Фізика - 19
пошук
Погода в Баварії
| -1 ° | -1 ° | 2 ° | -5 ° | 0 ° |
| -1 ° | -1 ° | 2 ° | -4 ° | -2 ° |
Вночі зі заходу сніг, мінімальна від -5 до -1 градуса
дорожнього руху
зміст
Поки ми розглядали лише прості схеми - вони містили лише один електричний компонент. У цьому епізоді зараз розглядаються схеми, що складаються з двох або більше компонентів.
Статус: 08.09.2016 | архів
Послідовність поділена на такі розділи:
Розгалужена схема - Зміст
- 1. Схеми з декількома компонентами
- 2. Серійне та паралельне з'єднання
- 3. Програми та правила Кірхгофа
- 4. Питомий опір
- 5. Ізолятор - напівпровідник - провідник - надпровідник
1. Схеми з декількома компонентами
Приклад паралельного з'єднання: кілька сокетів
Ви знайомі з багатьма програмами з повсякденного життя, коли кілька пристроїв або компонентів працюють одночасно з одним джерелом електроенергії. Найяскравіший приклад - кілька розеток, які дозволяють підключити лампу, комп’ютер і монітор, наприклад, до однієї розетки. Кожен із цих пристроїв можна вмикати окремо, і він працює незалежно від інших. Пристрої тут підключені «паралельно». Іншим прикладом "паралельного з'єднання" є галогенне освітлення: один трансформатор забезпечує подвійну лінію, протягнуту в приміщенні, нешкідливою низькою напругою 12 вольт. Тому кожна підключена галогенна лампа працює незалежно від інших на 12 В.
Приклад послідовного з'єднання: освітлення ялинки
Прикладом «послідовного з’єднання» є освітлення ялинки. Спільний контур усіх ламп недорогий, оскільки 15 з 15-вольтових ламп можуть забезпечувати загальною напругою близько 225 В без трансформатора. Якщо одна з ламп відкручена, ланцюг переривається, і всі лампи гаснуть разом.
2. Серійне та паралельне з'єднання
Експериментальна установка для демонстрації падіння напруги
Коли декілька компонентів мають спільну напругу, термін "падіння напруги" стає важливим. Це означає часткову напругу, яка відводиться на частині загального резистора. Модельний експеримент з провідною смугою показує взаємозв'язок між частковим опором і частковою напругою: чим вужча смужка, тим більший опір і падіння напруги.
Послідовне підключення
Формули для послідовного з'єднання
Ці чотири формули можна отримати для послідовного з'єднання.
Експериментальне встановлення
Пристрої з'єднані послідовно, сума парціальних напруг дорівнює загальній напрузі.
Дивовижний експеримент: Велосипедне світло на 6 В і лампочка на 230 В підключені послідовно і з'єднані разом із 230 В. Обидва вони блищать приблизно нормальною яскравістю. Пояснення забезпечується арифметичною задачею.
Паралельне підключення
Формули паралельного з'єднання
Якщо паралельно до джерела живлення підключено два резистори, тоді застосовуються різні закони. Цього разу один із них каже, що часткові потоки складаються із загальним потоком.
Експериментальне встановлення
Ось так виглядає експериментальна установка для паралельного з'єднання з розгалуженими вузлами
3. Програми та правила Кірхгофа
Навіть найскладнішу схему можна побудувати поштучно з простих послідовних та паралельних схем, ось чому чотири формули для паралельних та послідовних схем пояснюють багато застосувань. Спочатку досліджується «потенціометр». Резистор забезпечений третім контактом. Будь-яку частку загального опору можна відібрати за допомогою шліфувального механізму. Відповідно, будь-які часткові напруги загальної напруги отримуються між цим ковзним контактом і одним із двох нерухомих контактів. Таким чином, може бути реалізована "схема затемнення".
Експериментальна установка для транзисторної схеми,
Потенціометр також може служити регульованим резистором. Якщо, наприклад, він послідовно підключений до LDR (світлочутливого резистора), часткову напругу на LDR можна відрегулювати до відповідного значення, вибравши резистор потенціометра. Це потрібно для транзисторної схеми, яка вмикає лампу саме тоді, коли яскравість струму падає. Ця схема також показує межі простих розрахунків у розгалужених схемах. Якщо опір більше не є постійним, як у LDR або транзисторі, то доцільно використовувати більш загальні правила для мереж живлення. Кожне одне правило струму та напруги відоме як правило Кірхгофа.
Правило вузла:
На кожному розгалуженому вузлі сума струмів, що надходять, дорівнює сумі струмів, що витікають.
Правило сітки:
Якщо скласти всі часткові напруги на будь-якому шляху струму від одного полюса джерела живлення до іншого, ви завжди отримуєте загальну напругу.
4. Питомий опір
Лінії високої напруги: алюміній та фарфор довели свою користь.
Для постачання електроенергії потрібні як матеріали, які дуже добре проводять електрику, так і навпаки. У високовольтних лініях алюмінію віддають перевагу міді, оскільки він проводить лише трохи гірше, але набагато легше і, насамперед, набагато дешевше. Порцелянові ізолятори довели свою ефективність для кріплення до щогл.
Стійкість різних матеріалів
Якщо порівняти опір деталей провідників з однаковою довжиною та однаковим перерізом, то виникає бажання виразити різну провідність через константу матеріалу.
Опір довжини провідника залежить від його довжини та площі перерізу.
Це надзвичайно просто: опір ділянки провідника правдоподібно залежить від його довжини та площі перерізу.
Формула "питомого опору"
Для формули потрібна константа пропорційності ρ (rho), що називається "питомий опір". Цей термін доречний, оскільки ρ вказує опір на довжину та площу перерізу.
Для відпрацювання формули для розрахунку опору ділянки провідника, наприклад, підходить електричний датчик, який називається тензорезистором (DMS).
Модель з тензодатчиками
Модель із струмопровідною смужкою пояснює, як це працює: Якщо несуча пластина розтягується, згинаючи її вниз, смуга стає трохи довшою і також тоншою. Обидва ефекти збільшують опір. І навпаки, опір стає меншим при стисненні. Це дає вам датчик, який реєструє деформацію. Якщо було проведено калібрування сили, ви можете побудувати прилад для вимірювання електричної сили з кількома тензодатчиками.
5. Ізолятор - напівпровідник - провідник - надпровідник
Різні матеріали мають абсолютно різний питомий опір.
Значення питомого опору коливаються від майже нескінченного (ізолятори) до майже нуля (дуже хороші провідники). Особливий інтерес викликають так звані надпровідники з дійсно нульовим опором.
Експериментальна установка для експерименту із надпровідником
Проводиться експеримент із зразком сучасного типу надпровідника: При «нормальних» температурах матеріал поводиться як метал, його опір зменшується із зниженням температури. Але нижче критичної температури, яка змінюється в залежності від матеріалу надпровідника, його залишковий опір раптово зникає. Надпровідники, які вже досягають своїх особливих властивостей за допомогою рідкого азоту, дивним чином називають «високотемпературними надпровідниками». Причина цього: раніше відомі матеріали демонструють ефект лише при значно нижчих температурах, а саме при температурі рідкого гелію - це так звані "низькотемпературні надпровідники".
Перевірте свої знання!
До вікторини Telekolleg Physics Quiz: Розгалужена схема
Ви знайомі з ланцюгами розгалуження? Щоб поглибити вивчене, ми пропонуємо вам можливість перевірити свої знання в Інтернеті та інтерактивно. Перевірте свої знання! [докладніше - до вікторини: Telekolleg Physik - Вікторина: Розгалужена схема]