Інформація для вчителів
Застосування
Послідовні з'єднання відіграють важливу роль у багатьох електричних застосуваннях, і особливо наочно їх можна пояснити на прикладі гірлянд. Раніше їх часто з'єднували послідовно - з тим недоліком, що вихід з ладу однієї-єдиної лампи розжарювання виводив з ладу всю гірлянду. Через це послідовні з'єднання сьогодні лише зрідка застосовують у таких галузях.
Проте їх і далі цілеспрямовано використовують, наприклад у системах сигналізації, де їхній принцип може бути навіть перевагою.
Експериментальна установка
Інша інформація для вчителя (1/3)
Попередні знання
Учні мають уміти складати просте електричне коло і розуміти поняття струму та напруги. В ідеалі вони вже знайомі із законом Ома.
Принцип
В електротехніці послідовним з'єднанням - відомим також як подільник напруги - називають послідовне сполучення двох або більше компонентів в електричному колі. Загальний опір при послідовному з'єднанні дорівнює сумі окремих опорів. Оскільки крізь усі послідовно з'єднані компоненти тече однаковий струм, на кожному навантаженні спадають часткові напруги, сума яких дорівнює прикладеній загальній напрузі.
Інша інформація для вчителя (2/3)
Навчальна мета
Після експерименту учні мають зрозуміти закони, які визначають поведінку напруги при послідовному з'єднанні резисторів.
Завдання
На початку експерименту подають вступ до теми, щоб пояснити роль послідовного резистора і пробудити інтерес до закону про напругу.
Далі учні вимірюють спади напруги на двох резисторах і виводять із них формулу розподілу напруги при послідовному з'єднанні.
Інша інформація для вчителя (3/3)
Додаткова інформація
Варіант вступного досліду можна виконати з електричною гірляндою для новорічної ялинки, змоделювавши таку гірлянду двома однаковими лампами розжарювання (4 В / 0,04 А).
Перед виконанням вимірювань переконайтеся, що датчик напруги під'єднано з правильною полярністю. Часто трапляються помилки під'єднання, коли його вмикають паралельно до окремих резисторів.
Поняття "загальна сила струму" свідомо не вживали, бо воно могло б спричинити плутанину.
Правила безпеки
Для цього експерименту діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Гірлянди - лампи розжарювання в послідовному з'єднанні
Чому послідовні з'єднання важливі?
Чи то в старих гірляндах, чи в системах сигналізації, чи в інших електричних системах - послідовні з'єднання відіграють в електротехніці центральну роль. Раніше лампи розжарювання в новорічних гірляндах з'єднували послідовно. Якщо виходила з ладу одна-єдина лампа, гасла вся гірлянда - гарний приклад того, наскільки сильно компоненти в послідовному з'єднанні залежать одне від одного.
Цей принцип використовують і в системах сигналізації: датчики з'єднані послідовно в так званій сигналізаційній петлі. Якщо коло десь розірвано, система негайно вмикає тривогу.
У цьому експерименті ти дослідиш, як поводиться напруга при послідовному з'єднанні.
Завдання
Як можна живити електричні прилади напругами, вищими за їхню номінальну напругу?
Дослідіть співвідношення напруг у нерозгалужених електричних колах із послідовним з'єднанням технічних резисторів.
Експериментальна установка
Обладнання
Складання (1/3)
Для вимірювання датчиками Cobra SMARTsense потрібен PHYWE measureAPP. Застосунок можна безкоштовно завантажити у відповідному магазині застосунків (QR-коди див. нижче). Перед запуском застосунку перевір, чи на твоєму пристрої (смартфон, планшет, настільний ПК) ввімкнено Bluetooth.
Android
iOS
Windows
Складання (2/3)
- Склади електричне коло так, як на рисунку ліворуч.
- Під'єднай блок живлення, датчик струму і датчик напруги, як показано.
Складання (3/3)
Знімок екрана застосунку
- Увімкни обидва датчики Cobra SMARTsense, утримуючи кнопку ввімкнення на кожному приладі приблизно три секунди.
- Потім відкрий measureAPP і з'єднайся з обома датчиками, вибравши їх у розділі "Датчики".
- Налаштуй показ так, щоб виміряні значення відображалися числами. Для цього торкнись символу "0.0" вгорі в застосунку. Наочний приклад видно ліворуч.
Виконання (1/4)
- Встанови постійну напругу . Виміряй струм і напругу та поспостерігай за яскравістю лампи розжарювання. Запиши свої вимірювання в лабораторний протокол.
- Потім замість з'єднувального модуля 1 (рис. ліворуч) встав резистор (рис. посередині/праворуч).
Виконання (2/4)
- Поспостерігай за яскравістю лампи розжарювання.
- Підвищуй напругу на блоці живлення, доки виміряний струм знову не досягне початкового значення. Запиши значення напруги у протокол.
- Вимкни блок живлення.
Виконання (3/4)
- Склади схему так, як показано на рисунку ліворуч. Якщо натиснеш на синю кнопку, зможеш іще раз роздивитися схему зблизька.
- Увімкни блок живлення і встанови напругу .
- Виміряй по черзі напругу на резисторі (часткова напруга ) і на резисторі (часткова напруга ). Запиши обидва виміряні значення в протокол.
Виконання (4/4)
- Тепер перестав датчик напруги так, як показано на рисунку.
- Виміряй загальну напругу на обох резисторах і внеси це значення теж у протокол.
- Вимкни блок живлення.
Установка для вимірювання загальної напруги
Протокол
Завдання 1
Питання
Питання
Внесіть свої виміряні значення в таблицю.
і позначають напруги до і після ввімкнення резистора.
U_{\text{nach}} \text{[В]}
I \text{[А]}
U_{\text{vor}} \text{[В]}
Завдання 2
Внеси виміряні значення в таблицю.
і позначають часткові напруги.
U_{\text{ges}} \text{[В]}
U_1 \text{[В]}
U_2 \text{[В]}
Питання
Завдання 3
Перетягни слова у правильні клітинки! У послідовному з'єднанні в електричному колі немає ____. Якщо в коло вбудовано елементи з ____, то ____ розподіляється між цими елементами. ____ додаються до загальної напруги. У минулому ____ будували з послідовним з'єднанням. Проте це мало той недолік, що при виході з ладу однієї лампи розжарювання гасла вся гірлянда. А от ____ з'єднані послідовно, тож при відмові одного контакту спрацьовує тривога.