Інформація для вчителів
Застосування
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. Проте, щоб про це не доводилося думати при кожному використанні, блоки живлення мають стабілізовану напругу. А от звичайні сухі батареї чи моноелементи - ні, тому їх не можна застосовувати в схемах, чутливих до коливань напруги.
У цьому досліді внутрішній опір досліджують на прикладі сухої батареї.
Схема досліду
Інша інформація для вчителя (1/4)
Попередні знання
Учні повинні вміти скласти просте електричне коло. Крім того, вони мають розуміти поняття напруги, сили струму й опору.
Принцип
Для дослідження внутрішнього опору джерел напруги добре підходить звичайна суха батарея або моноелемент. Її внутрішній опір достатньо великий, щоб його можна було добре виміряти, і її легко замінити, якщо через необережність вона буде зруйнована тривалим перевантаженням. Блок живлення для дослідження внутрішнього опору не підходить, бо в нього стабілізована напруга.
Інша інформація для вчителя (2/4)
Навчальна мета
Учні мають зрозуміти, що джерела напруги мають внутрішній опір.
Завдання
Учні досліджують, чи має джерело напруги внутрішній опір. Вони складають електричне коло з резисторами різної величини, щоразу вимірюють силу струму й напругу на клемах і визначають із цього внутрішній опір.
Інша інформація для вчителя (3/4)
Інша інформація для вчителя (3/4)
Вказівки щодо складання та виконання
Вимірювання під час короткого замикання потребують особливої уваги, бо при надто довгому часі ввімкнення виміряна напруга може дуже сильно впасти, а батарея - стати непридатною. Під час експериментування учням слід завжди виводити значення і на екран одночасно, щоб тривалість короткого замикання була якнайменшою.
Інша інформація для вчителя (4/4)
Подальші зауваження
За потреби якась із експериментальних груп могла б додатково дослідити на «використаній» батареї, як вона поводиться у випадку чи при короткому замиканні або вже при невеликому навантаженні. Сила струму короткого замикання, а отже й внутрішній опір, сильно залежить від стану заряду батареї. Тому й результати вимірювань окремих експериментальних груп будуть різними. Батарея (джерело напруги) має тим вищу якість, чим вища її сила струму короткого замикання і, відповідно, чим менший її внутрішній опір. Рекомендується, щоб випадок короткого замикання за потреби досліджувала лише одна експериментальна група і повідомляла свої результати іншим групам. Так можна уникнути погіршення якості інших батарей.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Материнська плата з процесором - приклад чутливої схеми
Джерела напруги та вимірювальні прилади мають внутрішній опір, через який джерело напруги, наприклад при під'єднанні деталі, показує іншу напругу, ніж коли ця деталь не під'єднана. Такі коливання напруги можуть призвести до пошкоджень у чутливих схемах, як-от у процесорах.
Тому важливо знати ці спричинені внутрішнім опором коливання напруги, щоб забезпечити відповідну стабілізацію.
У цьому досліді ти досліджуєш внутрішній опір на сухій батареї.
Завдання
З'ясуй, чи мають джерела напруги також і опір:
Склади електричне коло з резисторами різної величини.
Виміряй силу струму в колі.
Виміряй напругу на клемах джерела напруги.
Визнач внутрішній опір джерела напруги, опрацювавши дані вимірювань.
Схема досліду
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 ввімкнено на твоєму пристрої (смартфон, планшет, настільний ПК) Bluetooth.
iOS
Android
Windows
Складання (2/3)
- Склади електричне коло, як на рисунку ліворуч і на рисунку праворуч.
- Вимикач спочатку розімкнений.
Рис. 1
Рис. 2
Складання (3/3)
Знімок екрана застосунку
- Запусти обидва датчики Cobra SMARTsense, утримуючи кнопку ввімкнення/вимкнення на кожному приблизно три секунди.
- Тепер запусти measureAPP і з'єднайся з обома датчиками, вибравши їх у розділі "Датчики".
- Налаштуй показ так, щоб виміряні значення відображалися числами. Для цього натисни "0.0" вгорі в застосунку. Ліворуч видно, як це виглядає на прикладі.
Виконання (1/2)
Схема досліду
- Виміряй напругу на клемах при , тобто без навантаження джерела напруги. Запиши свої виміряні значення в таблицю в протоколі.
- Замкни електричне коло, зчитай напругу на клемах і силу струму (під навантаженням). Запиши свої виміряні значення в таблицю.
- Розімкни електричне коло і встав замість резистора лампу розжарювання.
- Замкни електричне коло і знову зчитай та і запиши свої виміряні значення.
Виконання (2/2)
- Розімкни вимикач і встав 2 лампи розжарювання паралельно (рис. угорі).
- Замкни електричне коло і знову зчитай та і запиши свої виміряні значення.
- Розімкни вимикач і заміни лампи розжарювання на з'єднувальний модуль (рис. унизу).
- Замкни вимикач на короткий час (!), виміряй і при короткому замиканні і внеси значення в таблицю в протоколі.
Вказівка: Струм короткого замикання може текти лише дуже коротко, щоб джерело напруги не було зруйноване.
Протокол
Таблиця 1
Внеси свої виміряні значення в таблицю.
I [А] (вимикач розімкнений):
U_C [В] (вимикач розімкнений):
Схема
Вимикач розімкнений
Резистор
1 лампа розжарювання
2 лампи розжарювання
Коротке замикання
U_C [В] (резистор 50 Ом):
I [А] (резистор 50 Ом):
U_C [В] (1 лампа розжарювання):
I [А] (1 лампа розжарювання):
U_C [В] (2 лампи розжарювання):
I [А] (2 лампи розжарювання):
U_C [В] (коротке замикання):
I [А] (коротке замикання):
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Тут ти бачиш еквівалентну схему джерела напруги з його внутрішнім опором . На під навантаженням спадає напруга . Через позначають напругу, яку дає ненавантажене джерело напруги (тобто при ). Сформулюй зв'язок між і у вигляді рівняння. (Вказівка: згадай закон послідовного з'єднання ).
Перетягни рівняння у правильні поля! Із рівняння ____ з U_1 = U_0 і ____ випливає зв'язок ____
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Обчисли за виміряними значеннями в таблиці 1 для випадку короткого замикання внутрішній опір досліджуваного джерела напруги.
I\,\text{[А]}
U_c\,\text{[В]}
U_0\, \text{[В]} (I = \text{0})
R_{\text{i}}\,[\Omega]
