Fyzika - 19
Vyhľadávanie
Počasie v Bavorsku
| -1 ° | -1 ° | 2 ° | -5 ° | 0 ° |
| -1 ° | -1 ° | 2 ° | -4 ° | -2 ° |
V noci sneženie od západu, minimá -5 až -1 stupeň
doprava
obsah
Doteraz sme sa pozerali iba na jednoduché obvody - obsahovali iba jeden elektrický komponent. V tejto epizóde sa teraz zaoberá obvodmi zloženými z dvoch alebo viacerých komponentov.
Stav: 8. 8. 2016 | archív
Sekvencia je rozdelená do nasledujúcich častí:
Rozvetvený obvod - obsah
- 1. Obvody s viacerými komponentmi
- 2. Sériové a paralelné pripojenie
- 3. Aplikácie a Kirchhoffove pravidlá
- 4. Špecifický odpor
- 5. Izolátor - polovodič - vodič - supravodič
1. Obvody s viacerými komponentmi
Príklad paralelného pripojenia: viacnásobná zásuvka
Poznáte veľa aplikácií z každodenného života, v ktorých je súčasne prevádzkovaných niekoľko zariadení alebo komponentov z jedného zdroja elektrickej energie. Najjasnejším príkladom je viac zásuviek, ktoré umožňujú napríklad zapojiť lampu, počítač a monitor do jednej zásuvky. Každé z týchto zariadení je možné zapnúť jednotlivo a funguje nezávisle od ostatných. Tu sú zariadenia pripojené „paralelne“. Ďalším príkladom „paralelného pripojenia“ je halogénové osvetlenie: jediný transformátor napája dvojité vedenie natiahnuté v miestnosti neškodným nízkym napätím 12 voltov. Každá pripojená halogénová žiarovka je preto prevádzkovaná nezávisle na ostatných napätím 12 V.
Príklad sériového zapojenia: osvetlenie vianočného stromčeka
Príkladom „sériového zapojenia“ je osvetlenie vianočného stromčeka. Spoločný obvod všetkých žiaroviek je lacný, pretože 15 z 15-voltových žiaroviek môže byť bez transformátora napájaných celkom okolo 225 V. Ak je niektorá zo žiaroviek odskrutkovaná, obvod je prerušený a všetky žiarovky zhasnú súčasne.
2. Sériové a paralelné pripojenie
Experimentálne nastavenie na preukázanie poklesu napätia
Keď niekoľko komponentov spája spoločné napätie, stáva sa dôležitý pojem „pokles napätia“. To znamená čiastočné napätie, ktoré sa oddeľuje v časti spoločného odporu. Modelový experiment s vodivým pásikom ukazuje vzťah medzi čiastočným odporom a čiastočným napätím: čím užší je pás, tým väčší je odpor a pokles napätia.
Sériové pripojenie
Vzorce pre sériové pripojenie
Tieto štyri vzorce je možné odvodiť pre sériové pripojenie.
Experimentálne nastavenie
Zariadenia sú zapojené do série, súčet čiastkových napätí sa rovná celkovému napätiu.
Prekvapivý experiment: Osvetlenie bicykla na 6 V a žiarovka na 230 V sú zapojené do série a spojené na 230 V. Obe svietia približne normálnym jasom. Vysvetlenie poskytuje matematická úloha.
Paralelné pripojenie
Vzorce pre paralelné pripojenie
Ak sú k zdroju napájania paralelne pripojené dva odpory, potom platia odlišné princípy. Jeden z nich tentoraz hovorí, že čiastkové toky sa sčítajú s celkovým prietokom.
Experimentálne nastavenie
Takto vyzerá experimentálne nastavenie pre paralelné pripojenie s rozvetvenými uzlami
3. Aplikácie a Kirchhoffove pravidlá
Dokonca aj najkomplikovanejší obvod je možné zostaviť kus po kúsku z jednoduchých sériových a paralelných obvodov, a preto štyri vzorce pre paralelný a sériový obvod vysvetľujú mnoho aplikácií. Najskôr sa preskúma „potenciometer“. Rezistor je vybavený tretím kontaktom. Akýkoľvek podiel z celkového odporu je možné odpichnúť pomocou brúsneho mechanizmu. Podľa toho sa medzi týmto posuvným kontaktom a jedným z dvoch pevných kontaktov získajú akékoľvek čiastočné napätia celkového napätia. Týmto spôsobom je možné implementovať „obvod stmievača“.
Experimentálne nastavenie tranzistorového obvodu,
Potenciometer môže slúžiť aj ako nastaviteľný odpor. Ak je napríklad zapojený do série s LDR (rezistor citlivý na svetlo), je možné výberom potenciometrového odporu upraviť parciálne napätie na LDR na vhodnú hodnotu. Toto je potrebné pre tranzistorový obvod, ktorý zapne žiarovku presne pri poklese aktuálneho jasu. Tento obvod tiež ukazuje limity jednoduchých výpočtov v rozvetvených obvodoch. Ak odpory už nie sú konštantné ako pri LDR alebo tranzistore, je vhodné použiť pre napájacie siete všeobecnejšie pravidlá. Jedno pravidlo pre prúd a napätie je známe ako Kirchhoffove pravidlá.
Pravidlo uzla:
V každom uzle rozvetvenia sa súčet prúdov prúdiacich dovnútra rovná súčtu prúdov prúdiacich von.
Pravidlo oka:
Ak spočítate všetky parciálne napätia na ľubovoľnej prúdovej ceste z jedného pólu zdroja energie do druhého, vždy získate celkové napätie.
4. Špecifický odpor
Vedenia vysokého napätia: osvedčili sa hliník a porcelán.
Na dodávku elektriny potrebujete oba materiály, ktoré vedú elektrinu veľmi dobre, a naopak. Vo vysokonapäťových vedeniach je hliník uprednostňovaný pred meďou, pretože vedie iba o niečo horšie, ale je oveľa ľahší a hlavne oveľa lacnejší. Na upevnenie na stožiaroch sa osvedčili porcelánové izolátory.
Odolnosť rôznych materiálov
Ak sa porovnáva odpor kusov vodičov s rovnakou dĺžkou a rovnakým prierezom, potom vzniká potreba vyjadriť rozdielnu vodivosť pomocou materiálovej konštanty.
Odpor dĺžky vodiča závisí od jeho dĺžky a plochy prierezu.
To je neuveriteľne ľahké: odpor úseku vodiča vierohodne závisí od jeho dĺžky a plochy prierezu.
Vzorec pre „špecifický odpor“
Pre vzorec potrebujete konštantu proporcionality ρ (rho), ktorá sa nazýva „špecifický odpor“. Tento výraz je vhodný, pretože ρ označuje odpor na dĺžku a plochu prierezu.
Na precvičenie vzorca na výpočet odporu časti vodiča je vhodný napríklad elektrický senzor nazývaný tenzometer.
Model s tenzometrami
Model s vodivým pásikom vysvetľuje, ako to funguje: Ak sa nosná doska roztiahne ohnutím nadol, pás sa stane trochu dlhším a tiež tenším. Oba účinky zvyšujú odolnosť. Naopak, kompresiou sa odpor zmenší. Získate tak senzor, ktorý zaregistruje napätie. Ak bola vykonaná silová kalibrácia, môžete zostaviť elektrické zariadenie na meranie sily s niekoľkými tenzometrami.
5. Izolátor - polovodič - vodič - supravodič
Rôzne materiály majú veľmi odlišný odpor.
Hodnoty špecifického odporu sa pohybujú od takmer nekonečných (izolátory) po takmer nulové (veľmi dobré vodiče). Osobitný záujem vzbudzujú takzvané supravodiče s odporom, ktorý je skutočne nulový.
Experimentálne nastavenie pre experiment so supravodičom
Pokus sa vykonáva so vzorkou moderného typu supravodiča: Pri „normálnych“ teplotách sa materiál správa ako kov, jeho odpor klesá s poklesom teploty. Ale pod kritickou teplotou, ktorá sa líši v závislosti od materiálu supravodiča, jeho zvyškový odpor náhle zmizne. Supravodiče, ktoré už s kvapalným dusíkom dosahujú svoje špeciálne vlastnosti, sa zvláštne nazývajú „vysokoteplotné supravodiče“. Dôvod: Doteraz známe materiály prejavujú účinok iba pri oveľa nižších teplotách, a to pri teplote kvapalného hélia - jedná sa o takzvané „nízkoteplotné supravodiče“.
Skontrolujte svoje vedomosti!
do kvízu Telekolleg Fyzikálny kvíz: Rozvetvený obvod
Poznáte vetvenie obvodov? Aby ste prehĺbili to, čo ste sa naučili, ponúkame vám príležitosť vyskúšať si svoje vedomosti online a interaktívne. Skontrolujte svoje vedomosti! [viac - do kvízu: Telekolleg Physik - Kvíz: rozvetvený okruh]