Загальна інформація
Застосування
Послідовне чи паралельне з'єднання?
У повсякденному житті часто доводиться з'єднувати кілька моноелементів у батарею, щоб живити мобільні електричні пристрої. Приклади застосування дуже різноманітні: дрилі, ліхтарі, радіоприймачі, дитячі іграшки та багато іншого.
Примітка: Спочатку терміном "батарея" справді позначали лише з'єднання кількох моноелементів. Однак у розмовній мові окремі моноелементи часто вже називають 'батарейкою'.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Учні мають бути обізнані зі складанням простого електричного кола і знати поняття сили струму та напруги.
Принцип
Послідовне з'єднання джерел напруги дає змогу підвищити доступну напругу.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
Учні мають зрозуміти, у чому різниця між послідовно і паралельно з'єднаними батарейками.
Завдання
Спочатку дві батарейки з'єднують послідовно, а потім паралельно і досліджують, як це впливає на напругу і силу струму, які вимірюють в електричному колі.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Магнітна демонстраційна дошка PHYWE зі штативом, демо з фізики | 02150-00 | 1 |
| 2 | З'єднувальний, прямий, модуль DB | 09401-01 | 2 |
| 3 | З'єднувальний, кутовий, модуль DB | 09401-02 | 4 |
| 4 | З'єднувальний, Т-подібний, модуль DB | 09401-03 | 4 |
| 5 | З'єднувальний, розімкнутий, модуль DB | 09401-04 | 4 |
| 6 | Вимикач вкл./викл., модуль DB | 09402-01 | 1 |
| 7 | Патрон для лампи розжарювання E10, модуль DB | 09404-00 | 1 |
| 8 | Тримач для батарейок (тип С), модуль SB | 05605-00 | 2 |
| 9 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, червоний, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-01 | 2 |
| 10 | З'єднувальний провід, 32 А, 1000 мм, синій, експериментальний кабель, штекер 4 мм | 07363-04 | 2 |
| 11 | Демонстраційний універсальний вимірювальний прилад, ADM3 | 13840-00 | 2 |
| 12 | Батарейка 1.5 В (тип C) R14 (IEC-тип) (2 шт.) | 07400-00 | 2 |
| 13 | Лампа розжарювання, 6 В/0,5 А, E10, 10 шт. | 35673-03 | 1 |
| 14 | Електричні символи для демонстраційної дошки, 12 шт. | 02154-03 | 1 |
| 15 | Струбцина | 02014-00 | 2 |
Складання та виконання
Складання (1/2)
- Збери послідовне з'єднання відповідно до рисунка ліворуч.
- Встанови такі діапазони вимірювання: 3 В- і 300 мА-.
Складання (2/2)
- У другій частині досліду збери паралельне з'єднання відповідно до рисунка ліворуч.
- Однойменні полюси мають бути з'єднані між собою.
Виконання (1/3)
Послідовне з'єднання:
- Виміряй при розімкнутому вимикачі напругу холостого ходу і запиши результати вимірювань.
- Замкни вимикач і виміряй силу струму та напругу (під навантаженням).
- Спостерігай за лампою розжарювання і запиши результати вимірювань та спостереження.
- При розімкнутому вимикачі прибери з'єднувальний модуль 1 і з'єднай другу батарейку послідовно з першою.
- Виміряй ще раз напругу холостого ходу і запиши результати вимірювань.
Виконання (2/3)
- Замкни вимикач і виміряй і .
- Спостерігай за яскравістю лампи розжарювання і запиши результати вимірювань та спостереження.
- Тепер розімкни вимикач і поверни одну з двох батарейок (разом із тримачем) на 180°.
- Як і раніше, виміряй спочатку , потім і та поспостерігай за лампою розжарювання.
- Запиши результати вимірювань і спостереження.
Виконання (3/3)
Паралельне з'єднання:
- Виміряй при розімкнутому вимикачі напругу холостого ходу і запиши результати вимірювань.
- Замкни вимикач і виміряй силу струму та напругу (під навантаженням).
- Спостерігай за лампою розжарювання і запиши результати вимірювань та спостереження.
Паралельне з'єднання
Опрацювання результатів
- Послідовне з'єднання джерел напруги дає змогу підвищити доступну напругу.
- Для послідовного з'єднання двох джерел напруги діє рівняння .
- При цьому треба стежити, щоб плюсовий полюс одного джерела напруги був під'єднаний до мінусового полюса наступного.
- Напруга під навантаженням, тобто робоча напруга, менша за напругу холостого ходу.
- Паралельним з'єднанням (однакових) джерел напруги напругу холостого ходу підвищити не можна, але різниця між напругою холостого ходу і робочою напругою при цьому меншає, тобто навантаження може бути більшим без того, щоб робоча напруга сильніше спадала.
Зауваження
- Пояснити, чому робоча напруга (напруга під навантаженням) менша за напругу холостого ходу, можна лише тоді, коли вже опрацьовано вплив внутрішнього опору джерела напруги на його навантажувальну здатність.
- Що свіжіші („менш спожиті”) батарейки, то менше навантаження впливає на напругу. Рекомендована для використання лампа розжарювання має опір близько 12 Ом. Якщо треба продемонструвати значно більший спад напруги, замість лампи розжарювання можна ввімкнути резистор 1 Ом /2 Вт.
- Для багатьох учнів послідовне з'єднання окремих елементів не новина. Вони знають його з користування портативними чи мобільними електричними й електронними приладами (ліхтарик, радіоприймач тощо).