. Для подальшого аналізу його будь-коли можна знову відкрити в розділі "Мої вимірювання".
Виконання (4/6)
- При розімкненому вимикачі виміряй так звану напругу холостого ходу і запиши виміряне значення в протокол.
- Замкни вимикач і виміряй як силу струму , так і напругу під навантаженням . Поспостерігай за яскравістю лампи розжарювання. Запиши виміряні значення.
- Розімкни вимикач і з'єднай другу батарею послідовно з першою, змінивши схему так, як показано поруч. Додатний полюс першої батареї при цьому з'єднують із від'ємним полюсом другої.
Виконання (5/6)
- Знову виміряй напругу холостого ходу .
- Замкни вимикач і визнач та , спостерігаючи за яскравістю лампи розжарювання.
- При розімкненому вимикачі поверни одну з двох батарей на 180º так, щоб між собою були з'єднані або обидва додатні полюси, або обидва від'ємні.
- Знову, як і раніше, виміряй спочатку напругу холостого ходу , а після замикання вимикача - та під навантаженням.
- Знову поспостерігай за яскравістю лампи розжарювання.
- Розімкни вимикач.
- Запиши всі свої результати вимірювань у протокол.
Виконання (6/6)
- Тепер збери паралельне з'єднання за цим рисунком
- Як і раніше, виміряй при розімкненому вимикачі напругу холостого ходу , а потім при замкненому вимикачі - напругу і силу струму під навантаженням, спостерігаючи за лампою розжарювання.
- Розімкни вимикач.
- Знову запиши свої виміряні значення в протокол.
Протокол
Таблиця 1
Внеси свої виміряні значення і спостереження до 1-ї частини досліду (послідовне з'єднання)!
1 батарея
2 батареї (+ до -)
2 батареї (+ до +)
на холостому ході
під навантаженням
1 батарея: на холостому ході U_L [В]:
1 батарея: під навантаженням U_B [В]:
1 батарея: під навантаженням I [мА]:
1 батарея: під навантаженням - яскравість лампи:
в в в Яскравість лампи
2 батареї (+ до -): на холостому ході U_L [В]:
2 батареї (+ до -): під навантаженням U_B [В]:
2 батареї (+ до -): під навантаженням I [мА]:
2 батареї (+ до -): під навантаженням - яскравість лампи:
2 батареї (+ до +): на холостому ході U_L [В]:
2 батареї (+ до +): під навантаженням U_B [В]:
2 батареї (+ до +): під навантаженням I [мА]:
2 батареї (+ до +): під навантаженням - яскравість лампи:
Таблиця 2
Внеси свої виміряні значення і спостереження до 2-ї частини досліду (паралельне з'єднання)!
2 батареї
на холостому ході
під навантаженням
2 батареї: на холостому ході U_L [В]:
2 батареї: під навантаженням U_B [В]:
2 батареї: під навантаженням I [мА]:
2 батареї: під навантаженням - яскравість лампи:
в в в Яскравість лампи
Завдання 1
Вставте слова у правильні місця. Завдяки ____ ____ при дотриманні правильної ____ досягається ____ ____.
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Вставте слова у правильні місця. Завдяки ____ ____ можна досягти більших ____. Крім того, ____ джерел напруги при однаковому ____ спадає менше.