Ëàáîðàòîðíà ðîáîòà ¹1 Ïîð³âíÿííÿ ê³ëüêîñòåé òåïëîòè ïðè çì³øóâàíí³ âîäè ð³çíî¿ òåìïåðàòóðè Ìåòà ðîáîòè: âèçíà÷èòè ê³ëüê³ñòü òåïëîòè, ùî â³ääàíà ãàðÿ÷îþ òà îäåðæàíà õîëîäíîþ âîäîþ ïðè òåïëîîáì³í³, ïîÿñíèòè ðåçóëüòàò. Òîá³ áóäóòü ïîòð³áí³: êàëîðèìåòð, ìåíçóðêà, òåðìîìåòð, ñêëÿíêà. Ïîÿñíåííÿ òà ðåêîìåíäàö³¿ äî ðîáîòè: Êàëîðèìåòð (â³ä ëàò. calor òåïëî òà ìåòð) ïðèëàä äëÿ âèì³ðþâàííÿ ê³ëüêîñò³ òåïëîòè, ÿêà âèä³ëÿºòüñÿ ïðè ð³çíîìàí³òíèõ ô³çè÷íèõ, õ³ì³÷íèõ àáî á³îëîã³÷íèõ ïðîöåñàõ. ³í ñêëàäàºòüñÿ ç äâîõ ñêëÿíîê, ðîçä³ëåíèõ ïîâ³òðÿíèì ïðîì³æêîì. Äåíöå âíóòð³øíüî¿ ñêëÿíêè â³ää³ëåíå â³ä äåíöÿ çîâí³øíüî¿ äåðåâ ÿíîþ àáî ïëàñòìàñîâîþ ï³äñòàâêîþ. Òàêà áóäîâà äîçâîëÿº çìåíøèòè òåïëîâ³ âòðàòè, ñòâîðþþ÷è òåïëî³çîëþþ÷ó ïîâ³òðÿíó îáîëîíêó. Ïðè çì³øóâàíí³ ãàðÿ÷î¿ òà õîëîäíî¿ âîäè, î÷åâèäíî, ãàðÿ÷à âîäà áóäå îñòèãàòè, âèä³ëÿþ÷è òåïëîâó åíåðã³þ. Õîëîäíà âîäà, â³äïîâ³äíî, áóäå íàãð³âàòèñÿ, ïîãëèíàþ÷è òåïëîâó åíåðã³þ. Öåé ïðîöåñ áóäå òðèâàòè äîòè, äîêè íå íàñòàíå òåïëîâà ð³âíîâàãà, òîáòî â êàëîðèìåòð³ âñòàíîâèòüñÿ ïåâíà òåìïåðàòóðà (ó ïîäàëüøîìó ìè áóäåìî íàçèâàòè ¿¿ òåìïåðàòóðîþ ñóì³ø³). Ñë³äóþ÷è çà òåîð³ºþ, ê³ëüê³ñòü òåïëîòè, ÿêó âèä³ëÿº ãàðÿ÷à âîäà ïðè îñòèãàíí³ äî òåìïåðàòóðè ñóì³ø³, ïîâèííà äîð³âíþâàòè ê³ëüêîñò³ òåïëîòè, ÿêó ïîãëèíå õîëîäíà âîäà, íàãð³âàþ÷èñü äî òåìïåðàòóðè ñóì³ø³. Àëå öå â òåîð³¿. Íà ïðàêòèö³, ÿê òè ïîáà÷èø, ö³ çíà÷åííÿ íå áóäóòü äîð³âíþâàòè. ×îìó? Òîìó ùî òåïëî, ÿêå âèä³ëèòü ãàðÿ÷à âîäà, ï³äå íå ò³ëüêè íà íàãð³âàííÿ õîëîäíî¿, à é íà íàãð³âàííÿ ñò³íîê êàëîðèìåòðà, ïîâ³òðÿ ó êëàñ³. Êàæóòü, ùî ìàþòü ì³ñöå òåïëîâ³ âòðàòè. Âèêîíàííÿ ðîáîòè
1. Âèçíà÷åííÿ ö³íè ïîä³ëêè òåðìîìåòðà. Òè áóäåø âèì³ðþâàòè òåìïåðàòóðó ãàðÿ÷î¿ òà õîëîäíî¿ âîäè ³ òè ìóñèø âì³òè ïðî÷èòàòè ïîêàçè íà øêàë³. ßêùî â òåáå ðòóòíèé òåðìîìåòð, áóäü îáåðåæíèì, ùîá íå ðîçáèòè, àäæå âèïàðè ðòóò³ íåáåçïå÷í³ äëÿ ëþäèíè; 168
à) óâàæíî ïîäèâèñü íà øêàëó ³ îáåðè ïàðó ïîä³ëîê, 30 á³ëÿ ÿêèõ ïðîñòàâëåí³ ÷èñëîâ³ çíà÷åííÿ. Íàïðèêëàä, 10 ³ 20; 20 á) ïîðàõóé ê³ëüê³ñòü ïðîì³æê³â ì³æ öèìè ïîä³ëêàìè. Ó íàøîìó âèïàäêó ¿õ 5; 10 â) òîä³ íà îäíó ìàëåíüêó ïîä³ëêó ïðèïàäàòèìå òåìïåðàòóðà: ö³íà ïîä³ëêè = (20 10) : 5 = 2°C. Òîä³ íàø òåðìîìåòð ïîêàçóº çàðàç 24°C = 20°C + 2 ïîä³ëêè ïî 2°C. 2. Íàëèé ó ñêëÿíêó àáî ìåíçóðêó 100 ã õîëîäíî¿ âîäè. Ó ïîäàëüøèõ ðîçðàõóíêàõ ìè ïîçíà÷àºìî ¿¿ ìàñó m1. 3. Âèì³ðÿé òåìïåðàòóðó õîëîäíî¿ âîäè. Ïîçíà÷èìî ¿¿ t1. 4. Íàëèé äî êàëîðèìåòðà 100 ã ãàðÿ÷î¿ âîäè. Ðîáè öå îáåðåæíî, àáè íå îáïåêòèñü. Ó ïîäàëüøèõ ðîçðàõóíêàõ ìè ïîçíà÷àºìî ¿¿ ìàñó m2. 5. Âèì³ðÿé òåìïåðàòóðó ãàðÿ÷î¿ âîäè. Ïîçíà÷èìî ¿¿ t2. 6. Ïåðåëèé õîëîäíó âîäó äî êàëîðèìåòðà. 7. Âèì³ðÿé òåìïåðàòóðó ñóì³ø³. Ïîçíà÷èìî ¿¿ t. 8. Ïðè íåîáõ³äíîñò³ çàíåñè îäåðæàí³ öèôðè äî òàáëèö³. 9. Âèðàõóºìî ê³ëüê³ñòü òåïëîòè, ÿêó îäåðæàëà õîëîäíà âîäà ïðè íàãð³âàíí³ â³ä òåìïåðàòóðè t1 äî òåìïåðàòóðè ñóì³ø³ t. Q1 = c m1 (t t1); à) c ïèòîìà òåïëîºìí³ñòü. Çíà÷åííÿ øóêàºìî ó â³äïîâ³äí³é òàáëèö³. Äëÿ âîäè c = 4200 Äæ/êã °C; á) ïåðåâåäåìî ìàñó, âèñëîâëåíó ó ãðàìàõ, ó ê³ëîãðàìè. Çãàäàâøè, ùî 1 ã = 0,001 êã, ìàºìî 100 ã = 0,1 êã. Ñàìå öå çíà÷åííÿ ìàñè (ó ê³ëîãðàìàõ) áóäå ï³äñòàâëÿòèñÿ ó ôîðìóëó; â) äî çíà÷åííÿ ï³äïèøè îäèíèö³ âèì³ðó äëÿ ê³ëüêîñò³ òåïëîòè [Q1] = Äæ. 10. Âèðàõóºìî ê³ëüê³ñòü òåïëîòè, ÿêó â³ääàëà ãàðÿ÷à âîäà ïðè îõîëîäæåíí³ â³ä òåìïåðàòóðè t2 äî òåìïåðàòóðè ñóì³ø³ t. Q2 = c m2 (t2 t); à) ïèòîìó òåïëîºìí³ñòü âîäè ìè âæå çíàõîäèëè ó òàáëèö³: c = 4200 Äæ/êã °C; á) òàê ÿê ìàñà ãàðÿ÷î¿ âîäè òàêîæ 100 ã, òî çàïèøåìî â³äðàçó 100 ã = 0,1 êã; â) ³ äîïèøåìî îäèíèö³ âèì³ðó òåïëîòè [Q2] = Äæ. ßêùî òè ï³äðàõóâàâ óñå â³ðíî, òî îäåðæàí³ òîáîþ çíà÷åííÿ áóäóòü ïðèáëèçíî îäíàêîâ³ (âñå æ òàêè Q2 > Q1). Ìè âæå ç ÿñóâàëè, ùî ÷àñòèíà òåïëîâî¿ åíåð㳿, ÿêó âèä³ëèëà ïðè îõîëîäæåíí³ ãàðÿ÷à âîäà, ï³øëà íà íàãð³âàííÿ ñò³íîê 169
êàëîðèìåòðà òà íàâêîëèøíüîãî ñåðåäîâèùà. Òîìó ³ â³äð³çíÿþòüñÿ îòðèìàí³ çíà÷åííÿ Q1 òà Q2.
Âèñíîâîê: åêñïåðèìåíòàëüíèì øëÿõîì ìè ï³äòâåðäèëè ñïðàâåäëèâ³ñòü ð³âíÿííÿ òåïëîâîãî áàëàíñó ïðè çì³øóâàíí³ âîäè ð³çíî¿ òåìïåðàòóðè. Ìè âñòàíîâèëè, ùî ó íàøîìó âèïàäêó âîíî ìàòèìå âèãëÿä Q2 = Q1 + Q: Q2 ê³ëüê³ñòü òåïëîòè, âèä³ëåíà ãàðÿ÷îþ âîäîþ; Q1 ê³ëüê³ñòü òåïëîòè, ïîãëèíóòà õîëîäíîþ âîäîþ; Q «òåïëîâ³ âòðàòè» íà íàãð³âàííÿ êàëîðèìåòðà òà çîâí³øíüîãî ñåðåäîâèùà.
1.
2. 3.
4.
Çàïèòàííÿ òà çàâäàííÿ, ÿê³ òîá³ ìîæóòü çàïðîïîíóâàòè Ìàòåìàòè÷íî äîâåä³òü, ùî ê³ëüê³ñòü òåïëîòè ìàòèìå â³ä ºìíå çíà÷åííÿ, ÿêùî ò³ëî â³ääຠòåïëîòó íàâêîëèøíüîìó ñåðåäîâèùó. Q = c m (t2 t1), äå t2 òà t1 ê³íöåâà òà ïî÷àòêîâà òåìïåðàòóðà ò³ëà. ßêùî ò³ëî â³ääຠòåïëîòó íàâêîëèøíüîìó ñåðåäîâèùó, òî t2 < t1 . Ç öüîãî âèò³êàº, ùî t2 t1 < 0. Òàê ÿê c > 0 ³ m > 0, òî c m (t2 t1) < 0. À öå îçíà÷àº, ùî Q < 0. Ç ÷îãî âèò³êຠð³âíÿííÿ òåïëîâîãî áàëàíñó? ²ç çàêîíó çáåð³ãàííÿ åíåð㳿. ×è ìîæå òåìïåðàòóðà õî÷à á îäíîãî ç ò³ë, ùî ïåðåáóâàþòü ó ñòàí³ òåïëîâî¿ ð³âíîâàãè, â³äð³çíÿòèñü â³ä òåìïåðàòóðè ³íøèõ ò³ë? ͳ, îñê³ëüêè óñ³ ò³ëà, ÿê³ áåðóòü ó÷àñòü ó òåïëîîáì³í³, ç ÷àñîì äîñÿãàþòü ñòàíó òåïëîâî¿ ð³âíîâàãè ³ ¿õ òåìïåðàòóðè âèð³âíþþòüñÿ. Êîëè äîâ³ëüíå çì³øóâàííÿ õîëîäíî¿ òà ãàðÿ÷î¿ âîäè â³äáóâàºòüñÿ øâèäøå ÿêùî íàëèâàòè ãàðÿ÷ó äî õîëîäíî¿ ÷è ÿêùî çðîáèòè íàâïàêè? Î÷åâèäíî, ùî äîâ³ëüíå çì³øóâàííÿ ïðîõîäèòèìå øâèäøå, ÿêùî íàëèâàòè õîëîäíó âîäó ó ãàðÿ÷ó (ÿê ìè çðîáèëè öå ó õîä³ ëàáîðàòîðíî¿ ðîáîòè). ßêùî çðîáèòè íàâïàêè (âëèòè ãàðÿ÷ó âîäó äî õîëîäíî¿), òî äîë³øí³ øàðè âîäè çàëèøàòèìóòüñÿ õîëîäíèìè, à ãîð³øí³ ãàðÿ÷èìè. Êîíâåêö³ÿ íå â³äáóâàòèìåòüñÿ, à òåïëîïðîâîäí³ñòü âîäè íåâåëèêà.
170
Ëàáîðàòîðíà ðîáîòà ¹2 Âèçíà÷åííÿ ïèòîìî¿ òåïëîºìíîñò³ òâåðäîãî ò³ëà Ìåòà ðîáîòè: äîñë³äíèì øëÿõîì âèçíà÷èòè ïèòîìó òåïëîºìí³ñòü òâåðäîãî ò³ëà. Òîá³ áóäóòü ïîòð³áí³: ñêëÿíêà ç âîäîþ, êàëîðèìåòð, òåðìîìåòð, âàãè, ãèð³, ìåòàëåâèé öèë³íäð (àáî áóäü-ÿêå ³íøå ò³ëî ç ìåòàëó), ïîñóäèíà ç ãàðÿ÷îþ âîäîþ. Ïîÿñíåííÿ òà ðåêîìåíäàö³¿ äî ðîáîòè: ßêùî â êàëîðèìåòð ç õîëîäíîþ âîäîþ çàíóðèòè ïîïåðåäíüî íàãð³òå ò³ëî, òî ãàðÿ÷å ò³ëî áóäå îõîëîäæóâàòèñü, â³ääàþ÷è òåïëîâó åíåðã³þ. Õîëîäíà âîäà, ïîãëèíàþ÷è öþ åíåðã³þ, áóäå íàãð³âàòèñü. Öåé ïðîöåñ áóäå ïðîäîâæóâàòèñü äîòè, äîêè íå íàñòàíå òåïëîâà ð³âíîâàãà, òîáòî òåìïåðàòóðà ó êàëîðèìåòð³ ïåðåñòàíå çì³íþâàòèñü. ßêùî íå âðàõîâóâàòè òåïëîâ³ âòðàòè (áî íàãð³âàòèñÿ áóäå íå ò³ëüêè âîäà, à é ñò³íêè êàëîðèìåòðà, ïîâ³òðÿ), òî ê³ëüê³ñòü òåïëîòè, ÿêå âèä³ëèòü ãàðÿ÷å ò³ëî ïðè îõîëîäæåíí³, äîð³âíþâàòèìå ê³ëüêîñò³ òåïëîòè, ÿêó ïîãëèíå õîëîäíà âîäà, íàãð³âàþ÷èñü. Ìàòåìàòè÷íî öå ìîæíà çàïèñàòè: Q1 = Q2 ð³âíÿííÿ òåïëîâîãî áàëàíñó. Ðîçïèøåìî ë³âó òà ïðàâó ÷àñòèíè ö³º¿ ð³âíîñò³. õîëîäíà âîäà íàãð³òå ò³ëî c1 m1 (t t1) = c2 m2 (t2 t) c1 ïèòîìà òåïëîºìí³ñòü âîäè; c 2 ïèòîìà òåïëîºìí³ñòü òâåðäîãî ò³ëà; m1 ìàñà âîäè; m2 ìàñà íàãð³òîãî ò³ëà; t ê³íöåâà òåìïåðàòóðà ó êàëîðèìåòð³; t1 ïî÷àòêîâà òåìïåðàòóðà õîëîäíî¿ âîäè; t2 òåìïåðàòóðà ãàðÿ÷î¿ âîäè, â ÿê³é íàãð³âàëè ò³ëî. Çâ³äñè îäåðæóºìî âèðàç äëÿ c2. c m (t − t1 ) (1) c2 = 1 1 m2 (t2 − t1 ) Âèêîíàííÿ ðîáîòè
1. Âèçíà÷ ö³íó ïîä³ëêè òåðìîìåòðà, ÿêèì òè áóäåø êîðèñòóâàòèñü (ÿê öå çðîáèòè äèâèñü ðîáîòó ¹1). 171
2. Âèì³ðÿé ìàñó òâåðäîãî ò³ëà. Ïîïåðåäíüî óð³âíîâàæ òåðåçè (ïîêëàäè íà îäíó ç øàëüîê äð³áí³ øìàòî÷êè ïàïåðó). Çàïèøè m2 = ... Òè îäåðæèø ìàñó ó ãðàìàõ. Ùîá âèñëîâèòè ðåçóëüòàò ó ê³ëîãðàìàõ, ðîçä³ëè éîãî íà òèñÿ÷ó. 3. Âèì³ðÿé òåìïåðàòóðó õîëîäíî¿ âîäè. Ó êàëîðèìåòð³ â òåáå ïîâèííî áóòè íàëèòî 100 ã õîëîäíî¿ âîäè. m1 = 100 ã = 0,1 êã. Çàïèøè t1 = ... (°C). 4. Çàíóð äîñë³æäóâàíå ò³ëî ó ïîñóäèíó ç ãàðÿ÷îþ âîäîþ. ×åðåç äåÿêèé ÷àñ çàíóð òóäè æ òåðìîìåòð, âèì³ðÿé òåìïåðàòóðó ãàðÿ÷î¿ âîäè. Öå ³ áóäå ïî÷àòêîâà òåìïåðàòóðà ò³ëà. Çàïèøè t2 = ... (°C). 5. Çàíóð íàãð³òå ò³ëî ó êàëîðèìåòð ç õîëîäíîþ âîäîþ. ϳñëÿ âñòàíîâëåííÿ òåïëîâî¿ ð³âíîâàãè (çà÷åêàé ïàðó õâèëèí) çíîâó âèì³ðÿé òåìïåðàòóðó âîäè ó êàëîðèìåòð³. Çàïèøè t = ... (°C). Ïåðåâ³ð, ÷è ïåðåâåäåí³ ãðàìè ó ê³ëîãðàìè. 6. Çíàéäè ó òàáëèöÿõ äîäàòêó ïèòîìó òåïëîºìí³ñòü âîäè c1 = 4200 Äæ / (êã °C). 7. ϳäñòàâ ÷èñëîâ³ çíà÷åííÿ ó ôîðìóëó (1). Ðîçðàõóé ïèòîìó òåïëîºìí³ñòü ìåòàëó, ç ÿêîãî çðîáëåíå äîñë³äæóâàíå ò³ëî. 8. Ñïðîáóé ç ÿñóâàòè ç ÿêîãî ìåòàëó çðîáëåíå ò³ëî. ßêùî òâîº çíà÷åííÿ 920 Äæ / (êã °C), òî öå àëþì³í³é; ÿêùî 500 Äæ / (êã °C) ñòàëü; ÿêùî 380 Äæ / (êã °C) ì³äü, ëàòóíü; ÿêùî 460 Äæ / (êã °C) çàë³çî. Øâèäøå çà âñå, òè íå îäåðæèø òî÷íîãî çíà÷åííÿ. Ïðè÷èíà â òîìó, ùî ïðè ñêëàäàíí³ ð³âíÿííÿ ìè çíåõòóâàëè òåïëîâèìè âòðàòàìè, à ðåàëüíî âîíè áóëè. Òàê ùî ïîäèâèñü, äî ÿêîãî çíà÷åííÿ áëèæ÷å îäåðæàíèé òîáîþ ðåçóëüòàò.
Çàïèòàííÿ òà çàâäàííÿ, ÿê³ òîá³ ìîæóòü çàïðîïîíóâàòè 1. Ìàºìî äâà ìåòàë³÷íèõ ò³ëà (àëþì³í³é òà ëàòóíü) ç îäíàêîâîþ ìàñîþ. Ò³ëà ðîç³ãð³ò³ äî îäíàêîâî¿ òåìïåðàòóðè (100°C). Âèçíà÷èòè, ÿêå ç íèõ ñèëüí³øå íàã𳺠100 ã âîäè, ÿêà çíàõîäèòüñÿ ïðè òåìïåðàòóð³ 20°C. Ïîçíà÷èìî m1 = 10 ã = 0,1 êã (ìàñà õîëîäíî¿ âîäè). 172
c1 = 4200 Äæ / (êã °C) (ïèòîìà òåïëîºìí³ñòü âîäè òàáëè÷íå çíà÷åííÿ). c2 = 920 Äæ / (êã °C) (ïèòîìà òåïëîºìí³ñòü àëþì³í³þ òàáëè÷íå çíà÷åííÿ). c 2 = 380 Äæ / (êã °C) (ïèòîìà òåïëîºìí³ñòü ëàòóí³ òàáëè÷íå çíà÷åííÿ). t1 = 20°C (ïî÷àòêîâà òåìïåðàòóðà õîëîäíî¿ âîäè). t 2 = 100°C (òåìïåðàòóðà íàãð³òîãî ìåòàëåâîãî ò³ëà). t òåìïåðàòóðà, ÿêà âñòàíîâèòüñÿ ï³ñëÿ çàíóðåííÿ íàãð³òîãî ìåòàëó ó õîëîäíó âîäó. Ñêëàäåìî ð³âíÿííÿ òåïëîâîãî áàëàíñó c1 m1 (t t1) = c2 m2 (t2 t). Ç ð³âíÿííÿ áà÷èìî, ùî ÷èì á³ëüøèõ çíà÷åíü íàáóâຠc2, òèì á³ëüøó ê³ëüê³ñòü òåïëîòè îäåðæóº âîäà. Ç öüîãî âèò³êàº, ùî ïðè ³íøèõ ð³âíèõ óìîâàõ, âîäà íàãð³ºòüñÿ ñèëüí³øå ïðè çàíóðåíí³ ò³ëà ç àëþì³í³þ. 2. ̳äÿíà, çàë³çíà òà ñâèíöåâà êóëüêè îäíàêîâî¿ ìàñè îäíî÷àñíî çàíóðèëè â îêð³ï, îäíî÷àñíî âèéíÿëè òà ïîêëàëè íà ïëàñêèé øìàò âîñêó. ßêà ç êóëüîê íàéá³ëüøå çàíóðèòüñÿ ó â³ñê? Ñèëüí³øå çàíóðèòüñÿ ó â³ñê òà êóëüêà, ï³ä ÿêîþ â³ñê ñèëüí³øå ðîçòîïèòüñÿ. À ðîçòîïèòüñÿ â³í ñèëüí³øå ï³ä êóëüêîþ, ÿêà ïðè îñòèãàíí³ ïåðåäàñòü âîñêó íàéá³ëüøó ê³ëüê³ñòü òåïëîòè. Öÿ åíåðã³ÿ ðàõóºòüñÿ çà ôîðìóëîþ Q = cm∆t. Òàê ÿê ìàñè êóëüîê, ïî÷àòêîâà òà ê³íöåâà òåìïåðàòóðè îäíàêîâ³, òî íàéá³ëüøó ê³ëüê³ñòü òåïëîòè ïåðåäàñòü êóëüêà, ÿêà ìຠíàéá³ëüøó ïèòîìó òåïëîºìí³ñòü. Òàêîþ º êóëüêà ³ç çàë³çà (c = 460 Äæ / (êã °C)). 3. Êîðèñòóþ÷èñü ãðàô³êîì çì³íè âíóòð³øíüî¿ åíåð㳿 ò³ëà, ïîÿñí³òü, ùî â³äáóâàëîñÿ ç U ò³ëîì. (ÊÄæ) Íà ä³ëÿíö³ 1 2 âíóòð³øíÿ åíåðã³ÿ ò³ëà ï³äâèùó30 âàëàñÿ ïðîòÿãîì 4 ñ. 20 Ìîæëèâî, öå áóëî ïîâ ÿ10 çàíî ç íàãð³âàííÿì ò³ëà, à ìîæëèâî, íàä íèì âèt (ñ) 1 2 3 4 5 6 êîíóâàëè ìåõàí³÷íó ðîáîòó. Ó ìîìåíò ÷àñó t = 4 ñ ò³ëî ìàëî íàéá³ëüøó òåìïåðàòóðó. Íàñòóïí³ òðè ñåêóíäè âíóòð³øíÿ åíåðã³ÿ ò³ëà çìåíøóâàëàñÿ. 173
Ëàáîðàòîðíà ðîáîòà ¹3 Çáèðàííÿ åëåêòðè÷íîãî êîëà òà âèì³ðþâàííÿ ñèëè ñòðóìó ó ð³çíèõ òî÷êàõ êîëà Ìåòà ðîáîòè: íàâ÷èòèñü çáèðàòè åëåêòðè÷í³ êîëà, ïîçíàéîìèòèñü ³ç ñêëàäîâèìè ÷àñòèíàìè, íàâ÷èòèñü âèì³ðþâàòè ñèëó ñòðóìó ó ð³çíèõ ä³ëÿíêàõ êîëà. Òîá³ áóäóòü ïîòð³áí³: äæåðåëî ñòðóìó (áàòàðåéêà àáî àêóìóëÿòîð), åëåêòðè÷íà ëàìïà íà ï³äñòàâö³ (ëàìïà ïîâèííà áóòè íèçüêîâîëüòíîþ), äðîòîâà ñï³ðàëü íà ï³äñòàâö³, âèìèêà÷ (êëþ÷), ïðèëàä äëÿ âèì³ðþâàííÿ ñèëè ñòðóìó (àìïåðìåòð), ç ºäíóâàëüí³ äðîòè. Ïîÿñíåííÿ òà ðåêîìåíäàö³¿ äî ðîáîòè: Íåçâàæàþ÷è íà òå, ùî òè ïðàöþâàòèìåø ïðè íèçüê³é íàïðóç³, ÿêà ââàæàºòüñÿ áåçïå÷íîþ, íåîáõ³äíî çíàòè òà ÷³òêî âèêîíóâàòè ïðàâèëà òåõí³êè áåçïåêè. Ïîò³ì öå ñòàíå äëÿ òåáå çâè÷íèì, íàâ³òü ÿêùî äîâåäåòüñÿ ïðàöþâàòè ç âèñîêîþ íàïðóãîþ. 1) ïðè ðîáîò³ ç åëåêòðè÷íèì ñòðóìîì ðóêè íå ïîâèíí³ áóòè ìîêðèìè; 2) íå ìîæíà òîðêàòèñü ãîëèìè ðóêàìè äî îãîëåíèõ äðîò³â; 3) ÿêùî òîá³ íåîáõ³äíî âíåñòè çì³íè ó ç³áðàíó ñõåìó, ñïî÷àòêó â³ä ºäíàé êîëî â³ä äæåðåëà æèâëåííÿ ³ ò³ëüêè ïîò³ì âíåñè íåîáõ³äí³ êîðåêòèâè. Íà óðîö³ òîá³ äîâåäåòüñÿ êðåñëèòè åëåêòðè÷í³ ñõåìè. Òàê ùî çãàäàºìî óìîâí³ ïîçíà÷êè ïðèëàä³â íà ñõåìàõ. Àìïåðìåòð ïðèëàä äëÿ âèì³ðþâàííÿ ñèëè ñòðóìó Äæåðåëî ñòðóìó Ðåçèñòîð Ëàìïà ðîçæàðþâàííÿ Âèìèêà÷ (êëþ÷) Ç ºäíóâàëüíèé äð³ò Çâåðíè óâàãó! Àìïåðìåòð ìîæíà âìèêàòè ó åëåêòðè÷íå êîëî ò³ëüêè ïîñë³äîâíî, ðàçîì ç ³íøèìè ïðèëàäàìè. ßêùî 174
òè ââ³ìêíåø éîãî ïàðàëåëüíî àáî áåç äîäàòêîâîãî íàâàíòàæåííÿ, öå ìîæå âèâåñòè àìïåðìåòð ç ëàäó.
Âèêîíàííÿ ðîáîòè
1. Âèçíà÷ ö³íó ïîä³ëêè àìïåðìåòðà. Ïîäèâèñü, ÿê ìè çðîáèëè öå äëÿ íàøî¿ øêàëè. à) ìåæà âèì³ðþâàííÿ (íàéá³ëüøå çíà÷åííÿ, ÿêå ìîæíà âèì³ðÿòè) íàøîãî àìïåðìåòðà 2 À; á) âèáåðåìî äâ³ ïîä³ëêè, á³ëÿ ÿêèõ ïðîñòàâëåí³ öèôðè (íàïðèêëàä 1 ³ 2); â) ï³äðàõóºìî ÷èñëî ïðîì³æê³â ì³æ öèìè ïîä³ëêàìè (ðàõóé ñàìå ïðîì³æêè, à íå ðèñêè-ïîä³ëêè). Ó íàñ ¿õ 10; ã) â³äí³ìåìî ç á³ëüøîãî çíà÷åííÿ ìåíøå òà ðîçä³ëèìî íà ê³ëüê³ñòü ïðîì³æê³â. Îäåðæóºìî ö³íó ïîä³ëêè (2 1) : 10 = 0,1 À. ² íàø àìïåðìåòð ïîêàçóº ñèëó ñòðóìó 1,7 À (êîæíà ïîä³ëêà ïî 0,1 À). Àíàëîã³÷íî âèçíà÷ ö³íó ïîä³ëêè äëÿ ñâîãî àìïåðìåòðà. 2. Çáèðàííÿ åëåêòðè÷íîãî êîëà. à) ðîçì³ñòè ïðèëàäè íà ñòîë³ îäèí çà îäíèì ó òàêîìó ïîðÿäêó: àìïåðìåòð, âèìèêà÷, ëàìïî÷êà, ñï³ðàëü íà ï³äñòàâö³; á) ç ºäíàºìî óñ³ ïðèëàäè ì³æ ñîáîþ äðîòàìè. Òàêå ç ºäíàííÿ çâåòüñÿ ïîñë³äîâíèì; «â³ëüíèé» äð³ò
«â³ëüíèé» äð³ò
â) «â³ëüí³» äðîòè ï³äêëþ÷è äî äæåðåëà ñòðóìó. Àëå ïåðåä òèì ïîäèâèñü, äî ÿêî¿ êëåìè àìïåðìåòðó ï³äêëþ÷åíèé «â³ëüíèé» äð³ò. ßêùî öå êëåìà « », òî ïðèºäíóâàòè ¿¿ òðåáà äî íåãàòèâíîãî ïîëþñó äæåðåëà. ³äïîâ³äíî, «â³ëüíèé» äð³ò â³ä ñï³ðàë³ ç ºäíàé ç ³íøèì ïîëþñîì äæåðåëà; ã) çàìêíè êîëî âèìèêà÷åì. Ëàìïî÷êà ïîâèííà çàñâ³òèòèñÿ, à ñòð³ëêà àìïåðìåòðó â³äõèëèòèñü â³ä íóëÿ. ßêùî æ... 1. ... ñòð³ëêà â³äõèëÿºòüñÿ ó ïðîòèëåæíèé á³ê. Öå îçíà÷àº, ùî òè ïåðåïëóòàâ ïîëÿðí³ñòü ï³äêëþ÷åííÿ ³ ç ºäíàâ «ïëþñ» àìïåðìåòðà ç «ì³íóñîì» äæåðåëà àáî íàâïàêè. ³äêëþ÷è êîëî â³ä äæåðåëà æèâëåííÿ òà âíåñè çì³íè ó êîëî. 2. ... ëàìïà íå ãîðèòü. ³äêëþ÷è êîëî â³ä äæåðåëà æèâëåííÿ. Ïåðåâ³ð, ÷è äîáðå âêðó÷åíà ëàìïî÷êà, ÷è íàä³éíî ç ºäíàí³ äðîòè ç êëåìàìè ïðèëàä³â ìîæëèâî, äåñü íåìຠêîíòàêòó. Íà âñÿê âèïàäîê ïåðåâ³ð ÷è íå ïåðåãîð³ëà ëàìïî÷êà (íèòêà ðîçæàðþâàííÿ ïîâèííà áóòè ö³ëîþ). 175
Çíîâó çàìêíè êîëî; ´) çàïèøè çíà÷åííÿ ñèëè ñòðóìó ó êîë³. I1 = ... (A); ä) íàêðåñëè ñõåìó òâîãî êîëà;
å) ðîç³ìêíè êîëî. Òåïåð ïîì³ñòè àìïåðìåòð ì³æ ëàìïîþ òà ñï³ðàëëþ. Ó öüîìó ðàç³ ñõåìà âèãëÿäàòèìå òàê: º) çàìêíè êîëî. Âèì³ðÿé ñèëó ñòðóìó. Çàïèøè I2 = ... (A); æ) òåïåð ï³äêëþ÷è àìïåðìåòð ç ïðîòèëåæíîãî áîêó â³ä ñï³ðàë³. Îäåðæèø òàêó ñõåìó; ç) çàìêíè êîëî. Âèì³ðÿé ñèëó ñòðóìó. Çàïèøè I3 = ... (A); ³) ïîð³âíÿé çíà÷åííÿ I 1 , I 2 , I 3 . Ïåðåêîíàéñÿ, ùî âîíè äîð³âíþþòü îäíå îäíîìó. Òåïåð òè çíàºø, ùî ñèëà ñòðóìó ó áóäü-ÿêîìó ì³ñö³ ïîñë³äîâíî ç ºäíàíîãî êîëà îäíàêîâà.
Âèñíîâîê: íà ñüîãîäí³øíüîìó óðîö³ ìè íàâ÷èëèñÿ çáèðàòè ïîñë³äîâíî ç ºäíàíå åëåêòðè÷íå êîëî òà ïåðåêîíàëèñü, ùî ñèëà ñòðóìó íà áóäü-ÿê³é ä³ëÿíö³ òàêîãî êîëà îäíàêîâà. Çàïèòàííÿ òà çàâäàííÿ, ÿê³ òîá³ ìîæóòü çàïðîïîíóâàòè 1. Ïðèäóìàé ñõåìó, ÿêà áè íàäàâàëà ìîæëèâ³ñòü áóäü-ÿêîìó ç ïàñàæèð³â, ÿê³ ëåæàòü íà ïðîòèëåæíèõ ïîëèöÿõ ó êóïå, âìèêàòè òà âèìèêàòè îäíó ëàìïî÷êó. Íàì íåîáõ³äíå äæåðåëî ñòðóìó, äâà âèìèêà÷³ òà îäíà ëàìïî÷êà. Âèìèêà÷³ ïîâèíí³ áóòè ç ºäíàí³ ïàðàëåëüíî, ùîá êîæåí ïàñàæèð ì³ã âìèêàòè òà âèìèêàòè ëàìïî÷êó íåçàëåæíî. 2. Âèçíà÷èòè, ÿêå ÷èñëî åëåêòðîí³â ïðîõîäèòü çà 1 ñ ÷åðåç ïîïåðå÷íèé ïåðåð³ç ïðîâ³äíèêà ó âàø³é ðîáîò³. ßê â³äîìî, I = 176
q . t
Çâ³äñè âèò³êàº, ùî q = I ⋅ t òàê ìè âèðàõóºìî çàãàëüíèé çàðÿä åëåêòðîí³â. t = 1 ñ. Çíà÷åííÿ ñèëè ñòðóìó ï³äñòàâ ñâîº. Ïðèïóñòèìî, ùî I = 0,5 A. Òîä³ q = 0,5 A ⋅ 1 c = 0,5 Êë. Çàðÿä îäíîãî åëåêòðîíó e = 1,6 ⋅ 10-19 Êë. Òîä³ çíàéäåìî ê³ëüê³ñòü òàêèõ åëåêòðîí³â: q 0,5 Êë = 0,3 ⋅ 1019 = 3 ⋅ 1018 . n= = − 19 e 1,6 ⋅ 10 Êë Áóäü óâàæíèì ó òåáå âèéäå ³íøå çíà÷åííÿ, áî çíà÷åííÿ ñèëè ñòðóìó ó òåáå, ìîæëèâî, çîâñ³ì ³íøå.
Ëàáîðàòîðíà ðîáîòà ¹4 Âèçíà÷åííÿ íàïðóãè íà ð³çíèõ ä³ëÿíêàõ êîëà Ìåòà ðîáîòè: íàâ÷èòèñü âèì³ðþâàòè íàïðóãó íà ð³çíèõ ä³ëÿíêàõ êîëà. Òîá³ áóäóòü ïîòð³áí³: äæåðåëî ïîñò³éíîãî ñòðóìó, âîëüòìåòð, åëåêòðè÷íà ëàìïà íà ï³äñòàâö³ (ëàìïà ïîâèííà áóòè íèçüêîâîëüòíîþ), äðîòîâà ñï³ðàëü íà ï³äñòàâö³, âèìèêà÷ (êëþ÷), ç ºäíóâàëüí³ äðîòè. Ïîÿñíåííÿ òà ðåêîìåíäàö³¿ äî ðîáîòè: Ïåðåä âèêîíàííÿì ðîáîòè çãàäàé ïðàâèëà òåõí³êè áåçïåêè (äèâèñü ëàáîðàòîðíó ðîáîòó ¹3). Âîëüòìåòð öå ïðèëàä äëÿ âèì³ðþâàííÿ íàïðóãè. ³í ï³äêëþ÷àºòüñÿ çàâæäè ïàðàëåëüíî. Ïðè öüîìó íåîáõ³äíî âðàõîâóâàòè ïîëÿðí³ñòü ï³äêëþ÷åííÿ, òîáòî ç ºäíóâàòè «+» íà ïðèëàä³ ç äðîòîì, ÿêèé ï³äêëþ÷åíèé äî ïîçèòèâíîãî ïîëþñà äæåðåëà. Âèêîíàííÿ ðîáîòè
1. Âèçíà÷ ö³íó ïîä³ëêè âîëüòìåòðà. Ïîäèâèñü,ÿê ìè çðîáèëè öå äëÿ íàøî¿ øêàëè. à) ìåæà âèì³ðþâàííÿ (íàéá³ëüøå çíà÷åííÿ, ÿêå ìîæíà âèì³ðÿòè) íàøîãî âîëüòìåòðà 6 Â; á) âèáåðåìî äâ³ ïîä³ëêè, á³ëÿ ÿêèõ ïðîñòàâëåí³ öèôðè (íàïðèêëàä 1 ³ 2); â) ï³äðàõóºìî ÷èñëî ïðîì³æê³â ì³æ öèìè ïîä³ëêàìè (ðàõóé 177
ñàìå ïðîì³æêè, à íå ðèñêè-ïîä³ëêè). Ó íàøîìó âèïàäêó ¿õ 5; ã) â³äí³ìåìî â³ä á³ëüøîãî çíà÷åííÿ ìåíøå òà ðîçä³ëèìî íà ê³ëüê³ñòü ïðîì³æê³â. Ö³íà ïîä³ëêè (2 1) : 5 = 0,2 Â. ² íàø âîëüòìåòð ïîêàçóº íàïðóãó 1,2  (êîæíà ïîä³ëêà ïî 0,2 Â). Àíàëîã³÷íî âèçíà÷ ö³íó ïîä³ëêè äëÿ ñâîãî âîëüòìåòðà. 2. Çáèðàííÿ åëåêòðè÷íîãî êîëà. Âîíî ñêëàäàòèìåòüñÿ ç ëàìïî÷êè, ñï³ðàë³ íà ï³äñòàâö³ òà âîëüòìåòðó. à) ðîçì³ñòè ïðèëàäè (êð³ì âîëüòìåòðà) íà ñâîºìó ñòîë³ îäèí çà îäíèì òà ç ºäíàé ¿õ äðîòàìè.
«â³ëüíèé» äð³ò
«â³ëüíèé» äð³ò
á) à òåïåð äî «â³ëüíèõ» äðîò³â ïðèºäíàé äðîòè, ÿê³ éäóòü â³ä âîëüòìåòðà. äî ïîçèòèâíîãî ïîëþñó äæåðåëà
äî íåãàòèâíîãî ïîëþñó äæåðåëà
â) â óìîâíèõ ïîçíà÷êàõ íàøà ñõåìà âèãëÿäàòèìå òàê: ã) çàìêíè êîëî. Ëàìïî÷êà ïîâèííà çàãîð³òèñÿ, à ñòð³ëêà âîëüòìåòðó â³äõèëèòèñÿ. ßêùî æ öüîãî íå ñïîñòåð³ãàºòüñÿ, òî â³ä ºäíàé êîëî â³ä äæåðåëà ñòðóìó òà ïåðåâ³ð íàä³éí³ñòü ç ºäíàííÿ ïðîâ³äíèê³â, à òàêîæ ïåðåêîíàéñÿ, ùî ëàìïî÷êà íå ïåðåãîð³ëà (íèòêà ðîçæàðþâàííÿ ö³ëà); ´) çàïèøè ïîêàçè âîëüòìåòðà (â³í ïîêàçóº çíà÷åííÿ íàïðóãè íà äæåðåë³ æèâëåííÿ). U = ... (Â); ä) â³ä ºäíàé êîëî â³ä äæåðåëà ñòðóìó. Â³ä ºäíàé â³ä êîëà âîëüòìåòð òà òåïåð ïðèºäíàé éîãî äî ëàìïî÷êè. äî ïîçèòèâíîãî ïîëþñó äæåðåëà
178
äî íåãàòèâíîãî ïîëþñó äæåðåëà
å) íà ñõåì³ òàêå ç ºäíàííÿ âèãëÿäàòèìå òàê: º) çàìêíè êîëî. Çí³ìè ïîêàçè âîëüòìåòðà (â³í ïîêàçóº çíà÷åííÿ íàïðóãè íà ëàìï³). U1 = ... (Â); æ) â³ä ºäíàé êîëî â³ä äæåðåëà ñòðóìó. Â³ä ºäíàé â³ä êîëà âîëüòìåòð òà òåïåð ïðèºäíàé éîãî äî ðåçèñòîðà (ñï³ðàë³). äî ïîçèòèâíîãî ïîëþñó äæåðåëà
äî íåãàòèâíîãî ïîëþñó äæåðåëà
ç) çîáðàçèìî öå ï³äêëþ÷åííÿ íà ñõåì³; ³) çàìêíè êîëî. Âèì³ðÿé íàïðóãó íà ðåçèñòîð³. U2 = ... (Â); ¿) ïîð³âíÿé çíà÷åííÿ íàïðóãè íà äæåðåë³, íà ëàìï³ òà íà ðåçèñòîð³. Ïåðåêîíàéñÿ, ùî U = U1 + U2.
Âèñíîâîê: ìè íàâ÷èëèñÿ çáèðàòè åëåêòðè÷íå êîëî ç âîëüòìåòðîì, âèì³ðþâàòè çà éîãî äîïîìîãîþ íàïðóãó íà îêðåìèõ ä³ëÿíêàõ êîëà. Ìè ïåðåêîíàëèñü, ùî ñóìà íàïðóã íà îêðåìèõ ä³ëÿíêàõ ïîñë³äîâíî ç ºäíàíîãî êîëà äîð³âíþº íàïðóç³ íà óñüîìó êîë³. Uçàãàëüíå = U1 + U2. Çàïèòàííÿ òà çàâäàííÿ, ÿê³ òîá³ ìîæóòü çàïðîïîíóâàòè 1. Âèëó÷è ç êîëà ðåçèñòîð. ßê çì³íèòüñÿ ñèëà ñòðóìó? ßê çì³íèòüñÿ íàïðóãà íà ëàìï³? ßêèé âèñíîâîê ïðî çàëåæí³ñòü ñèëè ñòðóìó â³ä íàïðóãè ìîæíà çðîáèòè? ßêùî ìè âèëó÷èìî ðåçèñòîð, òî îï³ð óñüîãî êîëà çìåíøèòüñÿ. Öå îçíà÷àº, ùî ñèëà ñòðóìó çá³ëüøèòüñÿ. Íàïðóãà íà ëàìï³ (Uëàìïè = I ⋅ Rëàìïè) çá³ëüøèòüñÿ, áî îï³ð ñàìî¿ ëàìïè íå çì³íèâñÿ, à ñèëà ñòðóìó ó êîë³ çá³ëüøèëàñÿ. Ðîáèìî âèñíîâîê, ùî ñèëà ñòðóìó íà ä³ëÿíö³ êîëà ïðîïîðö³éíà íàïðóç³ òà îáåðíåíî ïðîïîðö³éíà îïîðó (çàêîí Îìà). 2. ×è çì³íÿòüñÿ ïîêàçè àìïåðìåòðà òà âîëüòìåòðà (äèâ. ìàëþíîê), ÿêùî ëàìïà ïåðåãîðèòü? B C ßêùî ïåðåãîðèòü ëàìïî÷êà, òî ä³ëÿíêà êîëà BC âèÿâèòüñÿ ðîç³ìêíóòîþ ³ ñòðóì íå éòèìå. Ñòð³ëêà àìïåðìåòðà âñòàíî179
âèòüñÿ íà íóë³. À ïîêàçè âîëüòìåòðà ïðè öüîìó íå çì³íÿòüñÿ, áî âîëüòìåòð ïðèºäíàíèé ïàðàëåëüíî, íå ò³ëüêè äî ëàìïè, à é äî äæåðåëà ñòðóìó ³ â³í áóäå ïîêàçóâàòè Uäæåðåëà. 3. Ùî áóäå, ÿêùî â ñõåì³ ç ïîïåðåäíüîãî çàâäàííÿ àìïåðìåòð òà âîëüòìåòð ïåðåñòàâèòè ì³ñöÿìè? Öå ïðèçâåäå äî âèõîäó ç ëàäó àìïåðìåòðà. Ó öüîãî ïðèëàäà ìàëèé îï³ð ³ ñèëà ñòðóìó ìîæå ïåðåâèùèòè ìàêñèìàëüíî ïðèïóñòèìå çíà÷åííÿ. Ëàìïà æ «ä³ñòàíå» äóæå ìàëó íàïðóãó, áî îï³ð âîëüòìåòðà âåëèêèé, òà óñÿ íàïðóãà «ï³äå» éîìó. Òàê ùî, øâèäøå çà âñå, ëàìïà íå ãîð³òèìå.
äî äæåðåëà
äî äæåðåëà
Ïåðåâ³ð, ùîá «+» àìïåðìåòðà ñï³âïàäàâ ç «+» äæåðåëà æèâëåííÿ (àáî íàâïàêè « » ñï³âïàäàâ ç « »). 2. Ïðèºäíàé âîëüòìåòð ïàðàëåëüíî äî ðåîñòàòà. Çâåðíè óâàãó íà ïîëÿðí³ñòü ç ºäíàííÿ. äî äæåðåëà
äî äæåðåëà
Íà ñõåì³ öå âèãëÿäàòèìå òàê:
Ëàáîðàòîðíà ðîáîòà ¹5 Ðåãóëþâàííÿ ñèëè ñòðóìó ðåîñòàòîì Ìåòà ðîáîòè: íàâ÷èòèñü êîðèñòóâàòèñü ðåîñòàòîì äëÿ ðåãóëþâàííÿ ñèëè ñòðóìó â åëåêòðè÷íîìó êîë³. Òîá³ áóäóòü ïîòð³áí³: äæåðåëî ïîñò³éíîãî ñòðóìó, àìïåðìåòð, âîëüòìåòð, ðåîñòàò, âèìèêà÷ (êëþ÷), ç ºäíóâàëüí³ äðîòè. Ïîÿñíåííÿ òà ðåêîìåíäàö³¿ äî ðîáîòè: Ïåðåä âèêîíàííÿì ðîáîòè çãàäàé ïðàâèëà òåõí³êè áåçïåêè (äèâèñü ëàáîðàòîðíó ðîáîòó ¹3). Ðåîñòàò (â³ä ãðåö. rheos ïëèí, ïîò³ê) ïðèëàä, ÿêèé ÿâëÿº ñîáîþ öèë³íäð-³çîëÿòîð, íà ÿêèé ù³ëüíî, âèòîê äî âèòêà, íàìîòàíèé äð³ò ç ðå÷îâèíè ç âåëèêèì ïèòîìèì îïîðîì (íàïðèêëàä ç êîíñòàíòàíó). Ñàì äð³ò ïîêðèòèé îêàëèíîþ (îêàëèíà öå ïðîäóêò îêèñëþâàííÿ íà ïîâåðõí³ äåÿêèõ ñïëàâ³â), ÿêà ³çîëþº âèòêè îäèí â³ä îäíîãî. Îäèí ç êîíòàêò³â ðåîñòàòà çì³ííèé. Öå äîçâîëÿº ïðè éîãî ïåðåì³ùåíí³ çì³íþâàòè äîâæèíó ïðîâ³äíèêà, ÿêèé ï³äêëþ÷åíèé äî êîëà, à çíà÷èòü, ³ éîãî îï³ð. À ìè çíàºìî, ùî ïðè çì³íþâàíí³ îïîðó êîëà, òèì ñàìèì ìè çì³íþºìî ³ ñèëó ñòðóìó ó íüîìó. Íà ñõåì³ ðåîñòàò çîáðàæóºòüñÿ òàê: Âèêîíàííÿ ðîáîòè
1. Ðîçì³ñòè óñ³ ïðèëàäè (îêð³ì âîëüòìåòðà) îäèí çà îäíèì ³ ç ºäíàé ¿õ äðîòàìè ì³æ ñîáîþ. 180
3. Ïðè çàìèêàíí³ êîëà ïðîñë³äêóé, ùîá ïîâçóíîê ðåîñòàòà çàéìàâ ñåðåäíº ïîëîæåííÿ (çíàõîäèâñÿ äåñü ïîñåðåäèí³). 4. Ïîâ³ëüíî ðóõàþ÷è ïîâçóíîê ðåîñòàòà, ñë³äêóé çà ïîêàçàìè àìïåðìåòðà. Óâàãà! Íå äîçâîëÿé, ùîá ñèëà ñòðóìó ó êîë³ ïåðåâèùèëà ìàêñèìàëüíî äîçâîëåíå çíà÷åííÿ äëÿ òâîãî àìïåðìåòðà! 5. Ïåðåñóíü ïîâçóíîê ðåîñòàòà òàê, ùîá ñèëà ñòðóìó ó êîë³ çìåíøèëàñÿ äî ì³í³ìàëüíî ìîæëèâîãî çíà÷åííÿ. Çàïèøè Imin = ... (À). Ïîäèâèñü, ùî ïîêàçóº ïðè öüîìó âîëüòìåòð (íàïðóãà íà ðåîñòàò³ ó öåé ìîìåíò áóäå ìàêñèìàëüíà). Çàïèøè Umax = ... (Â). 6. Âèðàõóé îï³ð ðåîñòàòà. U Äëÿ öüîãî ó ôîðìóëó R = ï³äñòàâ çàïèñàí³ òîáîþ çíàI ÷åííÿ Imin òà Umax. Çàïèøè R1 = ... (Îì). Ïîð³âíÿé îäåðæàíå òîáîþ çíà÷åííÿ ³ç çíà÷åííÿì, ÿêå âêàçàíå íà ñàìîìó ðåîñòàò³. 7. Çàìêíè êîëî òà ïåðåñóâàé ïîâçóíîê ðåîñòàòà äî òèõ ï³ð, äîêè ñèëà ñòðóìó íå ñòàíå ð³âíîþ I2 = 1 À. Çàïèøè çíà÷åííÿ íàïðóãè íà ðåîñòàò³ ó öüîìó âèïàäêó (U2). 8. Ðîçðàõóé îï³ð àêòèâíî¿ ÷àñòèíè ðåîñòàòà çà ôîðìóëîþ U R2 = 2 (Îì). I2 Õàé òåáå íå òóðáóº, ùî òè îäåðæèø ³íøå çíà÷åííÿ äëÿ R2, ìåíøå, í³æ R1. Öå ïîÿñíþºòüñÿ òèì, ùî ðåîñòàò ïðèëàä ³ç «çì³ííèì» îïîðîì. 181
Âèñíîâîê: çà äîïîìîãîþ ðåîñòàòà ìîæíà ðåãóëþâàòè ñèëó ñòðóìó ó êîë³ òà ïåðåêîíàòèñÿ ó ñïðàâåäëèâîñò³ çàêîíó Îìà: ñèëà ñòðóìó íà ä³ëÿíö³ êîëà ïðÿìî ïðîïîðö³éíà íàïðóç³ òà îáåðíåíî ïðîïîðö³éíà îïîðó ä³ëÿíêè êîëà. Çàïèòàííÿ òà çàâäàííÿ, ÿê³ òîá³ ìîæóòü çàïðîïîíóâàòè 1. Ïîáóäóé ãðàô³ê çàëåæíîñò³ ñèëè ñòðóìó â³ä íàïðóãè. Öå áóäå ïðÿìî ïðîïîðö³éíà çàëåæ- I(À) í³ñòü ³ ãðàô³ê áóäå ïðÿìîþ ë³í³ºþ. I1 2. Âèçíà÷ çà äîïîìîãîþ ïîáóäîâàíîãî ãðàô³êó îï³ð. à) îáåðè íà ãðàô³êó áóäü-ÿêó òî÷êó òà çíàéäè äëÿ íå¿ â³äïîâ³äíå çíà÷åííÿ íàïðóãè U1 òà ñèëè ñòðóìó I1;
U U1 U(Â) á) çà ôîðìóëîþ R = âèçíà÷ çíà÷åííÿ I îïîðó, ï³äñòàâèâøè ñâî¿ çíà÷åííÿ U1 òà I1. 3. ßê áóäóòü çì³íþâàòèñü ïîêàçè àìïåðìåòðà ïðè ïåðåñóâàíí³ ïîâçóíêà ðåîñòàòà ç òî÷êè A äî òî÷êè B? B Ïðè ïåðåñóâàíí³ ïîâçóíêà ðåîñòàòà ç òî÷êè A äî òî÷êè B îï³ð A êîëà çìåíøèòüñÿ ³, â³äïîâ³äíî, ñèëà ñòðóìó çá³ëüøèòüñÿ.
Ëàáîðàòîðíà ðîáîòà ¹6 Âèì³ðþâàííÿ îïîðó ïðîâ³äíèêà çà äîïîìîãîþ àìïåðìåòðà òà âîëüòìåòðà Ìåòà ðîáîòè: íàâ÷èòèñü ðîçðàõîâóâàòè îï³ð ïðîâ³äíèêà, ãðóíòóþ÷èñü íà åêñïåðèìåíòàëüíèõ äàíèõ òà âèêîðèñòîâóþ÷è çàêîí Îìà äëÿ ä³ëÿíêè êîëà. Òîá³ áóäóòü ïîòð³áí³: äæåðåëî ïîñò³éíîãî ñòðóìó, àìïåðìåòð, âîëüòìåòð, âèìèêà÷ (êëþ÷), ç ºäíóâàëüí³ äðîòè, ðåçèñòîðè ç îïîðîì 1..40 Îì. Ïîÿñíåííÿ òà ðåêîìåíäàö³¿ äî ðîáîòè: Ïåðåä âèêîíàííÿì ðîáîòè çãàäàé ïðàâèëà òåõí³êè áåçïåêè (äèâ. ëàáîðàòîðíó ðîáîòó ¹3). 182
²ñíóº ñïåö³àëüíèé ïðèëàä, çà äîïîìîãîþ ÿêîãî ìîæíà âèì³ðÿòè îï³ð áåçïîñåðåäíüî. ³í íàçèâàºòüñÿ îììåòð. Àëå íàâ³òü íå ìàþ÷è îììåòðà, ìîæíà ðîçðàõóâàòè îï³ð ä³ëÿíêè êîëà. Äëÿ öüîãî íåîáõ³äíî âèì³ðÿòè àìïåðìåòðîì ñèëó ñòðóìó íà ä³ëÿíö³, à âîëüòìåòðîì íàïðóãó íà ò³é æå ä³ëÿíö³. U Òîä³ îï³ð áóäå R = . I
Âèêîíàííÿ ðîáîòè
1. Ðîçì³ñòè óñ³ ïðèëàäè (îêð³ì âîëüòìåòðà) îäèí çà îäíèì ³ ç ºäíàé ¿õ äðîòàìè ì³æ ñîáîþ. Ïåðåâ³ð, ùîá «+» àìïåðìåòðà ñï³âïàäàâ ç «+» äæåðåëà æèâëåííÿ (àáî íàâïàêè « » ñï³âïàäàº ç « »). äî äæåðåëà
äî äæåðåëà
2. Ïðèºäíàé âîëüòìåòð ïàðàëåëüíî äî îäíîãî ç ðåçèñòîð³â. Çâåðíè óâàãó íà ïîëÿðí³ñòü ç ºäíàííÿ.
äî äæåðåëà
äî äæåðåëà
3. Íàêðåñëè ñõåìó. 4. Çàìêíè êîëî ³ çàïèøè ïîêàçè ïðèëàä³â. I1 = ... (À) U1 = ... (Â). 5. Âèðàõóé îï³ð ïåðøîãî ðåçèñòîðà çà ôîðìóëîþ R1 =
U1 (Îì). I1
Ïîð³âíÿé ³ç çíà÷åííÿì, ùî íàïèñàíå íà ñàìîìó ðåçèñòîð³. 6. ³äêëþ÷è êîëî â³ä äæåðåëà. Â³ä ºäíàé âîëüòìåòð òà ïðèºäíàé éîãî äî äðóãîãî ðåçèñòîðà. Íà ñõåì³ öå âèãëÿäຠòàê: 7. Çàìêíè êîëî ³ çàïèøè ïîêàçè ïðèëàä³â. I2 = ... (À) U2 = ... (Â). 8. Âèðàõóé îï³ð äðóãîãî ðåçèñòîðà. R2 =
U2 (Îì). I2
Ïîð³âíÿé éîãî ³ç çíà÷åííÿì, ùî íàïèñàíå íà ñàìîìó ðåçèñòîð³. 183
Ëàáîðàòîðíà ðîáîòà ¹7
Âèñíîâîê: íà îñíîâ³ åêñïåðèìåíòàëüíèõ â³äîìîñòåé ìè ìîæåìî çðîáèòè âèñíîâîê, ùî ñèëà ñòðóìó íà ä³ëÿíö³ êîëà ïðÿìî ïðîïîðö³éíà íàïðóç³ ³ îáåðíåíî ïðîïîðö³éíà îïîðó ä³ëÿíêè êîëà. Õî÷à ñàìèé îï³ð íå çàëåæèòü àí³ â³ä ñèëè ñòðóìó, àí³ â³ä íàïðóãè. Çàïèòàííÿ òà çàâäàííÿ, ÿê³ òîá³ ìîæóòü çàïðîïîíóâàòè 1. Âèì³ðÿéòå çàãàëüíó íàïðóãó íà îáîõ ðåçèñòîðàõ òà ïîð³âíÿéòå ¿¿ ç ñóìîþ çíà÷åíü íàïðóãè íà ðåçèñòîðàõ. ßêùî òè ïðàâèëüíî çðîáèâ óñ³ âèì³ðþâàííÿ, òî ëåãêî ïåðåêîíàºøñÿ, ùî íàïðóãà íà îáîõ ðåçèñòîðàõ â³äðàçó (çâåðíè óâàãó, ÿê òðåáà ï³äêëþ÷èòè ó öüîìó âèïàäêó âîëüòìåòð) äîð³âíþº ñóì³ çíà÷åíü íàïðóãè íà êîæíîìó ðåçèñòîð³. Òîáòî, Uçàãàëüíà = U1 + U2. 2. Çàïðîïîíóéòå ñïîñ³á âèçíà÷åííÿ äîâæèíè ì³äíîãî ïðîâ³äíèêà ç ïëîùåþ ïåðåòèíó 1 ìì2, âèêîðèñòîâóþ÷è àìïåðìåòð òà âîëüòìåòð. ρl Çãàäàºìî, ùî R = . S Òóò R îï³ð ïðîâ³äíèêà, ρ ïèòîìèé îï³ð ì³ä³ (ïîäèâèñü ó òàáëèö³ ρ = 0,017 Îì ⋅ ìì2 /ì), S ïëîùà ïåðåòèíó ïðîâ³äíèêà (çà óìîâîþ, äîð³âíþº 1 ìì2), l øóêàíå çíà÷åííÿ äîâæèíè ïðîâ³äíèêà. R⋅S . (1) ρ Ó ö³é ôîðìóë³ íàì íåâ³äîìèé ò³ëüêè îï³ð R. Ìîæíà çðîáèòè òàê, ÿê ó ëàáîðàòîðí³é ðîáîò³ âèì³ðÿòè íàïðóãó íà ðåçèñòîð³, ñèëó ñòðóìó ó êîë³ âèçíà÷èòè çà äîïîìîãîþ àìU ïåðìåòðó ³ ðîçðàõóâàòè îï³ð çà ôîðìóëîþ R = ³ ï³äñòàI âèòè öå çíà÷åííÿ äî ôîðìóëè (1). 3. ×è ìîæíà ñòâåðäæóâàòè, ùî îï³ð ïðîâ³äíèêà ïðÿìî ïðîïîðö³éíèé íàïðóç³ ³ îáåðíåíî ïðîïîðö³éíèé ñèë³ ñòðóìó U ó êîë³, àäæå R = ? I ͳ, òàêå ñòâåðäæåííÿ íåïðàâèëüíå. Ìè çíàºìî, ùî îï³ð ïðîâ³äíèêà çàëåæèòü ò³ëüêè â³ä ðîäó ðå÷îâèíè, ç ÿêî¿ çðîáëåíèé ïðîâ³äíèê, â³ä éîãî äîâæèíè òà ïëîù³ ïåðåòèíó. Àëå îï³ð íå çàëåæèòü àí³ â³ä ñèëè ñòðóìó ó êîë³, àí³ â³ä íàïðóãè! l=
184
Âèâ÷åííÿ ïîñë³äîâíîãî ç ºäíàííÿ ïðîâ³äíèê³â Ìåòà ðîáîòè: åêñïåðèìåíòàëüíî ïåðåâ³ðèòè çàêîíè ïîñë³äîâíîãî ç ºäíàííÿ ïðîâ³äíèê³â. Òîá³ áóäóòü ïîòð³áí³: äæåðåëî ïîñò³éíîãî ñòðóìó, ïðîâ³äíèêè (ðåçèñòîðè) ç â³äîìèì îïîðîì (1..4 Îì), àìïåðìåòð, âîëüòìåòð, âèìèêà÷ (êëþ÷), ç ºäíóâàëüí³ äðîòè. Ïîÿñíåííÿ òà ðåêîìåíäàö³¿ äî ðîáîòè: Ïåðåä âèêîíàííÿì ðîáîòè çãàäàé ïðàâèëà òåõí³êè áåçïåêè (äèâèñü ëàáîðàòîðíó ðîáîòó ¹3). Ïîñë³äîâíå ç ºäíàííÿ öå òàêèé âèä ç ºäíàííÿ, ïðè ÿêîìó ê³íåöü îäíîãî ïðîâ³äíèêà ç ºäíóºòüñÿ ç ïî÷àòêîì ³íøîãî. Ëàìïè íà ìàëþíêó ïîðó÷ ç ºäíàí³ ïîñë³äîâíî. Çãàäàºìî, ùî ïðè ïîñë³äîâíîìó ç ºäíàí³ âèêîíóþòüñÿ çàêîíè: Içàãàëüíà = I1 = I2 Uçàãàëüíà = U1 + U2 Rçàãàëüíèé = R1 + R2. Âèêîíàííÿ ðîáîòè 1. Âèçíà÷åííÿ ö³íè ïîä³ëêè àìïåðìåòðà. 2. Âèçíà÷åííÿ ö³íè ïîä³ëêè âîëüòìåòðà. ßê öå ðîáèòè äèâèñü ëàáîðàòîðí³ ðîáîòè ¹3 òà ¹4. 3. Çáåðè êîëî ³ç ïîñë³äîâíî ðîçì³ùåíèõ àìïåðìåòðà, äâîõ ðåçèñòîð³â, ðåîñòàòà òà âèìèêà÷à. äî äæåðåëà
äî äæåðåëà
Ïåðåâ³ð ïîëÿðí³ñòü ï³äêëþ÷åííÿ ùîá «+» àìïåðìåòðà ñï³âïàäàâ ç «+» äæåðåëà æèâëåííÿ (àáî « » ñï³âïàäàâ ç « »). 4. Ïðèºäíàé âîëüòìåòð ïàðàëåëüíî äî êîëà. Çâåðíè óâàãó íà ïîëÿðí³ñòü ç ºäíàííÿ. äî äæåðåëà
äî äæåðåëà
5. Íàêðåñëè ñõåìó 6. Çà äîïîìîãîþ ðåîñòàòà âñòàíîâè ñèëó ñòðóìó ó êîë³ Içàãàëüíà ≈ 1 À (öå é áóäå çàãàëüíà íà âñüîìó êîë³ ñèëà ñòðóìó). Çàïèøè Içàãàëüíà = 1 À. 185
7. ³äêëþ÷è êîëî â³ä äæåðåëà. Ïðèºäíàé àìïåðìåòð ì³æ ðåçèñòîðàìè (³íø³ ÷àñòèíè êîëà íå çì³íþþòüñÿ). 8. Çàìêíè êîëî òà çàïèøè ïîêàçè àìïåðìåòðà. I1 = ... (À). 9. ³äêëþ÷è êîëî â³ä äæåðåëà. Ïðèºäíàé àìïåðìåòð ì³æ ðåçèñòîðîì òà ðåîñòàòîì (³íø³ ÷àñòèíè êîëà íå çì³íþþòüñÿ). 10. Çàìêíè êîëî ³ çàïèøè ïîêàçè àìïåðìåòðà. I2 = ... (À). 11. Ïîð³âíÿé çíà÷åííÿ Içàãàëüíà, I1, I2 òà ïåðåêîíàéñÿ ó òîìó, ùî âîíè ð³âí³. Içàãàëüíà = I1 = I2 (ó íàøîìó âèïàäêó öå 1 À). 12. Çíîâó çàìêíè êîëî ³ çâåðíè óâàãó íà ïîêàçè âîëüòìåòðà. Uçàãàëüíà = ... (Â). 13. ³äêëþ÷è êîëî â³ä äæåðåëà. Â³ä ºäíàé âîëüòìåòð. 14. ϳäêëþ÷è âîëüòìåòð ïàðàëåëüíî äî ïåðøîãî ðåçèñòîðà. Çâåðíè óâàãó íà ïîëÿðí³ñòü ç ºäíàííÿ. äî äæåðåëà
äî äæåðåëà
15. Íàêðåñëè ñõåìó 16. Çàìêíè êîëî ³ çàïèøè ïîêàçè âîëüòìåòðà. U1 = ... (Â). 17. ³äêëþ÷è êîëî â³ä äæåðåëà. ϳäêëþ÷è âîëüòìåòð ïàðàëåëüíî äî äðóãîãî ðåçèñòîðà. Çâåðíè óâàãó íà ïîëÿðí³ñòü ç ºäíàííÿ. Çàïèøè U2 = ... (Â). 18. Ïåðåêîíàéñÿ, ùî Uçàãàëüíà = U1 + U2. U 19. Ðîçðàõóé îï³ð êîæíîãî ïðîâ³äíèêà çà ôîðìóëîþ R = . I U1 U2 R2 = Çàïèøè R1 = = ... (Îì) = ... (Îì). I2 I1 20. Ðîçðàõóé çàãàëüíèé îï³ð âñüîãî êîëà. U Çàïèøè Rçàãàëüíèé = çàãàëüíà = (Îì). Içàãàëüíà 21. Ïåðåêîíàéñÿ, ùî Rçàãàëüíèé = R1 + R2.
Âèñíîâîê: íà îñíîâ³ åêñïåðèìåíòó ï³äòâåðäèëè çàêîíè ïîñë³äîâíîãî ç ºäíàííÿ òà ïåðåêîíàëèñü, ùî Uçàãàëüíèé = U1 + U2, Içàãàëüíà = I1 = I2 = const (íå çì³íþºòüñÿ), Rçàãàëüíèé = R1 + R2. 186
Çàïèòàííÿ òà çàâäàííÿ, ÿê³ òîá³ ìîæóòü çàïðîïîíóâàòè 1. Çàïðîïîíóéòå ñïîñ³á âèçíà÷åííÿ íåâ³äîìîãî îïîðó áåç çàñòîñóâàííÿ àìïåðìåòðà ò³ëüêè âîëüòìåòðîì. ³äîìî, ùî ïðè ïîñë³äîâíîìó ç ºäàíí³ ïðîâ³äíèê³â íàïðóãà «ðîçä³ëÿºòüñÿ» íà êîæíèé ïðîâ³äíèê òàê, ùî íà ïðîâ³äíèê ç á³ëüøèì îïîðîì «ïðèïàäå» á³ëüøå çíà÷åííÿ íàïðóãè. à) ç ºäíàºìî ïðîâ³äíèê ç íåâ³äîìèì îïîðîì ç ïðîâ³äíèêîì, îï³ð ÿêîãî â³äîìèé. ϳäêëþ÷èìî ¿õ ó êîëî; á) ïðèºäíàºìî âîëüòìåòð ïî ÷åðç³ äî ïðîâ³äíèêà ç â³äîìèì îïîðîì (âèì³R=x ðÿºìî íàïðóãó íà íüîìó U1 = ... (Â)) òà äî ïðîâ³äíèêà ç íåâ³äîìèì îïîðîì (Ux = ... (Â)); â) ïîð³âíÿºìî îäåðæàí³ çíà÷åííÿ íàïðóãè. ßêùî Ux > U1 , òî Rx > R1 â ñò³ëüêè æ ðàç³â. 4 Ux Íàïðèêëàä: U1 = 2 Â, à Ux = 4 Â. Òîä³ = = 2.
2 U1 Rx = 2. R1 ßêùî â³äîìèé îï³ð ñêëàäຠR1 = 1 Îì, òî íàø íåâ³äîìèé îï³ð áóäå Rx = 1 Îì ⋅ 2 = 2 Îì. ßêùî æ îï³ð íà íåâ³äîìîìó ðåçèñòîð³ ìåíøå, í³æ íà ïåðøîìó ðåçèñòîð³ (éîãî îï³ð R1), òîä³ ³ çíà÷åííÿ îïîðó íà íåâ³äîìîìó ðåçèñòîð³ (Rx) áóäå â ñò³ëüêè ðàç³â ìåíøå, í³æ R1. 2. ßê íåîáõ³äíî ç ºäíàòè 4-âîëüòîâ³ ëàìïî÷êè ó ÿëèíêîâó ã³ðëÿíäó, ÿêó âìèêàþòü ó ìåðåæó íà 220 Â? ßêà ê³ëüê³ñòü ëàìï ïîòð³áíà ïðè öüîìó? Ïîçíà÷èìî ê³ëüê³ñòü ëàìï ÷åðåç n. Çàïèøåìî: Uçàãàëüíà = U1 + U2 + ... Òàê ÿê ëàìïè îäíàêîâ³, òî Uçàãàëüíà = U1 ⋅ n. Ç öüîãî âèò³êຠU 220  = 55. n = çàãàëüíà = 4 U1 3. Íà ÷îìó âèíèêຠá³ëüøå ïàä³ííÿ íàïðóãè ó êîë³: íà äðîòàõ ÷è ó îñâ³òëþâàëüí³é ëàìï³? Ç òîãî, ùî äðîòè ç ëàìïîþ ç ºäíàí³ ïîñë³äîâíî, âèò³êàº, ùî ïàä³ííÿ íàïðóãè íà íèõ áóäå ð³çíèì. Îï³ð ëàìïè á³ëüøèé, à öå îçíà÷àº, ùî é ïàä³ííÿ íàïðóãè íà í³é áóäå á³ëüøèì. 4. ßê çì³íþâàòèìóòüñÿ ïîêàçè àìïåðìåòðà, ÿêùî ïîâçóíîê ðåîñòàòà áóäå ðóõàòèñÿ ç ïîëîæåííÿ À ó ïîëîæåííÿ Â? Îï³ð êîëà ïðè òàêîìó ðóñ³ çðîñòàº. Ç öüîãî âèò³êàº, ùî ñèëà ñòðóìó çìåíøóA B âàòèìåòüñÿ, öå çàðåºñòðóº àìïåðìåòð.
Öå îçíà÷àº, ùî
187
Ëàáîðàòîðíà ðîáîòà ¹8 Âèâ÷åííÿ ïàðàëåëüíîãî ç ºäíàííÿ ïðîâ³äíèê³â Ìåòà ðîáîòè: âèâ÷èòè çàêîíè ïàðàëåëüíîãî ç ºäíàííÿ ïðîâ³äíèê³â. Òîá³ áóäóòü ïîòð³áí³: äæåðåëî ïîñò³éíîãî ñòðóìó, ïðîâ³äíèêè (ðåçèñòîðè) ç â³äîìèì îïîðîì (1..4 Îì), àìïåðìåòð, âîëüòìåòð, âèìèêà÷ (êëþ÷), ðåîñòàò, ç ºäíóâàëüí³ äðîòè. Ïîÿñíåííÿ òà ðåêîìåíäàö³¿ äî ðîáîòè: Ïåðåä âèêîíàííÿì ðîáîòè çãàäàé ïðàâèëà òåõí³êè áåçïåêè (äèâèñü ëàáîðàòîðíó ðîáîòó ¹3). Ïàðàëåëüíå ç ºäíàííÿ îäèí ç íàéá³ëüø ðîçïîâñþäæåíèõ âèä³â ç ºäíàííÿ. Ñàìå òàê ç ºäíàí³, íàïðèêëàä, ëàìïè ó íàøèõ êâàðòèðàõ. Ïðè òàêîìó ç ºäíàí³ «ïî÷àòêè» ïðîâ³äíèê³â ç ºäíóþòüñÿ ì³æ ñîáîþ, à «ê³íö³» ¿õ ç ºäíóþòüñÿ ðàçîì. Ö³ ëàìïè ç ºäíàí³ ïàðàëåëüíî. Çãàäàºìî, ùî ïðè ïàðàëåëüíîìó ç ºäíàíí³ âèêîíóþòüñÿ çàêîíè: 1 1 1 = + . Içàãàëüíà = I1 + I2 Uçàãàëüíà = U1 = U2 R çàãàëüíèé
R1
R2
Âèêîíàííÿ ðîáîòè
1. Âèçíà÷åííÿ ö³íè ïîä³ëêè àìïåðìåòðà òà âîëüòìåòðà. ßê öå ðîáèòè äèâèñü ëàáîðàòîðí³ ðîáîòè ¹3 òà ¹4. 2. Çáåðè êîëî ³ç êëþ÷à, äâîõ ðåçèñòîð³â, àìïåðìåòðà òà ðåîñòàòà. äî äæåðåëà
äî äæåðåëà
Ïåðåâ³ð ïîëÿðí³ñòü ï³äêëþ÷åííÿ ùîá «+» àìïåðìåòðà ñï³âïàäàâ ç «+» äæåðåëà æèâëåííÿ (àáî « » ñï³âïàäàâ ç « »). Íà ñõåì³ öå ç ºäíàííÿ âèãëÿäຠòàê: ¹2 3. Çàìêíè êîëî. Âèì³ðÿé ñèëó ñòðóìó ó ¹1 êîë³. Çàïèøè: Içàãàëüíà = ... (À). ¹2 äî äî äæåðåëà
188
¹1
äæåðåëà
4. Ðîç³ìêíè êîëî òà â³ä ºäíàé àìïåðìåòð. 5. Ïðèºäíàé àìïåðìåòð äî ðåçèñòîðà ¹1. ¹2 Íà ñõåì³ öå ç ºäíàííÿ âèãëÿäຠòàê: ¹1 6. Çàìêíè êîëî. Âèì³ðÿé ñèëó ñòðóìó ó ðåçèñòîð³ ¹1. Ìîæåø ñàìîñò³éíî çà äîïîìîãîþ ðåîñòàòà âñòàíîâèòè ñèëó ¹2 ñòðóìó 0,5 1 À. Çàïèøè: I1 = ... (À). 7. Ðîç³ìêíè êîëî òà â³ä ºäíàé àìïåðìåòð, ¹1 ïðèºäíàé éîãî äî ðåçèñòîðà ¹2. 8. Çàìêíè êîëî. Çàïèøè ïîêàçè àìïåðìåòðà: I2 = ... (À). ¹2 9. Ïåðåêîíàéñÿ, ùî Içàãàëüíà = I1 + I2. 10. Òåïåð ïðèºäíàé âîëüòìåòð. ¹1 Ñïî÷àòêó âèì³ðÿºìî íàïðóãó â³äðàçó íà îáîõ ðåçèñòîðàõ. Çàïèøè: Uçàãàëüíà = ... (Â). ¹2 11. Âèì³ðÿé íàïðóãó îêðåìî íà êîæíîìó ¹1 ðåçèñòîð³ ¹1 òà ¹2. Äëÿ çðó÷íîñò³ ïîâåðíè àìïåðìåòð äî ïîïåðåäíüîãî ïîëîæåííÿ. Çàïèøè: U1 = (Â) U2 = ... (Â). 12. Ïîð³âíÿé çíà÷åííÿ Uçàãàëüíà, U1, U2 òà ïåðåêîíàéñÿ, ùî Uçàãàëüíà = U1 = U2. 13. Ðîçðàõóé îï³ð êîæíîãî ðåçèñòîðà, ðîçðàõóé îï³ð äâîõ ðåU U çèñòîð³â ðàçîì R1 = 1 R 2 = 2 R çàãàëüíèé = U çàãàëüíà . I1 I2 I çàãàëüíà 14. Ïåðåâ³ð, ÷è âèêîíóºòüñÿ çàêîí ïàðàëåëüíîãî ç ºäíàííÿ äëÿ îïîðó. 1 1 1 = + . R çàãàëüíèé R1 R 2 R + R2 Ç öüîãî îäåðæóºìî R çàãàëüíèé = 1 . R1 ⋅ R 2 ϳäñòàâ ñâî¿ çíà÷åííÿ òà ïåðåâ³ð ð³âí³ñòü.
Âèñíîâîê: íà îñíîâ³ åêñïåðèìåíòó ï³äòâåðäèëè çàêîíè ïàðàëåëüíîãî ç ºäíàííÿ òà ïåðåêîíàëèñü, ùî Içàãàëüíà = I1 + I2 Uçàãàëüíèé = U1 = U2 = const (íå çì³íþºòüñÿ) 1 1 1 = + . R çàãàëüíèé R1 R 2 189
Çàïèòàííÿ òà çàâäàííÿ, ÿê³ òîá³ ìîæóòü çàïðîïîíóâàòè 1. Íàìàëþéòå ñõåìó ç ïîñë³äîâíî óâ³ìêíóòèìè ëàìïîþ, àìïåðìåòðîì òà ðåçèñòîðîì R. Ïåðåäáà÷òå, ÿê çì³íèòüñÿ ðîçæàðþâàííÿ ëàìïè, ñèëà ñòðóìó ó êîë³ òà íàïðóãà íà ðåçèñòîð³, ÿêùî ïàðàëåëüíî äî ëàìïè ââ³ìêíóòè ùå îäèí ðåçèñòîð? Ïðè ï³äêëþ÷åíí³ äîäàòêîâîãî ðåçèñòîðà òàê, ÿê öå ïîêàçàíî íà ìàëþíêó, îï³ð ä³ëÿíêè êîëà çìåíøèòüñÿ. Ç öüîãî âèò³êàº, ùî ñèëà ñòðóìó ó êîë³ çá³ëüR øèòüñÿ, íàïðóãà íà ðåçèñòîð³ R òàêîæ çá³ëüøèòüñÿ, òàê ÿê U = I ⋅ R (ñèëà ñòðóìó I çá³ëüøèëàñÿ, îï³ð R íå çì³íèâñÿ). 2. ßê íåîáõ³äíî ââ³ìêíóòè ó êîëî ç íàïðóãîþ 220  äâ³ ëàìïè, ðîçðàõîâàí³ íà 220  êîæíà, ùîá âîíè ñâ³òèëè ïîâíèì ðîçæàðþâàííÿì? ßê ðîçïîä³ëÿòüñÿ ñòðóìè, ùî ïðîõîäÿòü ÷åðåç ëàìïè? Òàê³ ëàìïè íåîáõ³äíî ç ºäíàòè ïàðàI ëåëüíî, òîä³ êîæíà áóäå ï³ä íàïðóãîþ I çàãàëüíà 220  (ÿê âîíè ³ ðîçðàõîâàí³). Içàãàëüíà = I + I. I Òàê ÿê îï³ð öèõ ëàìï îäíàêîâèé, òî ñèëà ñòðóìó ðîçä³ëèòüñÿ ð³âíî íà êîæíó ëàìïó. 3. ßê óâ³ìêíóòè 10 îäíàêîâèõ ëàìï, ÿê³ ðîçðàõîâàí³ íà 120 Â, ó òðàìâà¿, ÿêùî íàïðóãà íà ë³í³¿ ñòàíîâèòü 600  ? Âèêîðèñòàºìî ì³øàíå ç ºäíàííÿ. Ç ºäíàºìî ïàðàëåëüíî äâ³ «ã³ëêè». Êîæíà ã³ëêà ìຠïî ï ÿòü ç ºäíàíèõ ïîñë³äîâíî ëàìï. Òîä³ íà êîæí³é «ã³ëö³» íàïðóãà áóäå Uçàãàëüíà = 600 Â. Ñåðåä ëàìï âîíà ïåðåðîçïîä³ëèòüñÿ ð³âíî (àäæå ëàìïè îäíàêîâ³ ³ ¿õ îïîðè ð³âí³). ³äïîâ³äíî, íàïðóãà íà êîæí³é ëàìï³ ñêëàäàòèìå U = Uçàãàëüíà : 5 = 600  : 5 = 120 Â. À öå äîçâîëåíà íàïðóãà.
Ëàáîðàòîðíà ðîáîòà ¹9 Âèçíà÷åííÿ ðîáîòè òà ïîòóæíîñò³ åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó Ìåòà ðîáîòè: íàâ÷èòèñÿ âèçíà÷àòè ïîòóæí³ñòü òà ðîáîòó åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó, âèêîðèñòîâóþ÷è àìïåðìåòð òà âîëüòìåòð. Òîá³ áóäóòü ïîòð³áí³: äæåðåëî ïîñò³éíîãî ñòðóìó, ëàìïà íèçüêîâîëüòîâà íà ï³äñòàâö³, àìïåðìåòð, âîëüòìåòð, âèìèêà÷ (êëþ÷), ç ºäíóâàëüí³ äðîòè. Ïîÿñíåííÿ òà ðåêîìåíäàö³¿ äî ðîáîòè: Ðîáîòà ñòðóìó îäíà ç íàéâàæëèâ³øèõ éîãî õàðàêòåðèñòèê. Ñàìå ðîáîòó âèì³ðþþòü ë³÷èëüíèêè åëåêòðîåíåð㳿 ó íàøèõ êâàðòèðàõ. Ñàìå çà ðîáîòó ñòðóìó, òîáòî çà âèòðà÷åíó åëåêòðîåíåðã³þ ìè ïëàòèìî. ßê â³äîìî, äëÿ ðîçðàõóâàííÿ ðîáîòè åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó ìîæíà ñêîðèñòàòèñÿ îäí³ºþ ç òðüîõ ôîðìóë: U2 A=I⋅U⋅t A = I2 ⋅ R ⋅ t A= ⋅ t. Òóò A ðîáîòà ñòðóìó; I ñèëà ñòðóìó; R U íàïðóãà íà ðåçèñòîð³; R îï³ð; t ÷àñ, çà ÿêèé ìè ðîçðàõîâóºìî ðîáîòó. Ðîáîòà âèì³ðþºòüñÿ ó Äæ (îäèíèö³ âèì³ðó ïèøåìî äðóêîâàíèìè ë³òåðàìè). Ìîæíà âèêîðèñòîâóâàòè òàêîæ îäèíèöþ Âò ⋅ ñ (1 Äæ = 1 Âò ⋅ ñ). Ùîá ðîçðàõóâàòè ïîòóæí³ñòü, çãàäàºìî âèçíà÷åííÿ ïîòóæíîñò³ ç êóðñó 7 êëàñó. A Ïîòóæí³ñòü ïîêàçóº ðîáîòó, ùî N= . âèêîíàíà çà îäèíèöþ ÷àñó: t Àëå â åëåêòðèö³ ïîòóæí³ñòü ïîçíà÷àþòü ë³òåðîþ P. Öüîãî ìè é áóäåìî äîòðèìóâàòèñü. Òàêèì ÷èíîì, îäåðæóºìî: A IUt U2 = = IU P= I2 ⋅ R . P= t t R Âèì³ðþºòüñÿ [P] = Âò 1 Âò = 1 Äæ / 1 ñ. P=
Âèêîíàííÿ ðîáîòè
1. Âèçíà÷åííÿ ö³íè ïîä³ëêè àìïåðìåòðà òà âîëüòìåòðà. ßê öå ðîáèòè äèâèñü ëàáîðàòîðí³ ðîáîòè ¹3 òà ¹4. 2. Çáåðè êîëî: óñ³ ïðèëàäè, îêð³ì âîëüòìåòðà, ç ºäíàé ïîñë³äîâíî, à âîëüòìåòð ïðèºäíàé äî ëàìïè ïàðàëåëüíî. Ïåðåâ³ð ïîëÿðí³ñòü ï³äêëþ÷åííÿ ùîá «+» àìïåðìåòðà ñï³âïàäàâ ç «+» äæåðåëà æèâëåííÿ (àáî « » ç « »). ßêùî 190
191
òîáîþ íå äîäåðæàíî ïîëÿðí³ñòü, òî ñòð³ëêè ïðèëàä³â â³äõèëÿòèìóòüñÿ ó ïðîòèëåæíèé á³ê. 3. Íàêðåñëè ñõåìó ó çîøèò³. äî äæåðåëà
äî äæåðåëà
4. Çàìêíè êîëî òà çàïèøè ïîêàçè àìïåðìåòðà ³ âîëüòìåòðà. I = ... (À) U = ... (Â). 5. Ðîçðàõóé à) ... ïîòóæí³ñòü ñòðóìó P = I ⋅ U = ... (Âò); á) ... ðîáîòó ñòðóìó çà 5 õâèëèí. Íå çàáóäü ïåðåä òèì ïåðåâåñòè õâèëèíè ó ñåêóíäè (5 õâèëèí = 5 ⋅ 60 ñ = 300 ñ). Çàïèøè: A = I ⋅ U ⋅ t = ... (Äæ). ϳäñòàâ ñâî¿ çíà÷åííÿ ñèëè ñòðóìó òà íàïðóãè, à äëÿ ÷àñó îäåðæàíå çíà÷åííÿ 300; U â) ... îï³ð ëàìïè ó ðîáî÷îìó ñòàí³ R = = ... (Îì). I Âèñíîâîê: ìè íàâ÷èëèñÿ âèçíà÷àòè ïîòóæí³ñòü ñòðóìó ó ñïîæèâà÷àõ åëåêòðè÷íî¿ åíåð㳿, ä³çíàëèñÿ, ùî âîíà çàëåæèòü â³ä ñèëè ñòðóìó òà íàïðóãè ó ñïîæèâà÷³. Ðîáîòà ñòðóìó çàëåæèòü ùå â³ä ÷àñó, ïðîòÿãîì ÿêîãî ïðàöþº äàíèé ñïîæèâà÷ åëåêòðîåíåð㳿.
Çàïèòàííÿ òà çàâäàííÿ, ÿê³ òîá³ ìîæóòü çàïðîïîíóâàòè 1. ßêèìè ñïîñîáàìè ìîæíà âèçíà÷èòè ïîòóæí³ñòü åëåêòðè÷íèõ ïðèëàä³â, ÿê³ º ó âàøîìó äîì³ (ïðàñêà, ôåí, òîùî)? Ïî-ïåðøå, ó òåõí³÷íîìó ïàñïîðò³, ÿêèé äîäàºòüñÿ äî ïðèëàäó, çàâæäè âêàçóºòüñÿ éîãî ïîòóæí³ñòü. Ïî-äðóãå, ìîæíà çðîáèòè òàê: âèìêíóâøè ó äîì³ óñ³ åëåêòðîïðèëàäè, çàïèñàòè ïîêàçè åëåêòðè÷íîãî ë³÷èëüíèêà. Ââ³ìêíóòè ó ìåðåæó ÿêèéñü îäèí ïðèëàä (íàïðèêëàä ïðàñêó), çàíîòóâàòè ÷àñ, íà ïðîòÿç³ ÿêîãî â³í ïðàöþâàòèìå. ϳñëÿ â³äêëþ÷åííÿ ïðèëàäó, çàïèñàòè íîâ³ ïîêàçè ë³÷èëüíèêà. Ñïîæèòà åíåðã³ÿ öå ð³çíèöÿ ì³æ ïîêàçàìè ë³÷èëüíèêà. Îäåðæàíå çíà÷åííÿ ðîçä³ëèòè íà ÷àñ ðîáîòè ïðèëàäó: P= 192
A (êÂò ⋅ ãîä) = ... (êÂò). t(ãîä)
2. Îñâ³òëþâàëüíà ëàìïà ìຠíà öîêîë³ ïîçíà÷åííÿ 127 Â, 25 Âò. Âîíà óâ³ìêíóòà ó ìåðåæó ç³ çìåíøåíîþ íàïðóãîþ 100 Â, ³ ÷åðåç íèòêó ðîçæàðþâàííÿ ïðîõîäèòü ñòðóì ñèëîþ 0,16 À. Ïîð³âíÿòè ïîòóæí³ñòü ñïîæèòîãî ñòðóìó ç ïîòóæí³ñòþ, ÿêà âêàçàíà íà öîêîë³. Ðîçðàõóºìî ïîòóæí³ñòü ñòðóìó. P = I ⋅ U = 0,16 À ⋅ 100  = 16 Âò. À íà öîêîë³ âêàçàíå çíà÷åííÿ P = 25 Âò âîíî á³ëüøå.
Ëàáîðàòîðíà ðîáîòà ¹10 Âèçíà÷åííÿ ÊÊÄ ïðèñòðîþ ç åëåêòðè÷íèì íàãð³âà÷åì Ìåòà ðîáîòè: íàâ÷èòèñÿ åêñïåðèìåíòàëüíèì øëÿõîì âèçíà÷àòè êîåô³ö³ºíò êîðèñíî¿ ä³¿ åëåêòðè÷íîãî íàãð³âà÷à. Òîá³ áóäóòü ïîòð³áí³: êàëîðèìåòð, ìåíçóðêà ç âîäîþ, òåðåçè, òåðìîìåòð, ãîäèííèê, äæåðåëî ïîñò³éíîãî ñòðóìó, àìïåðìåòð, âîëüòìåòð, ñï³ðàëü, âèìèêà÷ (êëþ÷), ç ºäíóâàëüí³ äðîòè. Ïîÿñíåííÿ òà ðåêîìåíäàö³¿ äî ðîáîòè: Áóäü-ÿêèé ìåõàí³çì ìîæíà îõàðàêòåðèçóâàòè ÊÊÄ (êîåô³ö³ºíòîì êîðèñíî¿ ä³¿), ÿêèé ïîêàçóº, ÿêó ÷àñòêó â³ä óñ³º¿ âèòðà÷åíî¿ ðîáîòè ñêëàäຠêîðèñíà ðîáîòà. ×èì öåé êîåô³ö³ºíò âèùèé, òèì åôåêòèâí³øèé ìåõàí³çì. Ñï³ðàëü îñíîâà áóäü-ÿêîãî êèï ÿòèëüíèêà, åëåêòðîîïàëþâà÷à. Åíåðã³þ, ÿêó ñïîæèâຠñï³ðàëü öå åíåðã³ÿ åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó (Q = I2Rt çàêîí Äæîóëÿ-Ëåíöà). Öå º âèòðà÷åíà åíåðã³ÿ. Êîðèñíà ðîáîòà ñï³ðàë³ ïîëÿãຠó íàãð³âàíí³ âîäè (îäíàê âîäó íåìîæëèâî íàãð³òè áåç òîãî, ùîá íå íàãð³òè ïîñóäèíó, ó ÿê³é âîäà çíàõîäèòüñÿ ó íàøîìó âèïàäêó öå ñòàêàí êàëîðèìåòðà). Öå îçíà÷àº, ùî áóäåìî âðàõîâóâàòè ùå é åíåðã³þ, ÿêà ï³øëà íà íàãð³âàííÿ êàëîðèìåòðà. Òàêèì ÷èíîì, îäåðæóºìî ôîðìóëó: η=
àáî ïåðåïèøåìî η=
Aê ⋅ 100% Aç
Qâîäè + Qêàëîðèìåòðà Qñòðóìó
⋅ 100% 193
Òåïåð ðîçïèøåìî âåëè÷èíè, ÿê³ âõîäÿòü äî ôîðìóëè ³ âðàõóºìî, ùî ñòàêàí êàëîðèìåòðà çðîáëåíèé ç àëþì³í³þ: Câîäèmâîäè (t2 − t1 ) + Càëþìmàëþì (t2 − t1 ) : (1) I 2 Rt äå I ñèëà ñòðóìó ó êîë³; R îï³ð ñï³ðàë³; t ÷àñ, íà ïðîòÿç³ ÿêîãî áóëî çàìêíóòå êîëî. Çàçíà÷èìî, ùî ÊÊÄ (ìè ïîçíà÷èëè éîãî ë³òåðîþ η ÷èòàºòüñÿ «åòà») º âåëè÷èíîþ áåçðîçì³ðíîþ. Òè îáîâ ÿçêîâî îäåðæèø çíà÷åííÿ, ìåíøå 1. ßêùî çàõî÷åø âèðàçèòè ÊÊÄ ó â³äñîòêàõ, ðåçóëüòàò òðåáà ïîìíîæèòè íà 100%.
η=
Âèêîíàííÿ ðîáîòè
1. Âèçíà÷åííÿ ö³íè ïîä³ëêè ïðèëàä³â (àìïåðìåòðà, âîëüòìåòðà, òåðìîìåòðà). ßê öå ðîáèòè äèâèñü ëàáîðàòîðí³ ðîáîòè ¹3, 4. 2. Óð³âíîâàæ òåðåçè (ïîêëàäè íà ï³äíÿòó øàëüêó äð³áí³ øìàòî÷êè ïàïåðó, äîêè øàëüêè íå âñòàíîâëÿòüñÿ íà îäíîìó ð³âí³). 3. Âèì³ðÿé ìàñó âíóòð³øíüîãî ñòàêàíà êàëîðèìåòðà. Çàïèøè: mñò = ... (ã). Ïåðåâåäè ó êã, ðîçä³ëèâøè íà 1000). mñò = ... (êã). 4. Íàëèé ó ìåíçóðêó 100 ìë âîäè. Äëÿ âîäè (ï³äêðåñëþºìî ò³ëüêè äëÿ âîäè) 100 ìë ìàþòü ìàñó 100 ã. Çàïèøè: mâîäè = 100 (ã). Ïåðåâåäè ó êã, ðîçä³ëèâøè íà 1000. mâîäè = 0,1 (êã). 5. Ïåðåëèé âîäó ó ñòàêàí â³ä êàëîðèìåòðà. 6. Çàíóð ó ñòàêàí ç âîäîþ òåðìîìåòð òà âèì³ðÿé ïî÷àòêîâó òåìïåðàòóðó äëÿ âîäè òà äëÿ êàëîðèìåòðà (äëÿ íèõ òåìïåðàòóðà îäíàêîâà). Çàïèøè: t1 = ... °C. 7. Çáåðè åëåêòðè÷íå êîëî ç àìïåðìåòðà, âîëüòìåòðà, êëþ÷à òà ñï³ðàë³. äî äæåðåëà
äî äæåðåëà
Ïåðåâ³ð ïîëÿðí³ñòü ï³äêëþ÷åííÿ! Êëåìà «+» àìïåðìåòðà ïîâèííà ñï³âïàäàòè ç «+» íà äæåðåë³. ²íàêøå ñòð³ëêà ïðèëàäó â³äõèëÿòèìåòüñÿ ó ïðîòèëåæíèé á³ê. Íà ñõåì³ ïðèñòð³é ìàòèìå òàêèé âèãëÿä: 194
8. Çàìêíè åëåêòðè÷íå êîëî, îäíî÷àñíî çàçíà÷èâøè ÷àñ, íà ïðîòÿç³ ÿêîãî òè ïðîïóñêàòèìåø ñòðóì ÷åðåç ñï³ðàëü. Çàïèøè: t = ... (ñ). 9. Çàïèøè ïîêàçè ïðèëàä³â àìïåðìåòðà I = ... (À) òà âîëüòìåòðà U = ... (Â). 10. Êîëè âîäà ïðîãð³ºòüñÿ, ðîç³ìêíè êîëî òà çàïèøè ê³íöåâå çíà÷åííÿ òåìïåðàòóðè t2 = ... °C. 11. Ïðîàíàë³çóºìî ôîðìóëó (1). Íàì â³äîìî: Câîäè = 4200 Äæ/êã°C mâîäè = 100 ã = 0,1 êã t2 = ... °C t1 = ... °C Càëþì = 920 Äæ/êã°C màëþì = ... (êã) I = ... (À) t = ... (ñ). Íåâ³äîìèì çàëèøàºòüñÿ ò³ëüêè îï³ð ñï³ðàë³. U Éîãî ìè çíàéäåìî çà äîïîìîãîþ R= (Îì). çàêîíó Îìà äëÿ ä³ëÿíêè êîëà I ϳäñòàâ ó ôîðìóëó ñâî¿ çíà÷åííÿ ïîêàç³â âîëüòìåòðà òà àìïåðìåòðà. Òåïåð ìè ìîæåìî ï³äñòàâèòè ó ôîðìóëó (1) óñ³ çíà÷åííÿ òà ðîçðàõóâàòè ÊÊÄ íàãð³âà÷à. Óâàãà! Òâîº çíà÷åííÿ (çíà÷åííÿ äðîáó) îáîâ ÿçêîâî âèéäå ìåíøèì çà îäèíèöþ (íàïðèêëàä 0,47). ßêùî òè ïîáàæàºø âèðàçèòè ÊÊÄ ó â³äñîòêàõ, ðåçóëüòàò òðåáà ïîìíîæèòè íà 100% (îäåðæèø 47%).
Âèñíîâîê: ìè íàâ÷èëèñÿ âèçíà÷àòè ÊÊÄ åëåêòðîíàãð³âà÷à. Ïåðåêîíàëèñü, ùî ÊÊÄ çàâæäè ìåíøèé 100%, áî çàâæäè ³ñíóþòü «òåïëîâ³ âòðàòè» ÷åðåç òåïëîîáì³í ç íàâêîëèøí³ì ñåðåäîâèùåì. Ìè òàêîæ ñïîñòåð³ãàëè òåïëîâó ä³þ åëåêòðè÷íîãî ñòðóìó. Çàïèòàííÿ òà çàâäàííÿ, ÿê³ òîá³ ìîæóòü çàïðîïîíóâàòè 1. ßê çì³íèòüñÿ ÊÊÄ ïðèñòðîþ, ÿêùî ñï³ðàëü ðîçì³ñòèòè íå íà äí³ êàëîðèìåòðà, à á³ëÿ ïîâåðõí³ âîäè, ïðîòå ïîâí³ñòþ çàíóðèâøè ñï³ðàëü ó ð³äèíó. ßê â³äîìî, òåïëîïðîâîäí³ñòü âîäè íåâåëèêà ³ âîäà ïðîãð³ºòüñÿ çàâäÿêè êîíâåêö³¿ (à äëÿ öüîãî ¿¿ ïîòð³áíî ïðîãð³âàòè çíèçó). Ó íàøîìó âèïàäêó êîíâåêö³ÿ â³äáóâàòèñü íå áóäå. Òîìó ãîð³øí³ øàðè âîäè ìîæóòü íàâ³òü ñêèï³òè, à íèæ÷³ çàëèøàòüñÿ õîëîäíèìè. Òîìó ÊÊÄ ó öüîìó âèïàäêó çìåíøèòüñÿ. 195
2. Ó ñê³ëüêè ðàç³â çì³íèòüñÿ òåïëîâà ä³ÿ ñòðóìó Qç àáî Aç, ÿêùî ïîäâî¿òüñÿ îï³ð ñï³ðàë³? Õàé ïî÷àòêîâà Qç1 = I2Rt. Ïðè ïîäâîºíí³ îï³ð ñï³ðàë³ ñòàíîâèòèìå 2R, à ñèëà ñòðóìó, â³äïîâ³äíî, ñòàíå óäâ³÷³ ìåíøîþ. 2 I Òîä³ Qç2 = 2Rt. 2 Ïîð³âíÿºìî ö³ âèðàçè, çíàéøîâøè ¿õ ñï³ââ³äíîøåííÿ: Q ç1 I 2 Rt I2 = =2 = 2 Qç 2 I2 I ⋅2 2Rt 4 2 Qç1 = 2 Qç2. Òåïëîâà ä³ÿ ñòðóìó çìåíøóºòüñÿ ó äâà ðàçè. 3. Ó ñê³ëüêè ðàç³â çì³íèòüñÿ òåïëîâà ä³ÿ ñòðóìó Qç àáî Aç, ÿêùî ñèëà ñòðóìó çìåíøèòüñÿ óäâ³÷³? Çíîâó çàïèøåìî ïî÷àòêîâå çíà÷åííÿ åíåð㳿, ùî âèä³ëèòüñÿ 2 Qç1 = I2Rt. I Ïðè çìåíøåíí³ ñèëè ñòðóìó óäâ³÷³ áóäå Qç2 = Rt. 2 Ïîð³âíÿºìî ö³ âèðàçè, çíàéøîâøè ¿õ ñï³ââ³äíîøåííÿ: Qç1 4I 2 I 2 Rt = =4 = 2 Qç 2 I2 I Rt 2 Qç1 = 4 Qç2. Òåïëîâà ä³ÿ ñòðóìó çìåíøóºòüñÿ ó ÷îòèðè ðàçè. 4. Ïîñë³äîâíî ÷è ïàðàëåëüíî òðåáà ç ºäíàòè äâ³ îäíàêîâ³ åëåêòðîïëèòè, ùîá ê³ëüê³ñòü òåïëà ïîäâî¿ëàñÿ? Ïëèòêè òðåáà ç ºäíàòè ïàðàëåëüíî. ßêùî ìè ç ºäíàºìî ¿õ ïîñë³äîâíî, òî òèì ñàìèì çá³ëüøèìî îï³ð óäâ³÷³. À öå ïðèâîäèòü äî çìåíøåííÿ Qç óäâ³÷³ (äèâ. ïèòàííÿ 2). Ïðè ïàðàëåëüíîìó ç ºäíàíí³ îï³ð êîëà çìåíøèòüñÿ óäâ³÷³, à ñèëà ñòðóìó, â³äïîâ³äíî, óäâ³÷³ çðîñòå Qç. Qç1 = I2Rt. (2I)2 R Qç2 = t 2 2 Qç1 1 I Rt R = = = R 2 2 Qç 2 R 4I 2 t 2 Qç2 = 2 Qç1.
196
Ëàáîðàòîðíà ðîáîòà ¹11 Çáèðàííÿ åëåêòðîìàãí³òó òà âèïðîáóâàííÿ éîãî 䳿 Ìåòà ðîáîòè: ç³áðàòè åëåêòðîìàãí³ò òà äîñë³äèòè éîãî ìàãí³òíó ä³þ çà äîïîìîãîþ êîìïàñà. Òîá³ áóäóòü ïîòð³áí³: êîìïàñ, äæåðåëî ïîñò³éíîãî ñòðóìó, ðåîñòàò, âèìèêà÷ (êëþ÷), àìïåðìåòð, äåòàë³ äëÿ çáèðàííÿ åëåêòðîìàãí³òó, ç ºäíóâàëüí³ äðîòè. Ïîÿñíåííÿ òà ðåêîìåíäàö³¿ äî ðîáîòè: Òîá³ âæå çíàéîì³ ïîñò³éí³ ìàãí³òè. Ïåâíî, òè íå ðàç ñïîñòåð³ãàâ, ÿê âîíè ïðèòÿãóþòü äî ñåáå ïðåäìåòè ç çàë³çà àáî ñòàë³, ïîì³÷àâ, ùî ñòð³ëêà êîìïàñà ðåàãóº, ÿêùî äî íå¿ ï³äíåñòè ïðåäìåòè ç öèõ ðå÷îâèí. Àëå ñüîãîäí³ òè ïîçíàéîìèøñÿ ç åëåêòðè÷íèì ìàãí³òîì. Ùå ó XIX ñòîð³÷÷³ äàòñüêèé â÷åíèé Åðñòåä ïîì³òèâ, ùî ó òîé ÷àñ, êîëè ïî ïðîâ³äíèêó òå÷å ñòðóì, ïðîâ³äíèê «ä³ñòົ ìàãí³òí³ âëàñòèâîñò³. Òîáòî âåäå ñåáå ÿê ñïðàâæí³é ìàãí³ò ïðèòÿãóº äî ñåáå çàë³çí³ ïðåäìåòè, çìóøóº ïîâåðòàòèñÿ ñòð³ëêó êîìïàñà, òîùî. Ö³ ÿêîñò³ ìîæíà ïîñèëèòè, íàìîòàâøè ïðîâ³äíèê íà êàðêàñ (íàïðèêëàä, äåðåâ ÿíèé), çá³ëüøèâøè ñèëó ñòðóìó ó íüîìó òà âñòàâèâøè óñåðåäèíó çàë³çíèé ñòðèæåíü îñåðäÿ. Òàêèé ïðèñòð³é çâåòüñÿ êîòóøêîþ. Ñüîãîäí³ ìè âèâ÷èìî ¿¿ ìàãí³òí³ âëàñòèâîñò³. Âèêîíàííÿ ðîáîòè
1. Çáåðè åëåêòðè÷íå êîëî. Äëÿ öüîãî ðåîñòàò, àìïåðìåòð, êîòóøêó òà êëþ÷ ç ºäíàºìî ïîñë³äîâíî òà ïðèºäíàºìî äî äæåðåëà ïîñò³éíîãî ñòðóìó. äî äæåðåëà
äî äæåðåëà N
Íà ñõåì³ íàøå ç ºäíàííÿ âèãëÿäຠíàñòóïíèì ÷èíîì: 2. Çàìêíè êîëî. Êîëè ïî êîëó éäå åëåêS òðè÷íèé ñòðóì, íàøà êîòóøêà ñòຠN S åëåêòðîìàãí³òîì. Âèçíà÷èìî ¿¿ ïîëþñè. Äëÿ öüîãî ï³äíåñåìî äî îäíîãî ç ¿¿ ê³íö³â êîìïàñ àáî ìàãí³òíó ñòð³ëêó íà ï³äñòàâö³. Ñïîñòåð³ãàºìî çà
197
ñòð³ëêîþ. Ó íàøîìó âèïàäêó ñòð³ëêà ïîâåðíóëàñÿ ï³âí³÷íèì ïîëþñîì äî êîòóøêè. Öå îçíà÷àº, ùî ç öüîãî áîêó ó íàøî¿ êîòóøêè ï³âäåííèé ìàãí³òíèé ïîëþñ. Òîä³ íà ïðîòèëåæíîìó ê³íö³ êîòóøêè áóäå ï³âí³÷íèé ïîëþñ. 3. ³äñóíü êîìïàñ (ñòð³ëêó) â³ä êîòóøêè íà òàêó â³äñòàíü, ùîá ä³ÿ êîòóøêè áóëà ì³í³ìàëüíîþ ùîá ñòð³ëêà ëåäâå-ëåäâå â³äõèëÿëàñÿ ó á³ê êîòóøêè. 4. Ðîç³ìêíè êîëî. Âñòàâ óñåðåäèíó êîòóøêè çàë³çíå îñåðäÿ. 5. Çíîâó çàìêíè êîëî. Òè ïîáà÷èø, ùî ä³ÿ íà ìàãí³òíó ñòð³ëêó çíà÷íî ïîñèëèëàñÿ! 6. Âèäàëè îñåðäÿ ç êîòóøêè (ïîïåðåäíüî ðîç³ìêíè êîëî). 7. Çíîâó çàìêíè êîëî. Çà äîïîìîãîþ ðåîñòàòà (ïëàâíî ðóõàþ÷è éîãî ïîâçóíîê) äîñÿãíè çá³ëüøåííÿ ñèëè ñòðóìó ó êîë³. Ïðè öüîìó îð³ºíòóéñÿ íà ïîêàçè àìïåðìåòðà. ² òè ïîáà÷èø, ùî ä³ÿ íà ìàãí³òíó ñòð³ëêó çíîâó çíà÷íî çá³ëüøèëàñÿ. 8. ³çüìè äâ³ êîòóøêè òà ç ºäíàé ¿õ ì³æ ñîáîþ òàê, ùîá íà ¿õ â³ëüíèõ ê³íöÿõ ñòâîðèëèñÿ ð³çíî³ìåíí³ ìàãí³òí³ ïîëþñè. Ïåðåâ³ðèòè öå ìîæíà çà äîïîìîãîþ êîìïàñó àáî ìàãí³òíî¿ ñòð³ëêè íà ï³äñòàâö³. Òàêèé ïðèñòð³é çâåòüñÿ ï³äêîâîïîä³áíèì ìàãí³òîì. 9. Çàìàëþé ñõåìó ç ºäíàííÿ, ÿêå óòâîðèëîñÿ.
Âèñíîâîê: íàâêðóãè ïðîâ³äíèêà ³ç ñòðóìîì çàâæäè ³ñíóº ìàãí³òíå ïîëå, ÿêå ìîæíà âèÿâèòè çà éîãî 䳺þ íà ìàãí³òíó ñòð³ëêó. ×èì á³ëüøå ñèëà ñòðóìó ó ïðîâ³äíèêó, òèì ñèëüí³øå âèÿâëÿþòüñÿ ìàãí³òí³ âëàñòèâîñò³. Íàÿâí³ñòü îñåðäÿ òàêîæ çá³ëüøóº ìàãí³òí³ âëàñòèâîñò³ åëåêòðîìàãí³òó. Çàïèòàííÿ òà çàâäàííÿ, ÿê³ òîá³ ìîæóòü çàïðîïîíóâàòè 1. Çàìàëþéòå ìàãí³òíå ïîëå êîòóøêè, âêàçàâøè íàïðÿìîê ñòðóìó òà íàïðÿìîê ñèëîâèõ ë³í³é. Çàìàëþºìî ôðàãìåíò åëåêòðè÷íîN ãî êîëà. Çîáðàçèìî êîòóøêó òàê, ÿê ¿¿ áóëî ï³äêëþ÷åíî ó íàøîìó äîñë³ä³. à) âêàæåìî íàïðÿìîê ñòðóìó ó âèòêàõ êîòóøêè. Çãàäàºìî, ùî ñòðóì ó êîë³ òå÷å â³ä «+» äî « »; S á) çàñòîñóºìî ïðàâèëî ïðàâî¿ ðóêè: ïðàâó ðóêó íàêëàäåìî äîëîíåþ íà âèòêè êîòóøêè òàê, ùîá 198
â) 2.
3.
4.
÷îòèðè ïàëüö³ âêàçóâàëè íàïðÿìîê ñòðóìó ó N âèòêàõ. Òîä³ âåëèêèé ïàëåöü âêàæå íà ï³âí³÷íèé ïîëþñ êîòóøêè; íàìàëþºìî ñèëîâ³ ë³í³¿ ìàãí³òíîãî ïîëÿ çàìêíóò³ êðóãè, ÿê³ «âèõîäÿòü» ç ï³âí³÷íîãî ïîëþñó òà «âõîäÿòü» ó ï³âäåííèé. S ×è çàâæäè îäíîéìåíí³ ïîëþñè ïîñò³éíèõ ìàãí³ò³â â³äøòîâõóþòüñÿ? ×îìó? Íå çàâæäè. Ïðè âçàºìî䳿 ñèëüíîãî òà â³äíîñíî ñëàáêîãî ïîñò³éíèõ ìàãí³ò³â ¿õ îäíîéìåíí³ ïîëþñè ìîæóòü ïðèòÿãóâàòèñü âíàñë³äîê ïåðåìàãí³÷óâàííÿ. ×è çàâæäè ïîñò³éíèé ìàãí³ò ìຠò³ëüêè äâà ïîëþñè? Íå çàâæäè. ×èñëî ïîëþñ³â ïîñò³éíîãî ìàãí³òó ìîæå áóòè áóäü-ÿêèì (àëå íå ìåíøå äâîõ). Öå ÷èñëî çàëåæèòü â³ä êîíô³ãóðàö³¿ ïîëÿ, ÿêå ä³ÿëî ïðè âèãîòîâëåíí³ äàíîãî ìàãí³òó. Íàêðåñë³òü ñõåìó åëåêòðîìàãí³òíîãî ï³äéîìíîãî êðàíó, ï³äéîìíó ñèëó ÿêîãî ìîæíà ðåãóëþâàòè. ϳäéîìíó ñèëó áóäåìî ðåãóëþâàòè çà äîïîìîãîþ ñèëè ñòðóìó ó êîë³. Äëÿ öüîãî ó êîëî âñòàíîâèìî ðåîñòàò. êîíòàêòíà ïðóæèíà ï³äêîâîïîä³áíèé åëåêòðîìàãí³ò çàë³çíà ïëàñòèíà-ÿê³ð ìîëîòî÷îê äçâ³íêîâà ÷àøà
5. Íàêðåñë³òü ñõåìó åëåêòðè÷íîãî äçâ³íêà. 6. ßêèé ïîëþñ ìàãí³òíî¿ ñòð³ëêè áóäå â³äøòîâõóâàòèñü â³ä ïðàâîãî («+») ê³íöÿ êîòóøêè ³ç ñòðóìîì? Ñòðóì ó êîë³ òå÷å â³ä «+» äî « ». Ç öüîãî âèò³êàº, ùî ñòðóì ïî âèòêàõ òå÷å òàê, ÿê öå ïîêàçàíî íà ìàëþíêó. N S Âèêîðèñòîâóþ÷è ïðàâèëî ïðàâî¿ ðóêè, âñòàíîâëþºìî ïîëþñè êîòóøêè. Ñïðàâà ìàºìî ï³âäåííèé ïîëþñ. ³äïîâ³äíî, â³ä ïðàâîãî ê³íöÿ áóäå â³äøòîâõóâàòèñü ï³âäåííèé ïîëþñ ìàãí³òíî¿ ñòð³ëêè.
199
Ëàáîðàòîðíà ðîáîòà ¹12 Âèâ÷åííÿ âëàñòèâîñòåé ìàãí³òó òà îäåðæàííÿ ìàãí³òíèõ ñïåêòð³â Ìåòà ðîáîòè: åêñïåðèìåíòàëüíî âèâ÷èòè âëàñòèâîñò³ ïîñò³éíèõ ìàãí³ò³â, íàâ÷èòèñÿ îäåðæóâàòè ìàãí³òí³ ñïåêòðè. Òîá³ áóäóòü ïîòð³áí³: ïîëîñîâ³ ìàãí³òè (äâà), ï³äêîâîïîä³áíèé ìàãí³ò (îäèí), êîìïàñ àáî ìàãí³òíà ñòð³ëêà íà ï³äñòàâö³, êîðîáêà ç çàë³çíèìè îøóðêàìè, àðêóø êàðòîíó òà àðêóø á³ëîãî ïàïåðó. 1. à)
á) â)
ã)
2.
Âèêîíàííÿ ðîáîòè Âèçíà÷èìî ïîëþñè ìàãí³òó. çàíóðèìî ïîëîñîâèé ìàãí³ò ó çàë³çí³ îøóðêè. ϳñëÿ âèòÿãàííÿ, ìè ïîáà÷èìî, ùî îøóðêè ïðèëèïàþòü ó âèãëÿä³ ãóñòî¿ «áîðîäè» äî ê³íö³â ìàãí³òó, àëå íå ïðèëèïàþòü äî éîãî ñåðåäèíè; çàìàëþéìî ïîáà÷åíå; çàíóðèìî â îøóðêè ï³äêîâîïîä³áíèé ìàãí³ò. Âèòÿãíåìî éîãî òà çàìàëþºìî ïîáà÷åíå. Çíîâó ïîì³÷àºìî, ùî íàéñèëüí³øå îøóðêè ïðèòÿãóþòüñÿ äî ê³íö³â ìàãí³òó òà ôàêòè÷íî íå ïðèòÿãóþòüñÿ äî éîãî ñåðåäèíè. Çðîáèìî âèñíîâîê: ò³ ÷àñòèíè ïîâåðõí³ ìàãí³òó, äëÿ ÿêèõ ïðèòÿãóâàííÿ çàë³çíèõ ïðåäìåò³â âèÿâëÿºòüñÿ íàéñèëüí³øå, çâóòüñÿ ïîëþñàìè ìàãí³òó. Òà ÷àñòèíà, äëÿ ÿêî¿ ñèëè ïðèòÿãóâàííÿ íå âèÿâëÿþòüñÿ àáî äóæå ñëàáê³, çâåòüñÿ íåéòðàëüíîþ çîíîþ ìàãí³òó. Ó ðîçãëÿíóòèõ íàìè ìàãí³ò³â äâà ïîëþñè íà ê³íöÿõ òà íåéòðàëüíà çîíà ì³æ íèìè; ï³äíåñåìî ìàãí³òíó ñòð³ëêó äî îäíîãî ç ê³íö³â ìàãí³òó. Áà÷èìî, ùî ñòð³ëêà ïîâåðíóëàñÿ äî ìàãí³òó ï³âí³÷íèì ïîëþñîì. Ðîáèìî âèñíîâîê ç öüîãî áîêó S N ó ìàãí³òà ï³âäåííèé ïîëþñ. ³äïîâ³äíî, ç ïðîòèëåæíîãî áîêó ï³âí³÷íèé. Âèâ÷àºìî âçàºìîä³þ ìàãí³òó ç ð³çíèìè ðå÷îâèíàìè. ²ñíóº ïîìèëêîâà äóìêà, ùî äî ìàãí³òó ïðèòÿãóþòüñÿ óñ³ ìåòàëè. Àëå öå íå òàê. Êðàùå çà âñå äî ìàãí³òó ïðèòÿãóþòüñÿ ïðåäìåòè ³ç ñòàë³, çàë³çà. Äîáðå ïðèòÿãóþòüñÿ í³êåëü, êîáàëüò, ñïëàâè îëîâà, êðåìí³þ (ñ³ë³ö³þ) òà ìàðãàíöþ. Àëå
200
3. à) á) â) ã)
4. à) á)
ì³äü, çîëîòî, öèíê, ïàï³ð, äåðåâî, ïëàñòìàñà íå áóäóòü ïðèòÿãóâàòèñü äî ìàãí³òó. Âèâ÷àºìî ìàãí³òíèé ñïåêòð. íà êàðòîí ïîêëàäè àðêóø á³ëîãî ïàïåðó; àêóðàòíî òîíêèì øàðîì íàñèï íà àðêóø ìåòàëåâ³ îøóðêè; çíèçó ï³äíåñè ìàãí³ò; çëåãêà ïîñòóêóþ÷è ïàëüöåì ïî êàðòîíó, äàé îøóðêàì ìîæëèâ³ñòü â³ëüíî ïåðåñóâàòèñÿ ïî àðêóøó. Òè ïîáà÷èø êàðòèíó, ÿêà íàâåäåíà íà ìàëþíêó. Öåé ìàëþíîê äຠóÿâëåííÿ ïðî êàðòèíó ìàãí³òíîãî ïîëÿ ïîëîñîâîãî ìàãí³òó. Çàìàëþºìî ñïåêòð ìàãí³òíîãî ïîëÿ äëÿ äâîõ âèïàäê³â: ìàãí³òè îáåðíåí³ îäèí äî îäíîãî îäíîéìåííèìè ïîëþñàìè (ìàëþíîê çë³âà); N N ìàãí³òè îáåðíåí³ îäèí äî N S îäíîãî ð³çíî³ìåííèìè ïîëþñàìè (ìàëþíîê ñïðàâà).
Âèñíîâîê: íà ñüîãîäí³øíüîìó óðîö³ ìè âèâ÷èëè âëàñòèâîñò³ ïîñò³éíèõ ìàãí³ò³â òà âñòàíîâèëè, ùî ó áóäü-ÿêîãî ìàãí³òó º íå ìåíøå äâîõ ïîëþñ³â îáëàñòåé, ó ÿêèõ ìàãí³òí³ âëàñòèâîñò³ âèÿâëÿþòüñÿ ñèëüí³øå çà âñå; º íåéòðàëüíà çîíà, ó ÿê³é ìàãí³òí³ âëàñòèâîñò³ ïðàêòè÷íî â³äñóòí³. Âñòàíîâèëè, ùî äî ìàãí³ò³â ïðèòÿãóþòüñÿ ïðåäìåòè ³ç çàë³çà òà äåÿêèõ ³íøèõ ìåòàë³â. Ìè íàâ÷èëèñü çîáðàæóâàòè ñïåêòð ìàãí³òíîãî ïîëÿ ñèëîâ³ ë³í³¿, ïîáà÷èëè, ùî ö³ ë³í³¿ º çàìêíóòèìè êîëàìè. Çàïèòàííÿ òà çàâäàííÿ, ÿê³ òîá³ ìîæóòü çàïðîïîíóâàòè 1. ×è áóäå ìàãí³ò ä³ÿòè íà êîìïàñ, ÿêùî ì³æ íèìè ïîì³ñòèòè ðóêó? Áóäå, áî ëþäñüêå ò³ëî íå åêðàíóº êîìïàñ â³ä ìàãí³òó. 2. Ìàºìî äâà çàë³çí³ ñòðèæí³. Îäèí ç íèõ º ìàãí³òîì, à äðóãèé í³. ßê âèçíà÷èòè ÿêèé ç ñòðèæí³â º ìàãí³òîì? Òðåáà ñêëàñòè ö³ ñòðèæí³ ó âèãëÿä³ ë³òåðè «Ò». ¹2 ßêùî ñòðèæåíü ¹1 º ìàãí³òîì, òî ñòðèæåíü ¹2 ïðèòÿãíåòüñÿ äî íüîãî. À ÿêùî æ ìàãí³òîì º ñòðèæåíü ¹2, òî ïðèòÿãóâàííÿ íå áóäå, áî ¹1 ñòðèæåíü ¹1 çíàõîäèòüñÿ ó ðàéîí³ íåéòðàëüíî¿ çîíè (òîáòî áëèçüêî ñåðåäèíè) äðóãîãî ñòðèæíÿ. 201
Ëàáîðàòîðíà ðîáîòà ¹13 Çáèðàííÿ òà âèïðîáóâàííÿ ìîäåë³ åëåêòðîäâèãóíà ïîñò³éíîãî ñòðóìó Ìåòà ðîáîòè: íàâ÷èòèñü çáèðàòè åëåêòðîäâèãóí, îçíàéîìèòèñü ç éîãî áóäîâîþ, ç ÿñóâàòè, â³ä ÷îãî çàëåæèòü íàïðÿì îáåðòàííÿ éîãî ðóõîìî¿ ÷àñòèíè (ÿêîðÿ). Òîá³ áóäóòü ïîòð³áí³: äæåðåëî ïîñò³éíîãî ñòðóìó, êëþ÷, ç ºäíóâàëüí³ äðîòè, íàá³ð äåòàëåé äëÿ çáèðàííÿ åëåêòðîäâèãóíà. Ïîÿñíåííÿ òà ðåêîìåíäàö³¿ äî ðîáîòè: Åëåêòðîäâèãóí ñêëàäàºòüñÿ ç ðóõîìî¿ ÷àñN òèíè, ÿêà çâåòüñÿ ÿêîðåì òà íåðóõîìî¿ ÷àñòèíè çâåòüñÿ ñòàòîðîì. Ðîçãëÿíåìî óñòð³é ÿêîðÿ. Îáìîòêà ñêëàäàºòüñÿ ç âåëèêî¿ ê³ëüêîñò³ âèòê³â äðîòó (íà ìàëþíêó âèòêè ïîêàçàí³ êðóæàëüöÿìè). Ö³ âèòêè âêëàäàþòü ó ïàçè (ïðîð³çè), ÿê³ çðîáS ëåí³ âçäîâæ áîêîâî¿ ïîâåðõí³ çàë³çíîãî öèë³íäðà. Öåé öèë³íäð ïîòð³áíèé äëÿ ïîñèëåííÿ ìàãí³òíîãî ïîëÿ. Ìàãí³òíå ïîëå, ó ÿêîìó îáåðòàºòüñÿ ÿê³ð, ó òàêîãî äâèãóíà ñòâîðþºòüñÿ àáî ïîñò³éíèìè ìàãí³òàìè, àáî åëåêòðîìàãí³òîì, ÿêèé æèâèòüñÿ ñòðóìîì â³ä òîãî æ äæåðåëà, ùî é îáìîòêà ÿêîðÿ. Âèêîíàííÿ ðîáîòè 1. Óâàæíî ðîçãëÿíü äåòàë³ ç íàáîðó äëÿ çáèðàííÿ åëåêòðîäâèãóíà. Ïåðåâ³ð ÷è â³ðíî âñòàíîâëåí³ ù³òêè (ìåòàëåâ³ ïëàñòèíè äëÿ ï³äâåäåííÿ ñòðóìó â³ä äæåðåëà äî ðàìêè. Îäíà ù³òêà çàâæäè ç ºäíàíà ç ïîçèòèâíèì ïîëþñîì äæåðåëà, à äðóãà ç íåãàòèâíèì). Ù³òêè ïîâèíí³ áóòè äîñòàòíüî íàä³éíî ïðèòèñíóò³ ñèëîþ ñâ ïðóæíîñò³, àëå íå ñòâîðþâàòè, ðàçîì ç òèì, ãàëüìóâàííÿ. 2. Çáåðè åëåêòðîäâèãóí. Îáìîòêè ÿêîðÿ òà åëåêòðîìàãí³òó ç ºäíàé ïîñë³äîâíî. 3. Ïðèºäíàé åëåêòðîäâèãóí äî äæåðåëà ñòðóìó. Äî öüîãî êîëà ïðèºäíàé òàêîæ âèìèêà÷ (êëþ÷). 4. Çàìêíè êîëî. Ñïîñòåð³ãàé çà îáåðòàííÿì ÿêîðÿ åëåêòðîäâèãóíà. 5. Çì³íè íàïðÿìîê ñòðóìó â îáìîòö³ åëåêòðîäâèãóíà íà ïðîòèëåæíèé. Çâåðíè óâàãó ùî çì³íèëîñÿ â îáåðòàíí³ ÿêîðÿ. 202
6. Òåïåð çì³íè íàïðÿìîê ñòðóìó ó îáìîòö³ ÿêîðÿ. Çâåðíè óâàãó íà íàïðÿìîê, ó ÿêîìó òåïåð îáåðòàòèìåòüñÿ ÿê³ð. 7. Çì³íè íàïðÿìîê ñòðóìó îäíî÷àñíî ó îáìîòêàõ ³ ÿêîðÿ, ³ äâèãóíà. Çâåðíè óâàãó íà íàïðÿìîê, ó ÿêîìó òåïåð îáåðòàºòüñÿ ÿê³ð. Ïîð³âíÿé éîãî ç íàïðÿìêîì, ÿêèé áóâ ó ñàìîìó ïåðøîìó âèïàäêó.
Âèñíîâîê: ìè íàâ÷èëèñü çáèðàòè íàéïðîñò³øèé åëåêòðîäâèãóí, ïåðåêîíàëèñü íà äîñâ³ä³, ùî â³í ñêëàäàºòüñÿ ç ðóõîìî¿ (ÿêîðÿ) òà íåðóõîìî¿ ÷àñòèí (¿¿ ðîëü âèêîíóº åëåêòðîìàãí³ò). Ìè ñïîñòåð³ãàëè, ÿê ìîæíà çì³íèòè íàïðÿìîê îáåðòàííÿ åëåêòðîäâèãóíà. Çàïèòàííÿ òà çàâäàííÿ, ÿê³ òîá³ ìîæóòü çàïðîïîíóâàòè 1. ßê³ ïåðåâàãè åëåêòðè÷íèõ äâèãóí³â ó ïîð³âíÿíí³ ç ³íøèìè âèäàìè äâèãóí³â? Åëåêòðîäâèãóíè åêîëîã³÷íî áåçïå÷í³, âîíè á³ëüø íàä³éí³. Âîíè ìàþòü âèñîêèé êîåô³ö³ºíò êîðèñíî¿ ä³¿ (ìîæå äîñÿãàòè 98%). Êð³ì òîãî, åëåêòðîäâèãóí äîçâîëÿº ïðàêòè÷íî ìèòòºâî âèêîíàòè ðåâåðñóâàííÿ (çì³íèòè íàïðÿì îáåðòàííÿ íà ïðîòèëåæíå), ùî âàæëèâî äëÿ ìàøèí òà ñóäåí. 2. ßê³ åëåêòðîäâèãóíè º ó âàñ âäîìà? Åëåêòðîäâèãóíè âñòàíîâëåí³ ó ïðàëüí³é ìàøèí³, âåíòèëÿòîð³, êàâîìîëö³, ì³êñåð³ òîùî.
Ëàáîðàòîðíà ðîáîòà ¹14 Îäåðæàííÿ çîáðàæåíü çà äîïîìîãîþ çáèðàþ÷î¿ ë³íçè Ìåòà ðîáîòè: çà äîïîìîãîþ çáèðàþ÷î¿ ë³íçè îäåðæàòè óñ³ âèäè çîáðàæåíü, ÿê³ âîíà ìîæå äàâàòè òà âèçíà÷èòè ôîêóñíó â³äñòàíü òà îïòè÷íó ñèëó ë³íçè. Òîá³ áóäóòü ïîòð³áí³: çáèðàþ÷à ë³íçà íà ï³äñòàâö³, åêðàí, äæåðåëî ñâ³òëà (ñâ³÷êà àáî åëåêòðè÷íà ëàìïà ç ïðÿìîþ íèòêîþ ðîçæàðþâàííÿ), ë³í³éêà. Ïîÿñíåííÿ òà ðåêîìåíäàö³¿ äî ðîáîòè: ˳íçà º ñêëàäîâîþ ÷àñòèíîþ áàãàòüîõ îïòè÷íèõ ïðèëàä³â (îêóëÿðè, òåëåñêîï, ì³êðîñêîï, ïðîåêö³éíèé àïàðàò, òîùî). 203
Çà ñâîºþ 䳺þ ë³íçè ðîçä³ëÿþòüñÿ íà çáèðàþ÷³ òà ðîçñ³þþ÷³. Ïåðåêîíàéñÿ, ùî ïåðåä òîáîþ çáèðàþ÷à ë³íçà (ñêëî ó öåíòð³ ïîâèííî áóòè äåùî òîâùèì, í³æ ïî êðàÿõ äîòîðêíèñü äî ë³íçè, ³ öå â³äðàçó áóäå â³ä÷óòíî). Ó çàëåæíîñò³ â³ä òîãî, íà ÿê³é â³äñòàí³ áóäå çíàõîäèòèñü ïðåäìåò â³ä ë³íçè, ìîæíà îäåðæàòè óñ³ âèäè çîáðàæåíü öüîãî ïðåäìåòà çá³ëüøåíå, çìåíøåíå, ó íàòóðàëüíèé ðîçì³ð, ïðÿìå òà ïåðåâåðíóòå, ä³éñíå òà óÿâëåíå. Ùîïðàâäà, ïðÿìå óÿâëåíå çîáðàæåííÿ îäåðæàòè íà åêðàí³ íå âäàñòüñÿ éîãî ìîæíà áóäå ò³ëüêè ñïîñòåð³ãàòè ÷åðåç ë³íçó.
Âèêîíàííÿ ðîáîòè
1. Ðîçì³ñòè íà ñòîë³ ë³íçó, åêðàí òà äæåðåëî ñâ³òëà íà îäí³é ë³í³¿. 2. Ïåðåñóâàþ÷è åêðàí òà ë³íçó, äîñÿãíè îäåðæàííÿ íà åêðàí³ çìåíøåíîãî ïåðåâåðíóòîãî çîáðàæåííÿ ñâ³÷êè. 3. Ïîáóäóé îäåðæàíå çîáðàæåííÿ. Äëÿ öüîãî: à) çîáðàçè çáèðàþ÷ó ë³íçó; á) ïðîâåäè ãîëîâíó îïòè÷íó â³ñü ïðÿìó, ÿêà ïðîõîäèòü ÷åðåç îïòè÷íèé öåíòð ë³íçè, ïåðïåíäèêóëÿðíî äî íå¿; â) ñèìåòðè÷íî ç îáîõ áîê³â â³äì³òü ôîêóñíó â³äñòàíü òà ïîäâîºíó ôîêóñíó â³äñòàíü (äîâæèíó öèõ â³äð³çê³â îáèðàºø äîâ³ëüíî); ã) ïðåäìåò (ó íàøîìó âèïàäêó öå ïîëóì ÿ 2F F F 2F ñâ³÷êè) çîáðàçèìî óìîâíî ó âèãëÿä³ ñòð³ëî÷êè. Ðîçòàøóºìî ïðåäìåò çà ïîäâ³éíîþ ôîêóñíîþ â³äñòàííþ ñàìå ó öüîìó âèïàäêó çîáðàæåííÿ áóäå ïåðåâåðíóòèì òà çìåíøåíèì; 2F F F 2F ´) äëÿ ïîáóäîâè çîáðàæåííÿ îáèðàºìî äâà ïðîìåí³, õ³ä ÿêèõ çàâ÷àñíî â³äîìèé: ïðîì³íü ¹1 â³í ïðîõîäèòü ÷åðåç îïòè÷íèé öåíòð ë³íçè áåç çàëîìëåííÿ, F 2F ïðîì³íü ¹2 ïàäຠíà ë³íçó ïåðïåíäèêóëÿðíî, ï³ñëÿ 2F F ¹1 ë³íçè ïðîõîäèòü ÷åðåç ¿¿ ãîëîâíèé ôîêóñ. ¹2 204
Òî÷êà ïåðåòèíó öèõ äâîõ ïðîìåí³â äàñòü íàì çîáðàæåííÿ ê³íöÿ ñòð³ëî÷êè. Ïîáóäîâó çàê³í÷åíî. Îäåðæàíå çîáðàæåííÿ: ïåðåâåðíóòå, çìåíøåíå, ä³éñíå. 4. Ïîòèõåíüêó ï³äñóíü ñâ³÷êó áëèæ÷å äî ë³íçè (ñë³äêóé çà çîáðàæåííÿì íà åêðàí³). Ó òîé ìîìåíò, êîëè íà åêðàí³ ç ÿâèòüñÿ ÷³òêå çîáðàæåííÿ ïîëóì ÿ ñâ³÷êè ó íàòóðàëüíîìó ðîçì³ð³, ïðèïèíè ïåðåñóâàííÿ ñâ³÷êè. Òâîÿ ñâ³÷êà çàðàç çíàõîäèòüñÿ íà â³äñòàí³, ÿêà äîð³âíþº ïîäâîºí³é ôîêóñí³é â³äñòàí³. Âè2F 2F ì³ðÿé öþ â³äñòàíü çà äîïîìîãîþ ë³í³éêè. Çàïèøè: 2F = ... (ñì). Ðîçä³ëè íà 100 ³ îäåðæèø ðåçóëüòàò ó ìåòðàõ. F = âèì³ðÿíà â³äñòàíü (ì) : 2 = ... (ì) Âèðàõóºìî îïòè÷íó ñèëó ë³íçè D. Îïòè÷íà ñèëà âèì³ðþºòüñÿ ó ä³îïòð³ÿõ (ñêîðî÷åíî äïòð). 1 D= = ... (äïòð). F ϳäñòàâ ó ôîðìóëó ñâîº çíà÷åííÿ ôîêóñíî¿ â³äñòàí³ ó ìåòðàõ. F 2F Âèêîíàé ïîáóäîâó çîáðàæåííÿ ó öüîìó âèïàäêó. 2F F Çîáðàæåííÿ ïåðåâåðíóòå, ó íàòóðàëüíîìó ðîçì³ð³, ä³éñíå. 5. Çíîâó ïåðåñóâàé ñâ³÷êó äî ë³íçè. Òè ìàºø îäåðæàòè ïåðåâåðíóòå çá³ëüøåíå çîáF 2F ðàæåííÿ. Âèêîíàé ïîáóäîâó 2F F öüîãî çîáðàæåííÿ. Çîáðàæåííÿ ïåðåâåðíóòå, çá³ëüøåíå, ä³éñíå. 6. Çíîâó ïåðåñóâàé ñâ³÷êó äî ë³íçè. Òè ïîì³òèø, ùî ó ÿêèéñü ìîìåíò çîáðàæåííÿ çíèêíå. Öå îçíà÷àº, ùî òâîÿ ñâ³÷êà çàðàç çíàõîäèòüñÿ íà â³äñòàí³, ÿêà äîð³âíþº ôîêóñí³é â³äñòàí³. À ó öüîìó âèïàäêó ë³íçà íå äຠçîáðàæåííÿ. Äî ðå÷³, ìîæåø ë³í³éêîþ âèì³ðÿòè â³äñòàíü â³ä ñâ³÷êè äî ë³íçè òà ïåðåêîíàòèñü, ùî ïðàâèëüíî éîãî ðîçðàõóâàâ ó ïóíêò³ 4. 7. Ïðè ïîäàëüøîìó íàáëèæåíí³ ñâ³÷êè äî ë³íçè îäåðæàòè çîáðàæåííÿ íà åêðàí³ íåìîæëèâî. Àëå, ïîäèâèâøèñü íà ñâ³÷205
êó ÷åðåç ë³íçó, òè ïîáà÷èø ¿¿ ó çá³ëüøåíîìó âèãëÿä³ (ÿê ÷åðåç ëóïó). Ó öüîìó âèïàäêó çîáðàæåííÿ áóäå ïðÿìå, çá³ëüøåíå òà óÿâíå.
Âèñíîâîê: ìè îäåðæàëè óñ³ ìîæëèâ³ âèäè çîáðàæåíü çà äîïîìîãîþ çáèðàþ÷î¿ ë³íçè, âèçíà÷èëè ¿¿ ôîêóñíó â³äñòàíü òà ðîçðàõóâàëè îïòè÷íó ñèëó. Ìè ç ÿñóâàëè óìîâè, çà ÿêèõ çáèðàþ÷à ë³íçà íå äຠçîáðàæåííÿ. Çàïèòàííÿ òà çàâäàííÿ, ÿê³ òîá³ ìîæóòü çàïðîïîíóâàòè 1. ßê³ çîáðàæåííÿ ìîæíà îäåðæàòè çà äîïîìîãîþ ðîçñ³þþ÷èõ ë³íç? Ðîçñ³þþ÷à ë³íçà äຠçìåíøåíå, ïðÿìå óÿâíå çîáðàæåííÿ. 2. Äå çíàõîäÿòü âæèòîê çáèðàþ÷³ òà ðîçñ³þþ÷³ ë³íçè? Ïåðø çà âñå îêóëÿðè. Çáèðàþ÷³ ë³íçè äëÿ êîðåêö³¿ äàëåêîçîðîñò³, à ðîçñ³þþ÷³ äëÿ êîðåêö³¿ êîðîòêîçîðîñò³. Òàêîæ ó ôîòîàïàðàòóð³ (íàé÷àñò³øå êîðîòêîôîêóñíà çáèðàþ÷à ë³íçà), ëóïà (çáèðàþ÷à ë³íçà), ì³êðîñêîï (âåëèêà ê³ëüê³ñòü ë³íç ç ð³çíèìè ÿêîñòÿìè), òåëåñêîï (çáèðàþ÷³ òà ðîçñ³þþ÷³ ë³íçè). 3. Íàêðåñë³òü õ³ä ïðîìåí³â ó ïðîåêö³éíîìó àïàðàò³. ßêèì ÷èíîì ïðè öüîìó ìîæíà çá³ëüøèòè çîáðàæåííÿ ïðåäìåò³â? Ïðîåêö³éíèé àïàðàò ïðèçíà÷åíèé äëÿ ïðîåêö³þâàííÿ íà åêðàí çá³ëüøåíîãî çîáðàæåííÿ ç ìàëåíüêîãî êàäðó (íàïðèêëàä ³ç ñëàéäó). Äëÿ îäåðæàííÿ òàêîãî çîáðàæåííÿ, êàäð ïîòð³áíî ðîçì³ñòèòè â³ä çáèðàþ÷î¿ ë³íçè íà â³äñòàí³, ÿêà ìåíøà â³ä ïîäâîºíî¿ ôîêóñíî¿ â³äñòàí³, òà îñâ³òèòè öåé êàäð. Íà ìàëþíêó ïðåäñòàâëåíèé õ³ä ïðîìåí³â. Íà åêðàí³ îäåðæóºìî ïåðåâåðíóòå çá³ëüøåíå ä³éñíå F 2F çîáðàæåííÿ. 2F F
206