1 Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu www.szkolnictwo.pl Wszelkie treści i zasoby edukacyjne publikowane na łamach Portalu www.szkolnictwo.pl mogą być wykorzystywane przez jego Użytkowników wyłącznie w zakresie własnego użytku osobistego oraz do użytku w szkołach podczas zajęć dydaktycznych. Kopiowanie, wprowadzanie zmian, przesyłanie, publiczne odtwarzanie i wszelkie wykorzystywanie tych treści do celów komercyjnych jest niedozwolone. Plik można dowolnie modernizować na potrzeby własne oraz do wykorzystania w szkołach podczas zajęć dydaktycznych.

2

3 SPIS TREŚCI Obwody elektryczne Łączenie odbiorników Łączenie szeregowe Łączenie równoległe Podsumowanie Zadania

4 Obwód elektryczny to zespół przewodników i odbiorników prądu połączonych z biegunami źródła prądu. W skład obwodu elektrycznego wchodzą: A.Źródło prądu, w którym zgromadzona jest energia elektryczna. B.Odbiorniki – urządzenia, w których przepływ prądu powoduje wykonanie pracy. C.Wyłącznik – otwiera i zamyka obwód D.Przyrządy pomiarowe: - amperomierz – przyrząd do pomiaru natężenia prądu - woltomierz – przyrząd do pomiaru napięcia między dwoma punktami przewodu Symbole stosowane w schematach obwodów elektrycznych

5 Łączenie szeregowe Łączenie równoległe Woltomierz ( miernik napięcia elektrycznego) włącza się równolegle do obwodu między dwoma punktami pomiaru. Amperomierz ( miernik natężenia) włącza się zawsze szeregowo w obwód prądu. Woltomierz powinien mieć maksymalny opór elektryczny, zaś amperomierz minimalny.

6 ŁĄCZENIE SZEREGOWE W obwodzie elektrycznym można umieścić wiele odbiorników (oporników) jeden za drugim. Połączenie takie nazywamy połączeniem szeregowym. Przy połączeniu szeregowym odbiorników prąd nie ulega rozgałęzieniu, więc natężenie prądu elektrycznego w każdym odbiorniku ma taką samą wartość Suma napięć na odbiornikach jest równa napięciu miedzy zaciskami źródła prądu. + I U2U2 I U1U1 R2R2 R1R1 _ Opór odbiornika zastępczego równy jest sumie oporów poszczególnych odbiorników. Odbiornik zastępczy to odbiornik, którego włączenie do źródła prądu w miejsce innych odbiorników nie zmienia natężenia prądu płynącego ze źródła.

7 Natężenie prądu w każdym w każdym odbiorniku ma taka samą wartość: I = I 1 = I 2 Suma napięć na odbiornikach jest równa napięciu miedzy zaciskami źródła prądu.U = U 1 + U 2 Wzór na opór (Prawo Ohma) U = I ∙ R→ R = U / I Opór zastępczy przy łączeniu szeregowym Natężenie prądu w każdym w każdym odbiorniku ma taka samą wartość: I = I 1 = I 2 Suma napięć na odbiornikach jest równa napięciu miedzy zaciskami źródła prądu.U = U 1 + U 2 Wzór na opór (Prawo Ohma) U = I ∙ R→ R = U / I Opór zastępczy przy łączeniu szeregowym

8 PRZYKŁAD W obwodzie elektrycznym o napięciu źródła 20V podłączono szeregowo dwa oporniki o oporach 60Ω i 40Ω. Oblicz opór opornika zastępczego, natężenie płynącego w obwodzie prądu oraz napięcia na poszczególnych opornikach. Dane: U = 20V R 1 = 60Ω R 2 = 40Ω Szukane: R = ? U 1 =? U 2 =? I =? 1.Obliczamy wartość oporu zastępczego: R = R 1 + R 2 R = 40 Ω + 60 Ω R = 100 Ω 2. Obliczamy natężenie płynącego w obwodzie prądu: I = U/R I = 20V : 100 Ω I = 0,2 A 3. Obliczamy spadki napięć na poszczególnych odbiornikach: U = I ∙ RU 1 = R 1 ∙ IU 2 = R 2 ∙ I U 1 = 60Ω∙0,2A U 2 = 40Ω∙0,2A U 1 = 12 VU2 = 8 V

9 ŁĄCZENIE RÓWNOLEGŁE + R2R2 _ I1I1 I2I2 R1R1 I Przy połączeniu równoległym odbiorników prąd w obwodzie ulega rozgałęzieniu W myśl zasady zachowania ładunku zachodzi zależność: I prawo Kirchhoffa Suma natężeń prądów wpływających do rozgałęzienia, równa jest sumie natężeń prądów wypływających z tego rozgałęzienia. I = I 1 + I 2 + I 3 +…+ I n Przy łączeniu równoległym zaciski wszystkich odbiorników łączymy z biegunami tego samego źródła. Napięcie panujące pomiędzy zaciskami każdego odbiornika jest jednakowe. Przy równoległym łączeniu oporów spadki napięcia na poszczególnych oporach są jednakowe. U = U 1 = U 2 =… = U n Odwrotność oporu zastępczego w równoległym połączeniu oporników jest równa sumie odwrotności oporu poszczególnych oporników. I1I1 I2I2 I3I3 I4I4 I5I5 węzeł

10 Przy równoległym łączeniu oporów spadki napięcia na poszczególnych oporach są takie same. U = U 1 = U 2 Natężenie prądu w przewodzie głównym równe jest sumie natężeń w rozgałęzieniach I = I 1 + I 2 Przy równoległym łączeniu oporów spadki napięcia na poszczególnych oporach są takie same. U = U 1 = U 2 Natężenie prądu w przewodzie głównym równe jest sumie natężeń w rozgałęzieniach I = I 1 + I 2

11 PRZYKŁAD Dane: Napięcie źródła ma wartość U = 1,6 V Natężenie prądu w przewodzie głównym I = 1,2 A Natężenie prądu w pierwszym rozgałęzieniu I 1 = 0,4 A Spadki napięcia na poszczególnych oporach są takie same. U = U 1 = U 2 = 1,6 V Który opornik ma większy opór i ile razy? Natężenie prądu w przewodzie głównym I = I 1 + I 2 I 2 = I – I 1 I 2 = 1,2 A – 0,4 A I 2 = 0,8 A R 1 = U/I1R 1 = 1,6 V / 0,4 AR 1 = 4 Ω R 2 = U/I2R 2 = 1,6 V / 0,8 AR 2 = 2 Ω Ile wynosi opór całkowity ? Przez oba oporniki płynie w sumie prąd o natężeniu 1,2 A. Prąd ten płynie pod napięciem 1,6 VR = U/I R = 1,6 V / 1,2 A R = 4/3 Ω

12 Połączenie szeregowePołączenie równoległe Połączenie szeregowe polega na połączeniu odbiorników "jeden za drugim” **** W połączeniu szeregowym na każdy odbiornik przypada tylko część napięcia zasilającego źródła *** W połączeniu szeregowym przez każdy odbiornik płynie prąd o takim samym natężeniu. *** Dla połączenia szeregowego opór zastępczy obliczamy dodając oporności wszystkich włączonych w ten sposób odbiorników. Połączenie równoległe polega na podłączeniu odbiorników do dwu tych samych punktów obwodu. *** W połączeniu równoległym wszystkie odbiorniki zasilane są jednakowym napięciem. *** W połączeniu równoległym przez odbiornik o mniejszym oporze płynie prąd o większym natężeniu. *** Dla połączenia równoległego odwrotność wypadkowej oporności równa jest sumie odwrotności oporów poszczególnych odbiorników. Jeżeli do obwodu ze źródłem napięcia podłączy się szeregowo kilka żarówek, to jasność ich świecenia będzie mniejsza niż w wypadku włączenia do obwodu tylko jednej żarówki. Wynika to z faktu, że kilka żarówek połączonych szeregowo stawia płynącemu przez nie prądowi większy opór (żarówki połączone szeregowo stanowią większą rezystancję) niż jedna żarówka. Spalenie jednej żarówki w połączeniu szeregowym spowoduje zgaśniecie pozostałych.

13 ŁĄCZENIE SZEREGOWEŁĄCZENIE RÓWNOLEGŁE Przez każdy odbiornik płynie ten sam prąd I 1 = I 2 = I 3 Przez każdy odbiornik płynie inny prąd (I 1 = I 2, gdy R 1 = R 2 ) I = I 1 + I 2 +I 3 Na każdym odbiorniku panuje inne napięcie elektryczne. Napięcie zasilania jest równe sumie spadków napięć na odbiornikach. Na każdym odbiorniku panuje takie samo napięcie elektryczne Opór odbiornika zastępczego równy jest sumie oporów poszczególnych odbiorników. Opór zastępczy oporników połączonych równolegle jest zawsze mniejszy niż najmniejszy opór jednego z nich.

14 2A 5A 1A ?A Natężenie prądu wypływającego X Obliczamy: 2A + 5A = X + 1A czyli X = 6A Opór zastępczy układu pięciu identycznych oporników połączonych równolegle wynosi 10 Ω. Ile wynosi opór jednego opornika? R z = 10 Ω R 1 = R 2 = R 3 = R 4 = R 5 = R 1/R z = 1/R 1 +1/R 2 +1/R 3 + 1/R 4 + 1/R 5 = 5 ∙ 1/R 1/Rz = 5/R1/10 = 5/R R = 5 ∙ R z R = 5 ∙ 10 Ω = 50 Ω Opór jednego opornika wynosi 50 Ω

15 Dla pewnego odbiornika zależność I = f(U) przedstawiono na rysunku. Oblicz jego opór. 0,2 I [A] 4 U[V ] Rozwiązanie: Odp. Rezystancja ciała wynosi 20 Ω. Na rysunku przedstawiono zależność I = f(U) dla dwóch odbiorników o rezystancjach R 1 i R 2. Oblicz stosunek. 6 I [A] 30 U[V] 90 1 2 Rozwiązanie: Odp. =3

16 + I4I4 R2R2 R1R1 I1I1 R3R3 I3I3 U R4R4 _ R 1 = 16 Ω R 2 = 1,9 Ω R 3 = 3 Ω R 4 = 7 Ω Oblicz opór zastępczy R Rz Opór zastępczy obwodu ma wartość 20 Ω

17 OBLICZ W żyrandolu jest sześć żarówek tworzących dwie równolegle spięte serie po trzy żarówki. Żarówki każdej serii są połączone w szereg, a opór każdej żarówki wynosi 200 Ω. Obliczyć opór żyrandola. (300) Jaką największą liczbę jednakowych żarówek można włączyć szeregowo do sieci elektrycznej o napięciu 220 V, jeżeli każda z nich ma opór 25 Ω i wytrzymuje natężenie prądu 0,44 A?(20) + I4I4 R4R4 I2I2 R2R2 R1R1 I1I1 _ R3R3 I3I3 U4U4 U2U2 U3U3 U1U1 Oblicz opór zastępczy

18 Bibliografia „Fizyka cz.3” Rozenbajgier „Nauczanie fizyki” Mazur, Wessely „ Zbiór zadań” H. Kaczorek „ Kompendium wiedzy dla gimnazjalisty” E.Gaca