Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Кожен електровимірювальний прилад і кожне джерело напруги має внутрішній опір. Через цей внутрішній опір напруга на клемах навантаженого джерела напруги відрізняється від початкової напруги в ненавантаженому стані. Однак, щоб не враховувати це відхилення напруги при кожному використанні, в джерелах живлення стабілізують напругу. З іншого боку, наявні у продажу сухі батареї або монокристалічні елементи не мають стабілізатора, тому їх не можна використовувати в електричних колах, чутливих до коливань напруги.
У цьому експерименті внутрішній опір досліджується за допомогою сухої батареї.
Додаткова інформація для вчителів (1/4)
Попередні знання
Учні повинні вміти скласти просте електричне коло. Крім того, вони повинні розуміти поняття напруги, сили струму та опору.
Принцип
Для дослідження внутрішнього опору джерел напруги добре підходить комерційно доступний сухий елемент або моноелемент. Його внутрішній опір достатньо великий, щоб його можна було легко виміряти, і його легко замінити, якщо він буде зруйнований тривалим перевантаженням. Блок живлення не підходить для дослідження внутрішнього опору, оскільки він стабілізований за напругою.
Додаткова інформація для вчителів (2/4)
Мета навчання
За допомогою цього експерименту учні повинні зрозуміти, що джерела напруги мають внутрішній опір.
Завдання
Чи мають джерела напруги внутрішній опір?
Встановіть резистори різної величини в електричне коло і визначте їхній внутрішній опір , вимірюючи силу струму і напругу .
Додаткова інформація для вчителів (3/4)
Зауваження щодо підготовки та виконання роботи
Вимірювання під час короткого замикання вимагають особливої уваги, оскільки якщо час увімкнення занадто довгий, виміряна напруга може дуже різко впасти і батарея може стати непридатною для використання. Якщо принаймні двоє учнів експериментують разом, то виміряні значення для і повинні зчитуватися одночасно, щоб мінімізувати тривалість замикання. В іншому випадку учень повинен замикати і зчитувати по одному значенню за раз.
Додаткова інформація для вчителів (4/4)
Подальші зауваження
За необхідності учні можуть також досліджувати "використану" батарею, щоб дослідити, як вона поводиться у випадку або у випадку короткого замикання, або навіть при низькому навантаженні. Сила струму короткого замикання і, відповідно, внутрішній опір сильно залежить від стану заряду акумулятора. Тому результати вимірювань окремих експериментальних груп також будуть відрізнятися. Акумулятор (джерело напруги) вважається якісним, якщо його сила струму короткого замикання є надзвичайно високою, а внутрішній опір - дуже низьким. Рекомендується, щоб тільки одна експериментальна група учнів досліджувала випадок короткого замикання і повідомляла про свої результати іншим групам. Таким чином можна уникнути погіршення якості інших батарей. Перехід до діапазону вимірювання для вимірювання при короткому замиканні навмисно не було запропоновано, оскільки цей діапазон вимірювання не є достатнім при розімкненому вимикачі!
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Материнська плата з процесором - приклад чутливої схеми
Джерела напруги та вимірювальні пристрої мають внутрішній опір, який означає, що джерело напруги має іншу напругу, коли пристрій підключений, ніж коли він не підключений. Ці коливання напруги можуть спричинити пошкодження чутливих схем, таких як процесори.
Тому важливо знати ці коливання напруги, спричинені внутрішнім опором, щоб забезпечити відповідну стабілізацію.
У цьому експерименті ви досліджуєте внутрішній опір сухого акумулятора.
Завдання
Чи мають джерела напруги опір?
Встановіть резистори різної величини в електричне коло і дослідіть внутрішній опір , вимірюючи силу струму і напругу джерела напруги.
Експериментальна установка
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | З'єднувальний, кутовий, модуль SB | 05601-02 | 2 |
| 2 | З'єднувальний, Т-подібний, модуль SB | 05601-03 | 2 |
| 3 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль SB | 05601-04 | 2 |
| 4 | З'єднувальний, кутовий з роз'ємом, модуль SB | 05601-12 | 2 |
| 5 | Вимикач вкл./викл., модуль SB | 05602-01 | 1 |
| 6 | Патрон для лампи розжарювання Е 10, модуль SB | 05604-00 | 2 |
| 7 | Опір 50 Ом, модуль SB | 05612-50 | 1 |
| 8 | З'єднувальний провідник, 250 мм, червоний | 07360-01 | 1 |
| 9 | З'єднувальний провідник, 250 мм, синій | 07360-04 | 1 |
| 10 | З'єднувальний провідник, 500 мм, червоний | 07361-01 | 1 |
| 11 | З'єднувальний провідник, 500 мм, синій | 07361-04 | 1 |
| 12 | Батарейка 1.5 В (тип C) R14 (IEC-тип) (2 шт.) | 07400-00 | 1 |
| 13 | Лампа розжарювання, 6 В/ 3 Вт, E10, 10 шт. | 35673-03 | 1 |
| 14 | Аналоговий мультиметр, 600 В AC/DC, 10A AC/DC, 2 МОм, захист від перевантаження | 07021-11 | 2 |
| 15 | З'єднувальний, прямий, модуль SB | 05601-01 | 2 |
| 16 | Тримач для батарейок (тип С), модуль SB | 05605-00 | 1 |
Підготовка
Зберіть експериментальну установку, як показано на рисунках зліва і справа. Спочатку вимикач розімкнений. Нижній вимірювальний прилад увімкнено як амперметр, а лівий - як вольтметр.
Виконання роботи (1/2)
- Виберіть діапазони вимірювання амперметра - і -.
- Виміряйте напругу на клемах при тобто без навантаження на джерело напруги. Запишіть виміряні значення в таблицю в протоколі.
- Замкніть коло, зчитайте напругу на клемах і силу струму (під навантаженням). Запишіть значення вимірювання в таблицю.
- Розімкніть електричне коло і встановіть замість резистора лампочку.
- Встановіть діапазон вимірювання амперметра на -.
- Замкніть електричне коло і знову зчитайте і та запишіть виміряні значення в таблицю.
Виконання роботи (2/2)
- Розімкніть вимикач і встановіть 2 лампочки паралельно (рис. вище).
- Замкніть електричне коло і знову зчитайте і та запишіть свої показання.
- Розімкніть вимикач і замініть лампочки на лінійний модуль (рис. нижче).
- Виберіть діапазон вимірювання амперметра -.
- Замкніть вимикач на короткий час (!), визначте значення і при короткому замиканні і запишіть значення в таблицю в протоколі.
Примітка: Струм короткого замикання повинен протікати лише протягом дуже короткого часу, щоб не зруйнувати джерело напруги.
Протокол
Таблиця 1
Запишіть значення своїх вимірювань в таблицю.
I [A] (перемикач розімкнений):
U_C [V] (перемикач розімкнений):
Схема
Вимикач розімкнено
Резистор на
1 лампочка
2 лампочки
Коротке замикання
U_C [V] (резистор 50 Ом):
I [A] (резистор 50 Ом):
U_C [V] (1 лампочка):
I [A] (1 цибулина):
U_C [V] (2 лампочки):
I [A] (2 цибулини):
U_C [V] (коротке замикання):
I [A] (коротке замикання):
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Нижче наведено еквівалентну схему для джерела напруги з внутрішнім опором . Під навантаженням напруга падає на . Напруга - це напруга, що подається джерелом напруги без навантаження (тобто при ). Запишіть залежність між і у вигляді рівняння. (Примітка: враховуйте закон послідовного з'єднання ).
Вставте рівняння у тексті! З рівняння ____ при U_1 = U_0 і ____випливає співвідношення ____
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Використовуючи виміряні значення в таблиці 1, обчисліть внутрішній опір досліджуваного джерела напруги для випадку короткого замикання.
I\,[A]
U_C\,[В]
U_0\, [В] (I = 0)
R_i\,[Ом]
