darblapas

Ohm's Law Worksheet

Series and Parallel Circuits Explained - Voltage Current Resistance Physics - AC vs DC & Ohm's Law (Decembris 2018).

Anonim

Ohm's Law Worksheet

Pamataprīkojums


jautājums 1

Definējiet šādus terminus: enerģija, darbs un jauda .

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Darbs ir spēka pielikšana attālumā. Enerģija ir spēja veikt darbu. Jauda ir veiktā darba temps uz vienu laika vienību.

Piezīmes:

Studenti var atrast pamatfizikas tekstu, kas ir noderīgs, lai iegūtu šīs definīcijas. "Darbs" ir sarežģīts jēdziens, kas precīzi definē, jo īpaši tiem, kas nezina pamatfizikas. Tehniski tas ir spēka un pārvietošanas vektora punktveida produkts, kas nozīmē, ka darbs ir vienāds ar spēka laika attālumu tikai tad, ja spēka un attāluma vektori ir precīzi paralēli viens otram. Citiem vārdiem sakot, ja man 10 kg lielu masu (pacelšanās pret smaguma vilcējspēku), ejot paralēli zemei ​​(nevirzoties uz augšu vai uz leju), spēka un pārvietošanas vektori ir perpendikulāri viens otram un darbs, ko es daru masas transportēšanā ir nulle . Tikai tad, ja mans spēks ir tieši tādā pašā virzienā kā mans priekšlikums, ka visas manas pūles tiek pārvērstas darbā.

2. jautājums

Spriegums parasti tiek definēts kā "elektriskais spiediens". Volta vienību tomēr var definēt, ņemot vērā vairāk pamatfizikālas vienības. Kādas ir šīs vienības un kā tās attiecas uz volta "# 2" vienību? Atklāj atbildi Slēpt atbildi

1 volts ir vienāds ar 1 jūlu enerģijas, kas pieskaitīts 1 lādiņa kulonam (6, 25 x 10 18 elektroniem):

V = W


Q.

Kur

V = Spriegums (volti)

W = darbs vai potenciālā enerģija (džouls)

Q = uzlāde (kuloni)

Piezīmes:

Ņemiet vērā, ka es izmantoju burtu "V", lai apzīmētu spriegumu, nevis "E", kā es to parasti daru. Tas ir tāpēc, ka vispār fizikas darbā "E" parasti ir vai nu "Enerģija", vai "Elektriskā lauks". Dažās elektronikas rokasgrāmatās tiek lietots burts "E" spriegumam, bet citi izmanto burtu "V" vai pat tos abus burtus aizstāj viens.

3. jautājums

Elektriskā strāva tiek mērīta ampēra vai ampēri vienībā. Kāda ir šīs vienības fiziskā definīcija? Kādi fundamentālie daudzumi ir 1 ampērs elektriskās strāvas?

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

1 ampērs no elektriskās strāvas ir elektronu kustības ātrums vienāds ar 1 kulonu sekundē:

I = Q.


t

Kur

I = elektriskā strāva (ampēros)

Q = iekasē maksa (kulons)

t = laiks (sekundes)

Piezīmes:

Šajā brīdī var būt noderīgi pārskatīt elektronu skaitu, kas veido vienu kulonu kumulu: 6, 25 × 10 18 elektronu.

Tehniski pašreizējā matemātiskā definīcija ietver aprēķinu:

I = dQ


dt

Tomēr studenti šajā posmā, iespējams, vēl nav gatavi izpētīt atvasinātos instrumentus, un tādēļ vienādojums, kas dod atbildi uz (vidējo) pašreizējo, būs pietiekams.

4. jautājums

Par noteiktu ūdens spiediena daudzumu, kurā būs lielāks ūdens daudzums: neliela (ierobežojoša) sprausla vai liela (neierobežojoša) sprausla? Paskaidrojiet, kā tas ir saistīts ar sprieguma, strāvas un pretestības pētīšanu vienkāršā elektriskā ķēdē.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Acīmredzot, neierobežojošā sprausla caur to pārvāks lielāku ūdens plūsmas ātrumu, un visi pārējie faktori ir vienādi. Elektriskās ķēdes gadījumā mazāka pretestība pārsniedz lielāku elektronu (strāvas) plūsmas ātrumu konkrētam skaitam "spiediena" (sprieguma).

Piezīmes:

Ūdens plūsma nav ideāla elektroenerģijas analogija, bet tā ir pietiekami tuvu, lai tā būtu noderīga elektroenerģijas pamatizglītībā. Esiet gatavi apspriest ūdens nepilnības kā analogu ar saviem skolēniem (ti, "kā elektroni neizplūst no atvērtā stieņa gala, piemēram, ūdens izplūst no atvērtās šļūtenes vai caurules gala" darblapas paneļa paneļa paneļa noklusējuma " itemscope>

5. jautājums

Pieņemsim, ka jums vajadzētu izveidot šo ķēdi un veikt mērījumus pašreizējo caur rezistoru un spriegumu pāri rezistoru:

Ierakstot šīs skaitliskās vērtības tabulā, rezultāti izskatās šādi:

XXXXXXXXXXXXXX
Pašreizējaisspriegums
0, 22 A0.66 V
0, 47 A1, 42 V
0, 85 A2, 54 V
1.05 A3.16 V
1, 50 A4, 51 V
1, 80 A5, 41 V
2.00 A5, 99 V
2, 51 A7.49 V

Iestatiet šos skaitļus šādā grafikā:

Kādas matemātiskās attiecības jūs redzat starp spriegumu un strāvu šajā vienkāršajā shēmā "Atzīmējiet atbildi" Paslēpt atbildi

Šis ir lineārās funkcijas piemērs: ja diagrammā aprakstītajā diagrammā tiek parādīta taisna līnija. No šīs rindas, kā arī no skaitliskiem skaitļiem, jums jāspēj noteikt konstantu attiecību starp spriegumu un strāvu.

Piezīmes:

Neapstrādāto datu skaitļi šai problēmai tika apzināti "šauri", lai simulētu reālos dzīvē radušos mērījumu kļūdas. Viens rīks, kas palīdz pārvarēt tulkošanas problēmas, kas rodas tāda trokšņa dēļ, kā tas ir attēlots grafikā. Pat ar trokšņa klātbūtni, funkcija ir skaidri redzama.

Jūsu skolēniem jāmācās padarīt grafikus kā līdzekļus viņu izpratnei par datiem. Ja skaitļu attiecības tiek attēlotas grafiskā formā, tas atvieglo citu datu izpausmes veidu, palīdzot cilvēkiem vieglāk atpazīt veidlapas, salīdzinot ar rindu un skaitļu kolonnu skaitu.

6. jautājums

Paskaidrojiet, soli pa solim, kā aprēķināt strāvas (I) summu, kas iet caur rezistoru šajā shēmā:

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Rezistoru strāva = 0, 02553 ampēri vai 25, 53 miliamipa (mA).

Piezīmes:

Šeit ir tikai vienkāršs Ohmas likuma aprēķins - nav triku! Tomēr šī jautājuma mērķis ir panākt, lai skolēni domātu par soļiem, ko viņi veic, veicot aprēķinu. Daudzi studenti vienkārši vēlas iegaumēt procedūras, nevis mācīties, kāpēc darīt to, kas viņiem jādara, lai atbildētu uz šiem jautājumiem. Instruktora uzdevums ir izaicināt viņus ārpus iegaumēšanas un līdz izpratnei.

7. jautājums


∫f (x) dx aprēķinu brīdinājums!


Izkārtojiet sakarības starp spriegumu un strāvu trīs dažādu vērtību rezistoriem (1 Ω, 2 Ω un 3 Ω), visi tajā pašā grafikā:

Ko jūs redzat, kādu modeli attēlo trīs lauki "# 7"> Atklāj atbildi Slēpt atbildi

Jo lielāka pretestība, jo griešanas līnijas slīpums ir straujāks.

Detalizēts atbilde: pareizs veids, kā izteikt atvasinājumu no katra zemes gabala, ir (dv / di). Lineārās funkcijas atvasinājums ir konstante, un katrā no šiem trim gadījumiem konstante ir vienāda ar rezistoru pretestību osmos. Tātad, mēs varam teikt, ka vienkāršu rezistoru shēmām momentānā ātruma maiņa sprieguma / strāvas funkcijai ir ķēdes pretestība.

Piezīmes:

Studentiem ir jākļūst par grafiku, un vienkāršu grafiku izveidošana ir lielisks veids, kā attīstīt šo izpratni. Ombra likuma funkcijas grafiskais attēlojums ļauj skolēniem izmantot citu jēdziena "skatu", ļaujot viņiem vieglāk saprast vairāk uzlabotas jēdzienus, piemēram, negatīvu pretestību.

Ja studentiem ir pieejams grafīta kalkulators vai datorprogramma, kas spēj sagatavot divdimensiju diagrammas, iedrošiniet viņus plānot funkcijas, izmantojot šos tehnoloģiskos resursus.

Es uzskatu, ka tas ir labs ieradums, lai, kad vien iespējams, "līst" matemātiskos jēdzienus fizikālo zinātņu kursos. Par tik daudziem cilvēkiem matemātika ir abstrakts un neskaidrs priekšmets, ko var saprast tikai reālā lietojuma kontekstā. Elektrības un elektronikas pētījumi ir bagāti ar matemātisko kontekstu, tāpēc izmantojiet to, kad vien iespējams! Jūsu studenti iegūs lielu labumu.

8. jautājums

Kāda ir šī rezistora vērtība, jo ohm (Ω)?

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Rezistoru vērtība = 2700 Ω vai 2.7 kΩ.

Eiropā populārs sastāvdaļu vērtības izteiksmes formāts ir aizstāt decimālzīmi ar metrikas prefiksu, tāpēc 2, 7 kΩ tiek attēlots kā 2k7 Ω. Šī apzīmējuma ne tikai ir vienkāršāka, bet arī pārsniedz interpretācijas grūtības, ar kurām saskaras eiropieši un amerikāņi, ar pretējiem komatu un decimāldaļām.

Piezīmes:

Daži skolēni, iespējams, neapzinās, ka Eiropā komatus izmanto kā decimāldaļās un pretēji. Tādējādi divi tūkstoši septiņi simti tiks uzrakstīti kā 2700 Amerikā un 2, 700 Eiropā. Un otrādi, skaitlis π būtu Amerikā 3, 141593, bet Eiropā - 3, 141593. Pārblīvēt "darbvirsmas paneļa paneļa paneļa noklusējuma" elementus

9. jautājums

Kopēja sakara par elektroenerģiju ir tāda, ka tā vienmēr uzņemas vismazākās pretestības ceļu. "Paskaidrojiet, kā šī sakāmvārds attiecas uz sekojošo shēmu, kur elektrības strāva no akumulatora saskaras ar diviem alternatīviem ceļiem, no kuriem viens ir mazāk pretestīgs nekā otrs:

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

250 Ω rezistors izjutīs strāvu 40 mA, savukārt 800 Ω rezistoram būs 12, 5 mA strāva.

Piezīmes:

Kā instruktors, es biju ļoti pārsteigts dzirdēt daudzi sākumā studenti apgalvo, ka visas pašreizējās varētu iet caur mazāku rezistoru, un neviens caur lielāku rezistoru! Pierādījums par "izturas pret vismazāko pretestību" patiešām jāsaprot kā " samērīgi ņemot mazākas pretestības ceļus". Cilvēki, kas ir jauni pētījumi par elektroenerģiju, bieži vien nepareizi saprot šādus pamatprincipus, viņu kļūdas parasti pamatojas uz tautas gudrību. Ir obligāti jāizlaiž šie mīti ar smagu faktu. Šajā gadījumā Ohms likums kalpo kā matemātiskais instruments, ko mēs varam izmantot, lai kliedētu nepatiesas idejas.

Protams, tik vienkārša ķēde, ko var viegli salikt un testēt klasē, lai visi varētu pati par sevi saprast patiesību.

10. jautājums

Viens spuldzes stils, kas ļoti atšķiras no "kvēlspuldzes" dizaina, kurš darbojas pēc pārkarsētas stiegrojuma izstarojošās gaismas principa, sauc par gāzes izlādes lampu . Šajā gaismas spuldzes konstrukcijā gaismu veido tieši gāzu molekulu "ierosme", jo elektriskā strāva iet starp diviem elektrodiem:

Abiem spuldžu veidiem ir interesanti sprieguma / strāvas lauki, un neviens no tiem nav identisks rezistora sprieguma / strāvas shēmai. Pirmkārt, kvēlspuldzes sprieguma / strāvas diagramma:

Nākamais sprieguma / strāvas laukums gāzizlādes spuldzei:

Pamatojoties uz šiem diviem grafikiem, ko jūs varat teikt par katras spuldzes tipa elektrisko pretestību savā darbības diapazonā "# 10"> Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Atšķirībā no rezistora, kas piedāvā salīdzinoši fiksētu (nemainīgu) daudzumu izturības pret elektronu kustību dažādos ekspluatācijas apstākļos, spuldžu elektriskā pretestība parasti ievērojami mainās virs to attiecīgajiem darba diapazoniem.

No grafikiem jānosaka, kur katras gaismas spuldzes tipa pretestība ir maksimālā, un kur pretestība ir minimālā .

Piezīmes:

Daudziem elektrisko un elektronisko komponentu veidiem ir elektriskās pretestības izmaiņas, salīdzinot strāvas un sprieguma darbības diapazonos. Rezistori, vienlaikus vienkārši pētot, neuzrāda lielāko daļu elektronisko komponentu izturēšanos. Ir svarīgi, lai studenti saprastu, ka elektrības un elektronikas reālā pasaule ir daudz sarežģītāka, nekā to varētu ieteikt Ohma likums (ar netiešu pieņēmumu par fiksētu pretestību). Tas ir viens no jēdzieniem, ka grafiki patiešām palīdz ilustrēt.

11. jautājums

Izmēģiniet eksperimentālās shēmas shematisko shēmu, lai apkopotu datus, kas nepieciešami gāzes izlādes lampas sprieguma / strāvas diagrammas izvietošanai.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Piezīmes:

Viens no maniem tehniskā pedagoga mērķiem ir veicināt eksperimentu prasmju attīstību savos skolēnos. Visprecīzākais veids, kā iegūt zināšanas par ierīces darbību vai elektrības principu, ir izveidot ķēdi, kas to faktiski pārbauda. Esmu daudzkārt izmantojis šo metodi savā karjerā, lai papildinātu savas zināšanas par tematu, un tā ir izrādījusies neticami prasme.

Šajā jautājumā skolēni netieši tiek lūgti identificēt vairākas galvenās lietas:

• Kur pieslēgt skaitītāju, lai mērītu spuldzes spriegumu.
• kur pieslēgt skaitītāju, lai mērītu spuldzes strāvu.
• Kā padarīt pašreizējo regulējamu, lai vairākas vērtības varētu pārbaudīt un uzzīmēt.

Papildus, studentiem jānoskaidro, kādi sprieguma / strāvas diapazoni būs nepieciešami, lai pārbaudītu gāzizlādes lampu. Norādiet augstsprieguma strāvas avotu, kas parādīts shematiskajā diagrammā. Studenti var jautāt: "Cik liels ir šis spriegums ir" darbvirsmas panelis paneļa paneļa noklusējuma "elementscope>

12. jautājums

Kas ir negatīva pretestība ?

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

"Negatīva pretestība" ir tāda, ka elektriskā sastāvdaļa izstaro mazāk strāvu, jo padevei paceļamais spriegums palielinās .

Piezīmes:

Daudzas gāzu iztukšošanas ierīces ne tikai izraisa negatīvu pretestību dažās to darbības diapazona daļās, bet arī daudzas pusvadītāju ierīces.

13. jautājums

Ja elektriskā strāva nokļūst cauri vadītājam, kas piedāvā nelielu elektrisko pretestību, šī vadītāja temperatūra paaugstinās virs apkārtējās vides. Kāpēc ir šis? No kādas praktiskas nozīmes ir šis efekts?

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Elektriskā pretestība ir analoga mehāniskajai berzei : elektroni nevar brīvi plūst cauri pretestībai, un "frikcija", ar ko tie sastopas, daļēji pārvērš to enerģiju siltumā, tāpat kā beramies nodilušajā mehāniskajā gultnē tiek pārvērsta daĜa no tās rotācijas kinētiskās enerăijas siltums vai berze starp cilvēka rokām, vienlaikus sarīvējot tos aukstā dienā, pārvērš daļu no kustības siltumā.

Piezīmes:

Tas ir labs sākuma punkts diskusijai par darbu, enerģētiku un varu. Jaudu, protams, var tieši aprēķināt, reizinot spriegumu ar strāvu, un to mēra vatos . Tas arī dod iespēju apspriest dažus elektrisko vadītāju praktiskos ierobežojumus.

14. jautājums

Par noteiktu strāvas daudzumu, kāds rezistors izkliedēs vislielāko jaudas daudzumu: mazu (zemas pretestības) rezistoru vai augstu pretestības pretestību? Paskaidrojiet savu atbildi.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Rezistors ar augstu rezistences pretestību (daudzi pretestības "omi") izkliedēs vairāk siltuma jaudas nekā zemāks vērtības rezistors, ņemot vērā to pašu elektriskās strāvas daudzumu caur to.

Piezīmes:

Šis jautājums ir paredzēts, lai studenti kvalitatīvi domā par attiecībām starp strāvu, pretestību un varu. Es atklāju, ka kvalitatīva (ciparu) analīze bieži vien ir daudz sarežģītāka nekā prasot studentiem aprēķināt atbildes kvantitatīvi (ar skaitļiem). Bieži vien vienkāršā matemātika ir sava veida barjera, pēc kuras skolēni meklē patvērumu no patiesas tēmas izpratnes. Citiem vārdiem sakot, kalkulatora taustiņus var vieglāk (vai pat veikt aprēķinus ar papīru un zīmuli), nevis patiešām domāt par fizisko problēmu mainīgajiem lielumiem. Tomēr kvalitatīva elektrisko sistēmu izpratne ir būtiska ātrai un efektīvai problēmu novēršanai.

15. jautājums

Šajā diagrammā uzzīmējiet attiecības starp strāvu un strāvu 2 Ω rezistoru:

Kādu modeli, jūsuprāt, attēlojis gabals "# 15"> Atklāj atbildi Slēpt atbildi

Jo vairāk strāvu caur rezistoru, jo lielāka jauda izplūda. Tomēr šī nav lineāra funkcija!

Piezīmes:

Studentiem ir jākļūst par grafiku, un vienkāršu grafiku izveidošana ir lielisks veids, kā attīstīt šo izpratni. Ombra likuma (faktiski Jūļa likuma) grafiskais attēlojums varas funkcijai ļauj skolēniem vēl viena koncepta "skats".

Ja studentiem ir pieejams grafīta kalkulators vai datorprogramma, kas spēj sagatavot divdimensiju diagrammas, iedrošiniet viņus plānot funkcijas, izmantojot šos tehnoloģiskos resursus.

16. jautājums

Parādīts šeit ir vienkāršs bateriju darbināms kvēlspuldzes shematiska shēma:

Ko var pārveidot par ķēdi vai tās sastāvdaļām, lai zibspuldzes gaisma tiktu ieslēgta, kad ieslēgta "# 16"> Atklāj atbildi Nerādīt atbildi

Jebkurā gadījumā ir jāpalielina spuldzes izstarotā jauda. Varbūt visuzskatāmākais veids, kā palielināt jaudas izkliedi, ir izmantot akumulatoru ar lielāku sprieguma jaudu, tādējādi nodrošinot lielāku spuldzes strāvu un lielāku jaudu. Tomēr šī nav vienīgā iespēja! Padomājiet par citu veidu, kā zibspuldzes izeja var tikt palielināta.

Piezīmes:

"Acīmredzamais" risinājums ir tieša Oma likuma piemērošana. Citi risinājumi var nebūt tik tieši, taču tie visi kaut kā atgriezīsies pie Ohma likuma.

17. jautājums

Ir divi galvenie Ohmas likuma vienādojumi: viens saistīts ar spriegumu, strāvu un pretestību; un otra saistītā sprieguma, strāvas un jaudas (pēdējais vienādojums dažreiz tiek dēvēts par Jūļa likumu, nevis uz Ohmas likumu):

E = IR

P = IE

Elektronikas mācību grāmatās un uzziņu grāmatās atrodamas divpadsmit dažādas šo divu vienādojumu variācijas, viena risināšana katram mainīgajam vienādos pārējo divu mainīgo lielumos. Tomēr jums nav jāiegaumē visi divpadsmit vienādojumi, ja jums ir iespēja algebriski manipulēt ar diviem vienkāršiem vienādojumiem, kas parādīti iepriekš.

Demonstrējiet, kā algebra tiek izmantota, lai iegūtu desmit "citu" formu divu Ohma likumu / Džoula likuma vienādojumus, kas parādīti šeit.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Es neparādīšu, kā veikt algebriskās manipulācijas, bet es parādīšu jums desmit citas vienādojumus. Pirmkārt, tie vienādojumi, kas var tikt iegūti stingri no E = IR:

I = E


R

R = E


Es

Tālāk tie vienādojumi, kas var tikt iegūti stingri no P = IE:

I = P


E

E = P


Es

Tālāk tie vienādojumi, kurus var iegūt, izmantojot algebrisko aizstāšanu starp sākotnējiem diviem vienādojumiem, kas doti šajā jautājumā:

P = I 2 R

P = E 2


R

Un visbeidzot, šie vienādojumi, kas var tikt iegūti, manipulējot ar pēdējiem diviem jaudas vienādojumiem:

R = P


Es 2

I =⎛ √


P


R

E =


PR

R = E 2


P

Piezīmes:

Algebra ir ārkārtīgi svarīgs rīks daudzās tehniskās jomās. Viena laba lieta par elektronikas pētījumu ir tāda, ka tas nodrošina samērā vienkāršu kontekstu, kurā var apgūt fundamentālos algebriskos principus (vai vismaz apgaismot).

To pašu var teikt arī par aprēķinu koncepcijām: atvasināto un neatņemamo pamatprincipu (attiecībā uz laiku) var viegli piemērot kondensatora un induktora shēmām, nodrošinot skolēniem pieejamu kontekstu, kurā var uztvert šos citādi abstraktos jēdzienus. Bet calculus ir tēma vēlākiem darblapas jautājumiem. . .

18. jautājums

Šajā shēmā trīs rezistori saņem tādu pašu strāvas daudzumu (4 ampēri) no viena avota. Aprēķiniet katra rezistora sprieguma "samazināto" daudzumu, kā arī katra rezistora izkliedētās jaudas apjomu:

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

E 1 Ω = 4 volti

E 2 Ω = 8 volti

E 3 Ω = 12 volti

P 1 Ω = 16 vati

P 2 Ω = 32 vati

P 3 Ω = 48 vati

Pārbaudes jautājums: salīdziniet strāvas virzienu caur visām šīs ķēdes sastāvdaļām ar to sprieguma pilienu polaritāti. Ko jūs novērojat par sakarību starp strāvas virzienu un sprieguma polaritāti akumulatoram, pret visiem rezistoriem "paslēptas piezīmes"> Piezīmes:

Atbildēm uz šo jautājumu nevajadzētu radīt nekādus pārsteigumus, jo īpaši, ja skolēni saprot elektrisko pretestību berzes ziņā : pretestības ar lielāku pretestību (lielāka berzes ietekme uz elektronu kustību) rezistori prasa lielāku spriegumu (spiedienu), lai iegūtu tādu pašu daudzumu caur to. Rezistori ar lielāku pretestību (berzi) arī izkliedēs vairāk enerģijas siltuma formā, ņemot vērā tādu pašu strāvas daudzumu.

Vēl viens šī jautājuma mērķis ir iemācīt skolēnu prātos sastāvdaļu jēdzienu vienkāršā sērijas shēmā, kurām ir vienāds daudzums pašreizējās.

Izaiciniet savus skolēnus atpazīt jebkurus matemātiskos modeļus attiecīgajā sprieguma pilienī un jaudas izkliedēšanā. Ko matemātiski var teikt, piemēram, par sprieguma kritumu visā 2 Ω rezistorā pret 1 Ω rezistoru?

19. jautājums

Šajā shēmā trīs rezistori saņem tādu pašu daudzumu sprieguma (24 volti) no viena avota. Aprēķiniet katra rezistora strāvas "izvilkto" daudzumu, kā arī katra rezistora izkliedētās jaudas apjomu:

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

I 1 Ω = 24 ampēri

I 2 Ω = 12 ampēri

I 3 Ω = 8 ampēri

P 1 Ω = 576 vati

P 2 Ω = 288 vati

P 3 Ω = 192 vati

Piezīmes:

Atbildes uz šo jautājumu var šķist paradoksāli skolēniem: rezistora zemākā vērtība izkliedē vislielāko spēku . Tomēr matemātika nav meli.

Vēl viens šī jautājuma mērķis ir iemācīt skolēnu prātos sastāvdaļu jēdzienu vienkāršā paralēlajā shēmā, kurā ir vienāds sprieguma daudzums.

Izaiciniet savus skolēnus atpazīt jebkurus matemātiskos modeļus attiecīgajā straumē un jaudas izkliedēšanā. Ko matemātiski var teikt par pašreizējo 2 Ω rezistoru, salīdzinot ar 1 Ω rezistoru, piemēram, "darbvirsmas panelis paneļa paneļa noklusējuma" elementi>

20. jautājums

Spuldzes spilgtums jeb jauda, ​​ko izkliedē jebkura elektriskā slodze šajā jautājumā, var mainīties, ievietojot mainīgu pretestību ķēdē, tāpat kā:

Tomēr šī elektroenerģijas vadības metode nav bez tās trūkumiem. Aplūkosim piemēru, kad ķēdes strāva ir 5 ampēri, mainīgā pretestība ir 2 Ω, un lampa pazemina 20 voltus spriegumu visā tās ligzdās. Aprēķiniet lampas izdalīto jaudu, mainīgo pretestību izkliedēto jaudu un sprieguma avota kopējo jaudu. Tad paskaidrojiet, kāpēc šī jaudas kontroles metode nav ideāla.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

P lampa = 100 vati

P pretestība = 50 vati

P kopējais = 150 vati

Sekojošais jautājums: atzīmējiet, kā sākotnējā jautājumā es piedāvāju hipotētisku vērtību kopumu, lai noteiktu, kāpēc sērijas reostats (mainīgā pretestība) nav efektīvs luktura strāvas kontroles instruments. Paskaidrojiet, kā dažu vērtību pieņēmums ir noderīga problēmu risināšanas metode gadījumos, kad jums nav dota neviena vērtība.

Piezīmes:

Apspriediet enerģijas saglabāšanas koncepciju: šo enerģiju nevar veidot vai iznīcināt, bet tikai mainīt dažādās formās. Pamatojoties uz šo principu, visai strāvas izkliedes summai ķēdē jābūt vienādai ar kopējo enerģijas avota enerģijas daudzumu neatkarīgi no tā, kā komponenti ir savienoti kopā.

21. jautājums

Mūsdienīga elektroenerģijas vadības metode ietver ātras darbības slēdža ievietošanu atbilstoši elektriskai slodzei, lai laika gaitā ļoti ātri ieslēgtu un izslēgtu barošanu. Parasti tiek izmantota cietvielu ierīce, piemēram, tranzistors :

Šī shēma ir ievērojami vienkāršota nekā reālā impulsa kontroles strāvas ķēde. Vienkārši tiek parādīts tranzistors (nevis "impulsa" ķēde, kas nepieciešama, lai to ieslēgtu un izslēgtu). Viss, kas jums jāzina, ir fakts, ka tranzistors darbojas kā vienkāršs vienpostveida vienvirziena (SPST) slēdzis, izņemot to, ka to kontrolē elektriskā strāva, nevis mehānisks spēks, un tas spēj ieslēgt un izslēgt miljoniem reižu sekundē bez nodiluma vai noguruma.

Ja tranzistors tiek impulsēts pietiekami ātri un pietiekami ātri, strāvas padeve spuldzei var mainīties tikpat gludi kā tad, ja to kontrolē mainīgs rezistors. Taču enerģijas patēriņa kontrolēšanai ļoti maz enerģijas tiek izšķērdēta, ja vien vienam un tam pašam uzdevumam tiek izmantota mainīga pretestība. Šo elektroenerģijas vadības režīmu parasti sauc par impulsa-platuma modulāciju vai PWM .

Paskaidrojiet, kāpēc PWM jaudas vadība ir daudz efektīvāka nekā slodzes jaudas kontrole, izmantojot sērijas pretestību.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Kad tranzistors ir ieslēgts, tas darbojas kā slēgts slēdzis: nododot pilnu slodzes strāvu, bet mazinot spriegumu. Tādējādi tā "ON" jauda (P = IE) izkliedēšana ir minimāla. Un pretējā gadījumā, kad tranzistors ir izslēgts, tas darbojas kā atvērts slēdzis: vispār nav garām. Tādējādi tā "izslēgta" jaudas izkliedēšana (P = IE) ir nulle. Jauda, ​​ko izkliedē slodze (spuldzīte), ir laika vidējā jauda, ​​kas izkliedēta starp "ON" un "OFF" tranzistora ciklu. Tādējādi slodzes jauda tiek kontrolēta bez "izšķērdēšanas" jaudas pāri kontroles ierīcei.

Piezīmes:

Studentiem var būt grūti saprast, kā gaismas spuldze var būt aptumšota, ļoti ātri ieslēdzot un izslēdzot to. Šīs koncepcijas izpratnes atslēga ir saprast, ka tranzistora pārslēgšanās laiks ir daudz ātrāks nekā laiks, kas nepieciešams, lai spuldzes kvēldiegs pilnīgi karsētu vai pilnīgi atdzist. Situācija ir analoģiska automobiļa ātruma samazināšanai, strauji "pārsūknējot" akseleratora pedāli. Ja tas notiek lēnām, rezultāts ir mainīgs automašīnas ātrums. Tomēr, ja tiek izdarīts pietiekami ātri, tomēr masas masai vidējais pedāļa velosipēds ir "ON" / "OFF", un tas nodrošina gandrīz vienmērīgu ātrumu.

Šī tehnika ir ļoti populāra rūpniecības jaudas kontrolē, un tā kļūst arvien populārāka kā audio pastiprināšanas paņēmiens (pazīstams kā D klase ). Ierīces vadības ierīces minimālās jaudas radītās jaudas priekšrocības ir daudzas.

22. jautājums

Kas notiks ar spuldzes spilgtumu, ja šīs ķēdes slēdzis pēkšņi tiek aizvērts. "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00103x01.png">

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Ideālā gadījumā gaismas spuldzes spilgtums, kad slēdzis ir aizvērts, nekādā gadījumā nemainīsies, jo sprieguma avotiem vajadzētu uzturēt pastāvīgu spriegumu, neatkarīgi no slodzes. Kā jūs, iespējams, domājāt, tomēr papildu strāvu, ko "ievelkas" ar rezistoru, kad slēdzis ir aizvērts, faktiski var izraisīt luktura spožumu, jo akumulatora spriegums "sagging" zem papildu slodzes. Ja akumulators lietojumam ir pārāk liels, tomēr sprieguma "sag" pakāpe būs niecīga.

Piezīmes:

Šis jautājums parāda neatbilstību starp ideālajiem nosacījumiem, kas parasti tiek pieņemti teorētiskajiem aprēķiniem, un tiem, kas rodas reālajā dzīvē. Patiesi, sprieguma avota mērķis ir uzturēt pastāvīgu izejas spriegumu neatkarīgi no slodzes (no tā plūstoša strāva), bet reālajā dzīvē tas ir gandrīz neiespējami. Lielākajai daļai sprieguma avotu izstādē ir zināms "sag" daudzums slodzes strāvas diapazonā, kas ir nedaudz sliktāks nekā citi.

Šajā piemērā nav iespējams pateikt, cik lielā mērā sprieguma avota izlaide būs "sag", kad slēdzis ir slēgts, jo mums nav ne jausmas par to, kāds rezistoru pašreizējais zīmējums tiks salīdzināts ar spuldzes, vai arī kāds spriegums avota nominālā izejas strāva ir. Viss, ko mēs varam teikt, ir tas, ka teorētiski nevar notikt slēdzenes slēgšanas ietekme, bet reālajā dzīvē, kad slēdzis būs slēgts, būs neliela ietekme.

23. jautājums

Kas notiktu, ja viscaur ar 6 voltu akumulatora spailēm būtu tieši savienots stieple, kam nav pretestības (0 Ω)? Cik daudz pašreizējā būtu saskaņā ar Ohma likumu?

Pieņemsim, ka 6-voltu akumulators tiktu īsslēgts tādā veidā, kāds bija tikko aprakstīts, un jāmēra 8 strāvas pastiprinātāji. Kāpēc aprēķinātie skaitļi no iepriekšējā punkta neatbilst faktiskajam mērījumam "# 23"> Atklāt atbildi Nerādīt atbildi

Oma likums liecina par neierobežotu strāvu (strāva = spriegums dalīts ar nulles pretestību). Tomēr aprakstītais eksperiments rada tikai nelielu strāvas daudzumu.

Ja jūs domājat, ka eksperimentā izmantotais vads nav pretestības mazāks (ti, tam ir pretestība), un ka tas rada neatbilstību starp paredzēto un izmērīto pašreizējo summu, jūs esat daļēji pareizs. Reāli, nelielam stieplei, piemēram, tam, ko izmanto eksperimentā, būs dažas desmitdaļas pretestības omas. Tomēr, ja jūs atkārtoti aprē ināt strāvu ar 0, 1 Ω stieples pretestību, joprojām atradīsiet lielu neatbilstību starp jūsu prognozi un faktisko mērīto strāvu šajā īsajā sakara.

Sekojošais jautājums Nr. 1: paskaidrojiet, kāpēc tikai stieples pretestība neizskaidro nelielu īsslēguma strāvu.

Pētījuma 2. jautājums: identificējiet vismaz vienu drošības risku, kas saistīts ar reālu eksperimentu, piemēram, šo.

Piezīmes:

Atgādiniet skolēniem, ka elektrisko barošanas avotu īsslēguma pārbaude var būt bīstama. Manis skolnieks uzreiz ievietoja 6 voltu "laternas" akumulatoru savā instrumentu maisiņā, tikai vienu stundu vēlāk iztukšojot dūmus, pēc tam, kad akumulatora spailes bija saspiests kopā ar uzgriežņu atslēgas rokturi!

Nē, Ohmas likums šeit netiek mānots: īssavienojums sprieguma avotam ar 0 Ω vadītāju neradīs neierobežotu strāvu, jo šādā ķēdei ir citi rezistences avoti. Šeit uzdevums ir noteikt, kur šie avoti varētu būt, un kā tos var atrast.

  • ← Iepriekšējā darba lapa

  • Darba lapa indekss

  • Nākamā darblapa →