MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ
Barbara Kapruziak
Badanie obwodów prądu stałego
312[02].O1.03
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji  Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
Recenzenci:
dr inż. Marian Korczyński
prof. PA
dr hab. inż. Krzysztof Pacholski
Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Ryszard Zankowski
Konsultacja:
mgr Małgorzata Sienna
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 312[02].O1.03
 Badanie obwodów prądu stałego zawartego w modułowym programie nauczania dla
zawodu technik teleinformatyk.
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji  Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
1
SPIS TREŚCI
1. Wprowadzenie 4
2. Wymagania wstępne 6
3. Cele kształcenia 7
4. Materiał nauczania 8
4.1. Struktura obwodu elektrycznego 8
4.1.1. Materiał nauczania 8
4.1.2. Pytania sprawdzające 12
4.1.3. Ćwiczenia 12
4.1.4. Sprawdzian postępów 13
4.2. Podstawowe wielkości obwodu prądu stałego 14
4.2.1. Materiał nauczania 14
4.2.2. Pytania sprawdzające 15
4.2.3. Ćwiczenia 15
4.2.4. Sprawdzian postępów 16
4.3. Podstawowe prawa obwodów prądu stałego. Połączenia rezystorów 17
4.3.1. Materiał nauczania 17
4.3.2. Pytania sprawdzające 21
4.3.3. Ćwiczenia 21
4.3.4. Sprawdzian postępów 23
4.4. Obliczanie obwodów rozgałęzionych metodą praw Kirchhoffa 24
4.4.1. Materiał nauczania 24
4.4.2. Pytania sprawdzające 25
4.4.3. Ćwiczenia 25
4.4.4. Sprawdzian postępów 25
4.5. Pomiar wielkości elektrycznych w obwodach prądu stałego 26
4.5.1. Materiał nauczania 26
4.5.2. Pytania sprawdzające 29
4.5.3. Ćwiczenia 29
4.5.4. Sprawdzian postępów 31
4.6. Oddziaływanie cieplne prądu stałego 32
4.6.1. Materiał nauczania 32
4.6.2. Pytania sprawdzające 33
4.6.3. Ćwiczenia 33
4.6.4. Sprawdzian postępów 33
4.7. Stany pracy z
ródła napięcia. Dopasowanie odbiornika do z
ródła 34
4.7.1. Materiał nauczania 34
4.7.2. Pytania sprawdzające 35
4.7.3. Ćwiczenia 35
4.7.4. Sprawdzian postępów 36
4.8. Pojemność elektryczna - kondensatory 37
4.8.1. Materiał nauczania 37
4.8.2. Pytania sprawdzające 39
4.8.3. Ćwiczenia 39
4.8.4. Sprawdzian postępów 40
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
2
4.9. Wpływ prądu elektrycznego na organizm człowieka 49
4.9.1. Materiał nauczania 49
4.9.2. Pytania sprawdzające 43
4.9.3. Ćwiczenia 43
4.9.4. Sprawdzian postępów 43
5. Sprawdzian osiągnięć 44
6. Literatura 49
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
3
1. WPROWADZENIE
Poradnik, który Ci przekazujemy będzie pomocny w przyswajaniu wiedzy dotyczącej
obwodów elektrycznych prądu stałego, a także w kształtowaniu umiejętności obliczania tych
obwodów i wykonywania pomiarów wielkości elektrycznych.
W poradniku zamieszczono:
- wymagania wstępne określające umiejętności, jakie powinieneś posiadać, abyś mógł bez
problemów rozpocząć pracę z poradnikiem,
- cele kształcenia, czyli wykaz umiejętności, jakie opanujesz w wyniku kształcenia
w ramach tej jednostki modułowej,
- materiał nauczania, czyli wiadomości teoretyczne konieczne do opanowania treści
jednostki modułowej,
- zestaw pytań sprawdzających czy opanowałeś już podane treści,
- ćwiczenia zawierające polecenia, sposób wykonania oraz wyposażenie stanowiska pracy,
które pozwolą Ci ukształtować określone umiejętności praktyczne,
- sprawdzian postępów pozwalający sprawdzić Twój poziom wiedzy po wykonaniu
ćwiczeń,
- sprawdzian osiągnięć opracowany w postaci testu, który umożliwi Ci sprawdzenie
Twoich wiadomości i umiejętności opanowanych podczas realizacji programu danej
jednostki modułowej,
- literaturę związaną z programem jednostki modułowej umożliwiającą pogłębienie Twej
wiedzy z zakresu programu tej jednostki.
Bezpieczeństwo i higiena pracy
W czasie pobytu w pracowni musisz przestrzegać regulaminów, przepisów
bezpieczeństwa i higieny pracy oraz instrukcji przeciwpożarowych, wynikających z rodzaju
wykonywanych prac. Przepisy te poznasz podczas trwania nauki.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
4
312[02].O1
Podstawy mechaniki
i elektrotechniki
322[18].O1.01
Przestrzeganie przepisów
bezpieczeństwa i higieny
pracy, ochrony
przeciwpożarowej oraz
ochrony środowiska
312[02].O1.03
Badanie obwodów prądu
312[02].O1.02
stałego
Projektowanie i wykonywanie
konstrukcji mechanicznych
312[02].O1.04
Badanie obwodów prądu
przemiennego
312[02].O1.05
Użytkowanie instalacji
elektrycznych
Schemat układu jednostek modułowych
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
5
2. WYMAGANIA WST
PNE
Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
- komunikować się i pracować w zespole,
- dokonywać oceny swoich umiejętności,
- korzystać z różnych z
ródeł informacji,
- wyszukiwać, selekcjonować, porządkować, przetwarzać i przechowywać informacje
niezbędne do wykonywania zadań zawodowych,
- interpretować założenia teoretyczne i stosować je w praktyce,
- przedstawiać graficznie zależności oraz interpretację wykresów, tabel i schematów,
- analizować treść zadania, dobierać metody i plan rozwiązania,
- uzasadniać działanie na podstawie określonej teorii, planować czynności, tabele
pomiarów,
- prezentować wyniki opracowań,
- opisywać budowę atomu,
- stosować zasady bhp, ochrony przeciwpożarowej i ochrony środowiska,
- wykonywać podstawowe operacje matematyczne, m.in. przekształcanie wzorów.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
6
3. CELE KSZTAA
CENIA
W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
- wyjaśnić zjawisko prądu elektrycznego w ciałach stałych, cieczach i gazach,
- rozróżnić materiały pod względem właściwości elektrycznych,
- rozróżnić rodzaje prądu ze względu na jego przebieg,
- zdefiniować podstawowe wielkości elektryczne i przeliczyć jednostki tych wielkości
w układzie SI,
- rozpoznać elementy obwodów elektrycznych,
- odczytać schematy prostych obwodów elektrycznych,
- zastosować podstawowe prawa elektrotechniki do analizy obwodów elektrycznych prądu
stałego,
- oznaczyć zwroty napięć i prądów w obwodach elektrycznych,
- obliczyć wartości wielkości elektrycznych w obwodach prądu stałego,
- obliczyć rezystancję przewodnika o określonych wymiarach,
- obliczyć rezystancję zastępczą rezystorów połączonych równolegle, szeregowo
i w sposób mieszany,
- ocenić wpływ zmian rezystancji w obwodach elektrycznych na wartość napięcia, prądu
i mocy,
- obliczyć parametry zastępcze z
ródeł napięcia,
- określić warunki dopasowania odbiornika do z
ródła,
- obliczyć pojemność kondensatora płaskiego,
- obliczyć pojemność zastępczą układu połączeń kondensatorów oraz rozkład napięć
i ładunków,
- posłużyć się woltomierzem i amperomierzem prądu stałego, omomierzem oraz
miernikiem uniwersalnym,
- wykonać pomiary w obwodach prądu stałego,
- zmierzyć podstawowe wielkości elektryczne w obwodach prądu stałego i opracować ich
wyniki pomiarów,
- zweryfikować poprawność obliczeń i wskazań mierników,
- zastosować obowiązującą procedurę postępowania w sytuacji zagrożenia zdrowia lub
życia / porażenia prądem elektrycznym,
- zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej oraz
ochrony środowiska.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
7
4. MATERIAA
NAUCZANIA
4.1. Struktura obwodu elektrycznego
4.1.1. Materiał nauczania
Prąd elektryczny jest to zjawisko uporządkowanego ruchu ładunków elektrycznych przez
dowolny przekrój poprzeczny środowiska (ciała przewodzącego).
Ciała przewodzące, ze względu na rodzaj przemieszczających się cząstek dzielą się na:
- przewodniki I rodzaju (metale i ich stopy, węgiel), w których prąd elektryczny polega
na ruchu elektronów swobodnych; własności chemiczne tych przewodników nie ulegają
zmianie przy przepływie prądu;
- przewodniki II rodzaju (elektrolity, czyli roztwory zasad, kwasów i soli), w których
przepływ prądu polega na ruchu jonów: dodatnich (kationów) i ujemnych (anionów);
własności chemiczne tych przewodników ulegają zmianie przy przepływie prądu.
Zjawisko przewodzenia prądu elektrycznego w metalach można omówić wykorzystując
elektronową teorię budowy atomów, według której elektrony walencyjne powłoki
zewnętrznej metali słabo są związane z jądrem, dzięki czemu szybko tracą z nim stały
związek i swobodnie poruszają się w sieci krystalicznej. Elektrony te noszą nazwę elektronów
swobodnych. Pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego (np. w wyniku doprowadzenia
napięcia elektrycznego) bezładny ruch elektronów w metalu zostaje zamieniony w ruch
uporządkowany, czyli następuje przepływ prądu elektrycznego.
Metale czyste wykazują najlepsze zdolności przewodzenia. Wśród nich należy wyróżnić
srebro, miedz
, aluminium, cynk, platynę, cynę. Z materiałów tych wykonuje się m.in.
uzwojenia maszyn i aparatów elektrycznych, przyrządów pomiarowych, przewody linii
przesyłowych, styki.
Jako materiały przewodzące stosuje się również stopy rezystancyjne żelaza, miedzi, manganu,
niklu, chromu, srebra (manganin, konstantan, chromonikielina, kanthal itp.). Wykorzystuje się
je głównie w urządzeniach grzejnych.
Z wcześniejszych rozważań wynika, że warunkiem przepływu prądu elektrycznego jest
równoczesne istnienie pola elektrycznego i swobodnych nośników ładunku elektrycznego.
W próżni, doprowadzenie napięcia elektrycznego nie stanowi warunku wystarczającego
przepływu prądu, ponieważ nie występują tu żadne elektrony swobodne. Należy więc
wprowadzić cząstki obdarzone ładunkiem, co można osiągnąć dzięki wykorzystaniu zjawiska
emisji elektronów z powierzchni ciał stałych (np. z katody). Istnieje szereg sposobów
ułatwienia procesu emitowania elektronów z katody m.in. podgrzanie jej (emisja
elektronowa), działanie promieniowania świetlnego (emisja fotoelektronowa), działanie
bardzo silnego pola elektrycznego (emisja polowa).
Warunkiem koniecznym przepływu prądu w gazie, który w warunkach normalnych jest
dielektrykiem, jest zjonizowanie go, czyli oderwanie elektronów od atomu, w wyniku czego
z obojętnego elektrycznie atomu powstanie naładowany dodatnio jon i swobodne elektrony.
Spełnienie drugiego warunku, czyli przyłożenie zewnętrznego pola elektrycznego, spowoduje
przepływ prądu elektrycznego w gazie  przepływ tego prądu nosi nazwę wyładowania
elektrycznego.
Najczęstszymi sposobami jonizacji są:
- jonizacja termiczna,
- jonizacja zderzeniowa,
- fotojonizacja.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
8
W elektrolitach, czyli wodnych roztworach kwasów, zasad i soli, pod wpływem wody
następuje zjawisko dysocjacji elektrolitycznej, polegające na rozpadzie cząsteczek na jony
dodatnie (kationy) i jony ujemne (aniony).Pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego
zachodzi ruch jonów dodatnich i ujemnych, czyli następuje przepływ prądu. Przewodnictwo
prądu w elektrolitach ma więc charakter jonowy i charakteryzuje się występowaniem w nich
zmian chemicznych.
Obwody elektryczne
Obwód elektryczny jest to zbiór elementów połączonych ze sobą w taki sposób,
że możliwy jest przepływ prądu elektrycznego co najmniej jedną drogą.
W skład obwodu elektrycznego wchodzą:
- elementy z
ródłowe, czyli elementy aktywne wymuszające przepływ prądu,
- elementy odbiorcze, czyli elementy pasywne (rezystory, cewki, kondensatory, silniki,
z
ródła światła itp.), w których energia elektryczna przetwarzana jest w inny rodzaj
energii np. w energię cieplną, mechaniczną czy świetlną.
Graficznie obwód przedstawia się w postaci schematu, na którym podany jest sposób
połączenia poszczególnych elementów. Elementy te przedstawione są za pomocą symboli
graficznych.
Głównym elementem obwodu jest z
ródło. y
ródło rzeczywiste charakteryzuje się siłą
elektromotoryczną E (sem) oraz rezystancją wewnętrzną Rw  symbole graficzne z
ródła
napięcia przedstawia rysunek 1.
Rys. 1. Symbole graficzne z
ródła napięcia: a) idealnego, b) rzeczywistego, c) symbol ogniwa [1, s. 14]
Siła elektromotoryczna jest to różnica potencjałów między zaciskami z
ródła napięcia
w warunkach, gdy to z
ródło nie dostarcza energii elektrycznej do odbiornika.
Jeden z zacisków z
ródła napięcia stałego ma potencjał wyższy  jest to biegun dodatni,
oznaczony (+), zaś drugi zacisk ma potencjał niższy i jest to biegun ujemny, oznaczony ( ).
Biegunowość z
ródła oznaczamy za pomocą strzałki, której grot wskazuje biegun (+).
Na schemacie obwodu elektrycznego obok z
ródła umieszcza się jeszcze odbiorniki oraz
elementy pomocnicze typu wyłączniki, przełączniki, przyrządy pomiarowe np. amperomierze,
woltomierze, watomierze. Każdy z tych elementów przedstawiony jest za pomocą
odpowiedniego symbolu graficznego. Wybrane symbole graficzne stosowane
w elektrotechnice przedstawia tabela 1.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
9
Tabela 1. Ważniejsze symbole graficzne stosowane w elektrotechnice [1, s. 11]
Obwód elektryczny można również określić jako zbiór oczek, przy czym pod pojęciem
oczka rozumiemy zbiór połączonych ze sobą gałęzi tworzących zamkniętą drogę dla
przepływu prądu, mający te właściwość, że po usunięciu dowolnej gałęzi, pozostałe gałęzie
nie tworzą już drogi zamkniętej dla przepływu prądu.
Gałąz
obwodu elektrycznego z kolei jest utworzona przez jeden lub kilka połączonych
ze sobą szeregowo elementów. Jeśli w jednym punkcie zbiegną się co najmniej trzy gałęzie,
to w punkcie tym powstanie węzeł obwodu.
Jeśli obwód elektryczny zawiera tylko jedną gałąz
(jedno oczko), to obwód taki
nazywamy obwodem nierozgałęzionym. Występuje w nim tylko jeden prąd elektryczny taki
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
10
sam w obu elementach: w elemencie z
ródłowym i elemencie odbiorczym. Schemat
najprostszego obwodu nierozgałęzionego przedstawia rysunek 2.
Rys. 2. Schemat najprostszego obwodu elektrycznego nierozgałęzionego [2, s.35]
Jeśli obwód składa się z kilku gałęzi (posiada co najmniej dwa oczka), to obwód taki
nazywamy obwodem rozgałęzionym. W obwodzie takim występuje więcej prądów  co
najmniej trzy.
Rys. 3. Schemat obwodu elektrycznego rozgałęzionego (o dwóch węzłach i trzech gałęziach)
Strzałkowanie w obwodach elektrycznych
Na schemacie obwodu elektrycznego za pomocą strzałek oznaczane są zwroty prądu
w poszczególnych gałęziach oraz biegunowości napięć na elementach z
ródłowych
i odbiorczych.
Strzałkę zwrotu prądu w odbiorniku zaznacza się od zacisku o potencjale wyższym (+) do
zacisku o potencjale niższym ( ).
W z
ródle napięcia zwrot prądu jest od zacisku o biegunowości ( ) do zacisku o biegunowości (+).
Rys. 4. Sposoby znakowania prądu w gałęzi obwodu [2, s. 37]
Przy przepływie prądu przez odbiornik na jego zaciskach występuje napięcie zwane spadkiem
napięcia  strzałkę określającą biegunowość spadku napięcia na odbiorniku rysuje się w taki
sposób, żeby grot strzałki wskazywał punkt o wyższym potencjale.
Z powyższego wynika, że na elementach z
ródłowych strzałki napięcia i prądu są zwrócone
zgodnie, zaś na elementach odbiorczych strzałki napięcia i prądu są zwrócone przeciwnie.
Układ jednostek SI
W Polsce obowiązuje Międzynarodowy Układ Jednostek Miar SI, zwany krótko układem
SI. W układzie tym występuje 7 jednostek podstawowych i 2 jednostki uzupełniające. Na
podstawie jednostek podstawowych i uzupełniających tworzy się jednostki pochodne.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
11
W praktyce stosuje się odpowiednie przedrostki i odpowiadające im mnożniki w celu
utworzenia dziesiętnych wielokrotności i podwielokrotności jednostek miar  pokazuje je
tabela 2.
Tabela 2. Przedrostki wielokrotności i podwielokrotności jednostek miar
Przedrostki wielokrotne Przedrostki podwielokrotne
Mnożnik Mnożnik
Przedrostek Oznaczenie Przedrostek Oznaczenie
i znaczenie i znaczenie
1012 10-1
tera T decy d
1 000 000 000 000 0,1
109 10-2
giga G centy c
1 000 000 000 0,01
106 10-3
mega M mili m
1 000 000 0,001
103 10-6
kilo k mikro �
1 000 0,000 001
102 10-9
hekto h nano n
100 0, 000 000 001
101 10-12
deka da piko p
10 0,000 000 000 001
4.1.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Na czym polega zjawisko przepływu prądu w metalach?
2. Na czym polega zjawisko przepływu prądu w próżni?
3. Na czym polega zjawisko przepływu prądu w gazach?
4. Na czym polega zjawisko przepływu prądu w elektrolitach?
5. Jakie wyróżnia się elementy obwodu elektrycznego?
6. Jak definiuje się pojęcie obwodu elektrycznego?
7. Jakie elementy nazywa się z
ródłowymi?
8. Co to są elementy odbiorcze?
9. Co to jest oczko obwodu elektrycznego?
10. Co to jest gałąz
obwodu elektrycznego?
11. Co to jest węzeł obwodu elektrycznego?
12. Czym charakteryzuje się obwód nierozgałęziony?
13. Czym charakteryzuje się obwód rozgałęziony?
14. Jaka wielkość elektryczna charakteryzuje z
ródło napięcia stałego?
15. Jak oznacza się zwroty napięcia i prądu na elementach z
ródłowych?
16. Jak oznacza się zwroty napięcia i prądu na elementach odbiorczych?
17. Jak się tworzy wielokrotności jednostek miar?
18. Jak się tworzy podwielokrotności jednostek miar?
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Przedstaw poniższe wielkości elektryczne w jednostkach bez przedrostków stosując
przeliczanie z wykorzystaniem wielokrotności i podwielokrotności:
U = 25 MV,
I = 350 źA,
R = 12,5 k�,
P = 40 mC.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
12
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) ustalić, czy jednostki wymienionych wielkości elektrycznych są zapisane w jednostkach
podstawowych, uzupełniających czy pochodnych układu SI,
2) przypomnieć sobie, jakie są oznaczenia przedrostków wielokrotności i podwielokrotności
jednostek oraz odpowiadające im mnożniki,
3) dokonać przeliczenia jednostek zgodnie z wymaganiami zawartymi w treści zadania.
Wyposażenie stanowiska pracy:
- zeszyt ćwiczeń,
- długopis,
- kalkulator.
4.1.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) scharakteryzować przepływ prądu w metalach, próżni, gazach,
elektrolitach? �� ��
2) wymienić elementy obwodu elektrycznego?
�� ��
3) narysować nierozgałęziony obwód elektryczny prądu stałego?
�� ��
4) narysować dowolny rozgałęziony obwód elektryczny prądu stałego?
�� ��
5) oznakować w dowolnym obwodzie prąd, sem. z
ródła i napięcie
odbiornikowe? �� ��
6) wymienić spotykane w elektrotechnice jednostki podstawowe układu
SI? �� ��
7) wykorzystać przedrostki wielokrotności i podwielokrotności
jednostek miar do obliczenia wartości wielkości charakteryzujących
obwody elektryczne? �� ��
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
13
4.2. Podstawowe wielkości obwodu prądu stałego
4.2.1. Materiał nauczania
Rezystancja przewodnika jest to cecha przewodnika, która przy niezmiennej
temperaturze zależy od jego wymiarów geometrycznych i rodzaju materiału, z którego został
on wykonany. Dla przewodników o długości l i stałym przekroju poprzecznym S rezystancję
oblicza się z zależności:
l
R = � "
S
Rezystancja przewodu jest więc wprost proporcjonalna do jego długości (wzrasta ze
wzrostem długości), a odwrotnie proporcjonalna do jego przekroju (maleje ze wzrostem
przekroju).
We wzorze współczynnik � nazywa się rezystywnością (oporem elektrycznym
właściwym) i określa rezystancję przewodnika o jednostkowej długości i jednostkowym
przekroju. Jednostką rezystywności jest [�"m] (czytamy: omometr), dla długości przewodnika
określonej w m i przekroju  w m2 .
Rezystywność zależy od rodzaju materiału, z którego wykonano przewodnik; materiał
jest tym lepszym przewodnikiem elektrycznym, im mniejsza jest jego rezystywność.
Wielkością, która charakteryzuje zdolność przewodnika do przewodzenia prądu jest
konduktancja przewodnika (przewodność elektryczna), oznaczana literą G. Jednostką
konduktancji jest simens, oznaczany literą S.
Konduktancję oblicza się jako odwrotność rezystancji.
1 1
G = 1[S] =
R [&!]
Z kolei odwrotność rezystywności nazywamy konduktywnością (przewodnością elektryczną
właściwą), oznaczamy literą ł i wyrażamy jednostką: simens na metr [S/m]
1
ł =
Wzór do obliczania rezystancji, w którym rezystywność zostanie zastąpiona konduktywnością
przyjmuje postać
1
R =
�" S
Wartości rezystywności i konduktywności wybranych materiałów pokazano w tabeli 3.
Tabela 3. Rezystywność i konduktywność materiałów przewodzących
Rezystywność � Konduktywność ł
Nazwa materiału
�"m S/m
Srebro 1,62 " 10-8 62,5 " 106
Miedz
1,75 " 10-8 57,0 " 106
Aluminium 2,83 " 10-8 35,3 " 106
Cynk 6,30 " 10-8 15,9 " 106
Platyna 11,10 " 10-8 9,0 " 106
Cyna 12,00 " 10-8 8,3 " 106
Rezystywność, a tym samym rezystancja przewodnika, zależą od czynników
zewnętrznych, a zwłaszcza od temperatury.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
14
Zależność rezystancji od temperatury można wyrazić wzorem:
R = R20 [1 + ą ( % 20)]
gdzie: R20 - rezystancja przewodnika w temperaturze równej 20oC, - rzeczywista
temperatura przewodnika, ą - współczynnik temperaturowy rezystancji dla temperatury 20oC.
Rezystancja metali wzrasta wraz ze wzrostem temperatury (współczynnik ą jest dodatni),
zaś rezystancja elektrolitów i węgla maleje (współczynnik ą jest ujemny).
4.2.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Od czego zależy rezystancja przewodu?
2. Jakim wzorem wyraża się rezystancja przewodu o danym przekroju S i długości l?
3. Jak zmieni się wartość rezystancji linii przesyłowej wykonanej z przewodu miedzianego,
jeżeli jej długość zmniejszymy dwukrotnie a jej przekrój zwiększymy trzykrotnie?
4. Co to jest rezystywność i jaka jest jej jednostka?
5. Co to jest konduktancja i w jakich jednostkach jest wyrażana?
6. Co to jest konduktywność i w jakich jednostkach jest podawana?
7. Jaki wpływ na rezystancję materiałów ma temperatura?
4.2.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Połączenia elektryczne w pomieszczeniu wykonane są przewodami miedzianymi
o przekroju 6 mm2 i długości 40 m. Jaka jest wartość rezystancji tych przewodów?
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapisać wzór na obliczanie rezystancji, opisujący jej zależność od wymiarów i rodzaju
materiału przewodnika,
2) odczytać z tabeli 3 wartość rezystywności dla przewodów miedzianych,
3) sprawdzić, czy wszystkie wielkości  rezystywność dla przewodów miedzianych �,
przekrój przewodów S i długość przewodów l są podane w jednostkach zgodnie
z układem SI (jeśli nie  dokonać odpowiedniego przeliczenia),
4) podstawić dane do wzoru i obliczyć rezystancję przewodów, o których mowa
w ćwiczeniu.
Wyposażenie stanowiska pracy:
- zeszyt ćwiczeń,
- długopis,
- kalkulator.
Ćwiczenie 2
Połączenia elektryczne w pomieszczeniu wykonane są przewodami miedzianymi
o przekroju S i długości l. Jak zmieni się rezystancja przewodów, gdy dwukrotnie
zmniejszymy długość połączeń i dwukrotnie zmniejszymy przekrój?
Jak zmieni się wartość rezystancji, gdy przewody miedziane zastąpimy aluminiowymi
(przy takich samych wymiarach)?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
15
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapisać wzór na obliczanie rezystancji, opisujący jej zależność od wymiarów i rodzaju
materiału przewodnika,
2) przeliczyć, jak zmieni się rezystancja w wyniku podanej zmiany wymiarów przewodnika,
3) sprawdzić, jak wpłynie na wartość rezystancji zmiana materiału, porównując wartości
rezystywności obu materiałów.
Wyposażenie stanowiska pracy:
- zeszyt ćwiczeń,
- długopis,
- tabela z podanymi wartościami rezystywności materiałów przewodzących.
4.2.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) zdefiniować pojęcie: rezystancja?
�� ��
2) zdefiniować pojęcie: rezystywność?
�� ��
3) zdefiniować pojęcie: konduktancja?
�� ��
4) zdefiniować pojęcie: konduktywność?
�� ��
5) obliczyć rezystancję przewodnika znając jego wymiary i materiał?
�� ��
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
16
4.3. Podstawowe prawa obwodów prądu stałego. Połączenia
rezystorów
4.3.1. Materiał nauczania
Prawo Ohma odnosi się do odcinka obwodu przewodzącego prąd, który napotyka na
opór elektryczny (rezystancję R) tego odcinka.
Rys. 5. Odcinek obwodu elektrycznego prądu stałego [2, s. 21]
Prawo Ohma dla tego odcinka opisuje wzór:
U
I =
R
gdzie:
U  napięcie doprowadzone do zacisków AB odcinka obwodu, wyrażone w woltach,
I  natężenie prądu przepływającego w odcinku obwodu, wyrażone w amperach,
R  rezystancja odcinka obwodu, wyrażona w omach.
Prawo Ohma można sformułować następująco:
wartość przepływającego w odcinku obwodu prądu I jest wprost proporcjonalna do napięcia
U przyłożonego do zacisków tego odcinka obwodu i odwrotnie proporcjonalna do jego
rezystancji R.
Prawo Ohma można zapisać w postaci:
U = I " R
lub:
U
R =
I
Pierwsze prawo Kirchhoffa dotyczy bilansu prądów w węz
le obwodu elektrycznego. Jest
ono sformułowane następująco:
Dla każdego węzła obwodu suma algebraiczna prądów jest równa zeru:
Ł Ią = 0
gdzie: ą  liczba gałęzi zbiegających się w węz
le.
Przyjmuje się umownie zasadę, że prądy zwrócone do węzła są dodatnie, zaś prądy zwrócone
od węzła  ujemne.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
17
I prawo Kirchhoffa można zobrazować analizując zwroty prądów zbiegających się
w węz
le przedstawionym na rysunku 6.
Rys. 6. Węzeł obwodu z zaznaczonymi zwrotami prądów
Do węzła zwrócone są prądy: I1, I2, I3, a więc są to prądy dodatnie; od węzła zwrócone są
prądy: I4, I5, a więc są to prądy ujemne.
Dla przedstawionego węzła I prawo Kirchhoffa przyjmuje więc postać:
I1 + I2 + I3 - I4 - I5 = 0.
Po przeniesieniu prądów ujemnych na drugą stronę równania (ze zmienionym znakiem)
otrzymamy inną postać I prawa Kirchhoffa:
I1 + I2 + I3 = I4 + I5
Inaczej można to prawo sformułować następująco:
Suma prądów dopływających do węzła jest równa sumie prądów odpływających z węzła.
Drugie prawo Kirchhoffa dotyczy bilansu napięć w oczku obwodu elektrycznego. Jest
ono sformułowane następująco:
W dowolnym oczku obwodu elektrycznego prądu stałego suma algebraiczna napięć
z
ródłowych oraz suma algebraiczna napięć odbiornikowych występujących na rezystancjach
rozpatrywanego oczka jest równa zeru.
Ł Ek + Ł R� "I� = 0
gdzie: k - liczba z
ródeł w rozpatrywanym oczku,
� - liczba rezystorów w rozpatrywanym oczku.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
18
Na rysunku 7 przedstawione jest wyodrębnione oczko pewnego obwodu rozgałęzionego.
Rys. 7. Oczko obwodu elektrycznego
Po przyjęciu pewnego zwrotu obiegowego, który oznacza się strzałką wewnątrz oczka,
podstawiamy do równania definicyjnego napięcia z
ródłowe i napięcia odbiornikowe
z odpowiednimi znakami (dodatnimi, gdy strzałki zwrotów napięć są zgodne ze zwrotem
obiegowym oczka i ujemnymi w przeciwnym wypadku).
Dla oczka przedstawionego na rys.7 II prawo Kirchhoffa przyjmuje postać:
E1 - E2 - E3 - U1 + U2 + U3 - U4 = 0
Po uporządkowaniu równania otrzymujemy inną postać II prawa Kirchhoffa:
E1 - E2 - E3 = U1 - U2 - U 3 + U4
Inaczej można to prawo sformułować następująco:
W dowolnym oczku obwodu elektrycznego prądu stałego suma algebraiczna napięć
z
ródłowych jest równa sumie algebraicznej napięć odbiornikowych.
Połączenia szeregowe rezystorów
A
ączenie szeregowe rezystorów polega na tym, że dwa kolejno połączone rezystory mają
tylko jeden punkt wspólny w obwodzie  przedstawia to rysunek 8.
Rys. 8. A
ączenie szeregowe rezystorów [2, s. 28]
Napięcie na zaciskach połączonych szeregowo rezystorów jest równe sumie napięć na
poszczególnych rezystorach.
UAB = U1 + U2 + U3
Przy połączeniu szeregowym rezystorów przez wszystkie elementy przepływa ten sam prąd,
a więc zgodnie z prawem Ohma spadki napięć na rezystorach R1, R2 i R3 będą równe:
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
19
U1 = I" R1 U2 = I" R2 U3 = I" R3
Po podstawieniu do wzoru na napięcie UAB otrzymujemy:
UAB = I" R1 + I" R2 + I" R3
UAB = I (R1 + R2 + R3)
A więc:
UAB = I" RAB
Gdzie: RAB - rezystancja zastępcza równoważna rezystancjom połączonym szeregowo równa
się sumie tych rezystancji:
RAB = R1 + R2 + R3
Rezystancja zastępcza dowolnej liczby rezystorów połączonych szeregowo jest równa sumie
rezystancji poszczególnych rezystorów.
Połączenia równoległe rezystorów
A
ączenie równoległe rezystorów polega na tym, że kolejno połączone rezystory mają po
dwa punkty wspólne w obwodzie  przedstawia to rysunek 9.
Rys. 9. A
ączenie równoległe rezystorów [2, s. 32].
Prąd I płynący od z
ródła do odbiorników, zgodnie z I prawem Kirchhoffa, jest równy sumie
prądów płynących przez rezystancje R1, R2 i R3:
I = I1 + I2 + I3
Na wszystkich rezystorach występuje jednakowe napięcie doprowadzone do węzłów, a więc
prądy można obliczyć ze wzorów (zgodnie z prawem Ohma):
I1 = U/R1 I2 = U/R2 I3 = U/R3
Podstawiając te wartości do wzoru na obliczenie prądu I otrzymamy:
U U U U
= + +
Rz R1 R2 R3
Po podzieleniu obu stron przez U otrzymamy:
1 1 1 1
= + +
Rz R1 R2 R3
Przy połączeniu równoległym dowolnej liczby rezystorów odwrotność rezystancji zastępczej
Rz tego połączenia jest równa sumie odwrotności rezystancji poszczególnych rezystorów.
Połączenia mieszane rezystorów
Połączenie mieszane rezystorów występuje wtedy, gdy rozgałęziony obwód elektryczny
prądu stałego zawiera elementy łączone zarówno szeregowo, jak i równolegle. W celu
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
20
uproszczenia takiego obwodu i obliczenia jego parametrów stosujemy metodę
przekształcania, polegającą na:
- wyodrębnieniu w schemacie rozpatrywanego obwodu jednorodnych grup połączeń
rezystorów (szeregowo lub równolegle),
- obliczaniu kolejnych rezystancji zastępczych tych jednorodnych połączeń rezystorów,
czyli w efekcie zastąpieniu wyjściowego obwodu obwodem równoważnym
nierozgałęzionym, o określonej rezystancji zastępczej.
4.3.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jak brzmi prawo Ohma dla odcinka obwodu przewodzącego prąd?
2. Jakim wzorem wyraża się prawo Ohma?
3. Jak brzmi I prawo Kirchhoffa?
4. Jak brzmi II prawo Kirchhoffa?
5. Jak oblicza się wartość rezystancji zastępczej szeregowego połączenia rezystorów?
6. Jak oblicza się wartość rezystancji zastępczej równoległego połączenia rezystorów?
4.3.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
W pracowni elektrycznej wykonano w obwodzie nierozgałęzionym serię pomiarów
napięcia, natężenia prądu i rezystancji. Uzupełnij poniższą tabelkę obliczając brakujące
wielkości:
U 50 V 15 V 12 V 25 mV 60 mV
R 3 k� 6 � 1 �
I 5m A 12 źA 4 nA 10 mA
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapisać prawo Ohma dla odcinka obwodu,
2) przekształcić tę zależność w taki sposób, by szukaną była brakująca w tabeli wielkość
elektryczna,
3) sprawdzić, czy wszystkie wielkości  napięcie U, natężenie prądu I oraz rezystancja R są
podane w jednostkach zgodnie z układem SI  jeśli nie, należy dokonać odpowiedniego
przeliczenia,
4) podstawić dane do wzoru i obliczyć żądaną wielkość elektryczną.
Wyposażenie stanowiska pracy:
- kalkulator,
- zeszyt ćwiczeń,
- długopis.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
21
Ćwiczenie 2
Do węzła dopływają prądy I1 i I3, zaś prądy I2, I4 i I5 wypływają z węzła. Uzupełnij
poniższą tabelkę wykorzystując I prawo Kirchhoffa:
1. I1 2. 10 A 3. 20 A 4. 2,5 A 5.
6. I2 7. 8. 12 A 9. 3,25 A 10. 100 mA
11. I3 12. 5 A 13. 1 A 14. 15. 26 A
16. I4 17. 3 A 18. 4 A 19. 70 mA 20. 50 mA
21. I5 22. 0,9 A 23. 24. 12 A 25. 4,2 A
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapisać wzór obrazujący I prawo Kirchhoffa dla danego węzła,
2) przekształcić tę zależność w taki sposób, by szukaną wielkością był brakujący prąd,
3) sprawdzić, czy wszystkie wartości prądów są podane w jednostkach zgodnie z układem
SI (jeśli nie, należy dokonać odpowiedniego przeliczenia),
4) obliczyć brakujący prąd zgodnie z odpowiednio przekształconym wzorem,
5) czynność powtórzyć 4-krotnie  dla każdego przypadku.
Wyposażenie stanowiska pracy:
- kalkulator,
- zeszyt ćwiczeń,
- długopis.
Ćwiczenie 3
Oblicz rezystancję zastępczą trzech rezystorów połączonych szeregowo, mając
następujące dane: R1 = 50 �, R2 = 0,2 k� i R3 = 500 m�.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapisać wzór dotyczący obliczania rezystancji zastępczej trzech rezystorów połączonych
szeregowo,
2) sprawdzić, czy wartości wszystkich rezystancji: R1, R2 i R3 podane są w jednostkach
zgodnie z układem SI  jeśli nie, należy dokonać odpowiedniego przeliczenia,
3) podstawić dane do wzoru i obliczyć rezystancję zastępczą połączenia szeregowego trzech
rezystorów.
Wyposażenie stanowiska pracy:
- kalkulator,
- zeszyt ćwiczeń,
- długopis.
Ćwiczenie 4
Oblicz rezystancję zastępczą trzech rezystorów połączonych równolegle, mając
następujące dane: R1 = 200 m�, R2 = 40 � i R3 = 0,08 M�.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
22
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapisać wzór dotyczący obliczania rezystancji zastępczej trzech rezystorów połączonych
równolegle,
2) sprawdzić, czy wartości wszystkich rezystancji: R1, R2 i R3 podane są w jednostkach
zgodnie z układem SI  jeśli nie, należy dokonać odpowiedniego przeliczenia,
3) podstawić dane do wzoru i obliczyć rezystancję zastępczą połączenia równoległego
trzech rezystorów.
Wyposażenie stanowiska pracy:
- kalkulator,
- zeszyt ćwiczeń,
- długopis.
4.3.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) podać treść prawa Ohma?
�� ��
2) podać treść I prawa Kirchhoffa?
�� ��
3) podać treść II prawa Kirchhoffa?
�� ��
4) zastosować prawo Ohma do wyznaczania parametrów obwodu
elektrycznego?
�� ��
5) zastosować I prawo Kirchhoffa do wyznaczenia prądów w obwodzie?
�� ��
6) obliczyć rezystancję zastępczą szeregowego połączenia rezystorów?
�� ��
7) obliczyć rezystancję zastępczą równoległego połączenia rezystorów?
�� ��
8) obliczyć rezystancję zastępczą przy mieszanym połączeniu rezystorów?
�� ��
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
23
4.4. Obliczanie obwodów rozgałęzionych metodą praw Kirchhoffa
4.4.1. Materiał nauczania
W metodzie tej należy ułożyć odpowiednią liczbę równań zgodnie z I i II prawem
Kirchhoffa, zapisać je w postaci układu równań i rozwiązać ten układ np. metodą
podstawiania.
Aby rozwiązać obwód, czyli wyznaczyć wartości wszystkich prądów, należy:
- napisać (� % 1) równań niezależnych zgodnie z I prawem Kirchhoffa, gdzie �  liczba
węzłów,
- napisać (b % � + 1) równań niezależnych zgodnie z II prawem Kirchhoffa, gdzie
b  liczba gałęzi,
- ułożyć układ równań,
- rozwiązać układ równań.
Metodę praw Kirchhoffa można omówić na przykładzie obwodu przedstawionego na
rysunku 10, przy założeniu, że znane są wartości obu napięć z
ródłowych E1 i E2 oraz
wszystkie wartości rezystancji: R1� R6.
Rys. 10. Schemat obwodu do ilustracji obliczania obwodów metodą praw Kirchhoffa
Aby obliczyć wartości prądów w obwodzie przedstawionym na rys.10 na wstępie należy
ustalić liczbę węzłów (� = 4) oraz liczbę gałęzi (b = 6). Następnie ustala się liczbę
wymaganych równań zgodnie z I prawem Kirchhoffa (� % 1 = 4 % 1 = 3) oraz liczbę
wymaganych równań zgodnie z II prawem Kirchhoffa (b % � + 1 = 6 % 4 + 1 = 3). Po
oznaczeniu dowolnych zwrotów prądów w gałęziach należy ułożyć 3 równania dla 3 węzłów
zgodnie z I prawem Kirchhoffa, np. I1 = I4 + I6, I3 = I1 + I2, I5 = I2 + I6. W dalszej części
wybiera się 3 oczka, przyjmując w nich dowolne zwroty obiegowe i układa 3 równania
zgodnie z II prawem Kirchhoffa, np.:
dla oczka 1: E1 = R1I1 + R4I4 + R3I3
dla oczka 2: E2 = R2I2 + R5I5 + R3I3
dla oczka 3: 0 = R6I6 + R5I5 % R4I4
W efekcie należy ułożyć i rozwiązać układ 6 równań, obliczając tym samym niewiadome
prądy.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
24
4.4.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Od czego zależy liczba równań, które należy napisać dla danego obwodu zgodnie
z I prawem Kirchhoffa?
2. Od czego zależy liczba równań, które należy napisać dla danego obwodu zgodnie
z II prawem Kirchhoffa?
3. Ile równań niezależnych należy napisać dla obwodu elektrycznego o � węzłach?
4. Ile równań niezależnych należy napisać dla obwodu elektrycznego o b gałęziach
i � węzłach?
5. Jaki jest sposób postępowania przy rozwiązywaniu obwodów nierozgałęzionych?
4.4.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Dany jest układ składający się z 3 gałęzi; w 2 gałęziach włączone są równolegle z
ródła
napięcia, zaś w trzeciej  odbiornik o rezystancji R. Oblicz wszystkie prądy w obwodzie
mając następujące dane:
E1 = 12 V, RW1 = 0,5 �, E2 = 9V, RW2 = 0,3 �, R = 10 �.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) narysować obwód odpowiadający treści ćwiczenia,
2) oznaczyć (w sposób dowolny) zwroty prądów w obwodzie oraz zwroty obiegowe oczek,
3) obliczyć liczbę równań, które należy ułożyć wg I i II prawa Kirchhoffa,
4) napisać wszystkie konieczne równania wg I i II prawa Kirchhoffa,
5) podstawić dane i rozwiązać układ równań z trzema niewiadomymi, znajdując w ten
sposób wszystkie trzy prądy.
Wyposażenie stanowiska pracy:
- kalkulator,
- zeszyt ćwiczeń,
- długopis.
4.4.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) określić liczbę równań wymaganą do rozwiązania obwodu według I
prawa Kirchhoffa?
�� ��
2) określić liczbę równań wymaganą do rozwiązania obwodu zgodnie z II
prawa Kirchhoffa?
�� ��
3) napisać równania według praw Kirchhoffa dla danego obwodu?
�� ��
4) obliczyć parametry obwodów prądu stałego metodą praw Kirchhoffa?
�� ��
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
25
4.5. Pomiar wielkości elektrycznych w obwodach prądu stałego
4.5.1. Materiał nauczania
Natężenie prądu stałego mierzy się za pomocą amperomierza (elektronicznego lub
magnetoelektrycznego) włączanego szeregowo z odbiornikiem.
Przy pomiarze prądu amperomierzem analogowym (wskazówkowym), działającym na bazie
ustroju magnetoelektrycznego, wartość natężenia prądu IA (w amperach) wyznacza się
z zależności:
IA = ą � c
gdzie: ą  wychylenie wskazówki amperomierza w działkach,
c  stała amperomierza, wyznaczona ze wzoru:
zakres A
�ł łł
c =
�łdz śł
�ł �ł
max
Sposób podłączenia amperomierza pokazany jest na rysunku 11.
Rys. 11. Sposób podłączenia amperomierza [5, s. 182]
Regulacja natężenia prądu stałego może być zrealizowana w układzie przedstawionym na
rysunku 12.
Rys. 12. Schemat jednostopniowego układu nastawiania prądu [5, s. 59]
Zalecenia dotyczące przedstawionego układu:
- wartość rezystora nastawnego R dobrana zgodnie z zależnością: R H" 10 Rodb,
- rezystor Rw dobrany odpowiednio do zakresu pomiarowego woltomierza,
- odbiornik, czyli rezystor Rodb, tak dobrany, aby nie obciążał zbytnio z
ródła napięcia,
- wszystkie rezystory o odpowiedniej obciążalności prądowej,
- możliwość pomiaru prądu amperomierzem w całym zakresie nastawiania tzn. od Imax do
Imin,
- przed załączeniem układu rezystor nastawny R nastawiony na maksimum rezystancji
(minimalny prąd w chwili załączenia).
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
26
Napięcie stałe mierzy się za pomocą woltomierza włączanego równolegle z odbiornikiem.
Najczęściej stosuje się elektroniczny woltomierz analogowy lub cyfrowy, woltomierz
magnetoelektryczny lub woltomierz elektrostatyczny (duże wartości napięcia stałego, rzędu
wielu tysięcy V).
Przy pomiarze napięcia woltomierzem analogowym wartość napięcia Uv (w woltach)
wyznacza się ze wzoru:
Uv = ą " c
gdzie: ą  wychylenie wskazówki woltomierza w działkach,
c  stała woltomierza, wyznaczona ze wzoru:
zakres V
�ł łł
c =
�łdz śł
�ł �ł
max
Sposób podłączenia woltomierza pokazany jest na rysunku 13.
Rys. 13. Podłączenie woltomierza prądu stałego [5, s. 180]
Zakres pomiarowy woltomierza powinien być większy od wartości mierzonego napięcia,
a wychylenie wskazówki ą powinno zawierać się pomiędzy 2/3 pełnego wychylenia a pełnym
jej wychyleniem (najdokładniejszy pomiar).
W przypadku, gdy zachodzi konieczność pomiaru napięcia o wartości większej niż
napięcie odpowiadające największemu zakresowi woltomierza, stosuje się dzielnik napięcia.
Układ służący do pomiaru napięcia stałego z zastosowaniem dzielnika napięcia przedstawia
rysunek 14.
Rys. 14. Pomiar napięcia za pomocą dzielnika [5, s. 46]
Dzielnik napięcia składa się z dwóch rezystorów połączonych szeregowo. Zostaje on
dołączony do zacisków z
ródła napięcia U1. Napięcie U1 wymusza przepływ prądu:
I1 = U1/(R1 + R2).
Prąd ten wywołuje na rezystorze R2 spadek napięcia:
U2 = I1R2 = U1R2/(R1 + R2)
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
27
przy założeniu, że pomiar napięcia U2 odbywa się bez poboru prądu (I2 = 0) (bądz
też prąd ten
jest minimalnie mały).
Znając wartości rezystancji R1 i R2 oraz napięcia U2 można określić wartość napięcia U1 > U2.
Jeżeli zachodzi konieczność nastawiania (regulacji) wartości napięcia w pewnych
zadanych określonych granicach, należy zastosować układ potencjometryczny, czyli z
ródło
napięcia i rezystor nastawny w układzie dzielnika napięcia. Jest to tzw. jednostopniowy układ
nastawiania napięcia.
Rys. 15. Schemat jednostopniowego układu nastawiania napięcia: Va  woltomierz magnetoelektryczny
(analogowy); Vc  woltomierz cyfrowy
W układzie można stosować woltomierz magnetoelektryczny lub cyfrowy.
Na zaciskach woltomierza magnetoelektrycznego Va lub cyfrowego Vc występuje napięcie
U2, którego wartość zależy od położenia suwaka rezystora R. Potencjometr R umożliwia
nastawianie napięcia w zakresie od 0 do Umax. Napięcie Umax ma wartość zbliżoną do napięcia
U1 (U1 d" Umax).
Rezystancję można zmierzyć:
1) bezpośrednio za pomocą omomierza
2) pośrednio:
a) za pomocą mostków:
- czteroramiennego mostka Wheatstone a  do pomiaru rezystancji dużych,
- sześcioramiennego mostka Thomsona  do pomiaru rezystancji małych,
b) metodą techniczną - za pomocą woltomierza i amperomierza wykorzystując prawo
Ohma.
Podziałka omomierza szeregowego wyskalowana jest w omach  przedstawia ją rysunek 16.
Skala przyrządu jest nieliniowa, a podziałka posiada trzy charakterystyczne punkty:
- dla Rx = 0 wychylenie wskazówki ą = ąmax,
- dla Rx = " wychylenie wskazówki ą = 0,
- dla Rx = R wychylenie wskazówki ą = 0,5ąmax.
Rys. 16. Podziałka omomierza szeregowego [5, s. 41]
Pomiar rezystancji metodą techniczną polega na pomiarze spadku napięcia U na badanej
rezystancji oraz natężenia prądu I, a następnie wyliczeniu rezystancji na podstawie prawa
Ohma. Istnieją dwa rodzaje układu pomiarowego:
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
28
- układ do pomiaru rezystancji małych,
- układ do pomiaru rezystancji dużych.
Aby dokonać wyboru układu pomiarowego należy wyznaczyć średnią geometryczną
rezystancji wewnętrznych amperomierza i woltomierza ze wzoru:
Rg = Ra �" Rv
Rezystancja Rg nazywana jest rezystancją graniczną.
Jeżeli mierzona rezystancja Rx > Rg, to należy wybrać układ do pomiaru rezystancji dużych,
w przeciwnym przypadku  układ do pomiaru rezystancji małych. Wybór właściwego układu
pozwoli na zmniejszenie błędu pomiarowego.
Jeżeli mierzona rezystancja jest większa od Rg, wówczas należy wybrać układ do pomiaru
rezystancji dużych, w przeciwnym przypadku  układ do pomiaru rezystancji małych
(pozwoli to na zmniejszenie błędu pomiarowego).
Rys. 17. Pomiar rezystancji metodą techniczną: a) układ do pomiaru rezystancji małych, b) układ do pomiaru
rezystancji dużych [5, s. 46]
4.5.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. W jaki sposób włącza się woltomierz w obwód elektryczny?
2. Kiedy i w jakim celu stosuje się dzielnik napięcia?
3. W jaki sposób włącza się amperomierz w obwód elektryczny?
4. Jaki miernik służy do bezpośredniego pomiaru rezystancji?
5. Na czym polega pomiar rezystancji metodą techniczną?
6. Kiedy należy wybrać układ do pomiaru rezystancji dużych?
7. Kiedy należy wybrać układ do pomiaru rezystancji małych?
8. W jakim celu stosuje się układ potencjometryczny?
4.5.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Woltomierz o zakresie znamionowym 300 V i maksymalnej liczbie działek 150, wychylił
się o 120 działek. Oblicz, jaką wartość napięcia wskazał woltomierz?
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) wyznaczyć stałą woltomierza,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
29
2) obliczyć napięcie wskazywane przez miernik,
3) zaprezentować wynik swoich obliczeń i uzasadnić tok postępowania.
Wyposażenie stanowiska pracy:
- zeszyt ćwiczeń,
- długopis,
- kalkulator.
Ćwiczenie 2
Amperomierz o zakresie znamionowym 6 A i maksymalnej liczbie działek 30, wskazał
w obwodzie natężenie prądu o wartości 1,2 A. O ile działek wychyliła się wskazówka
amperomierza?
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) wyznaczyć stałą amperomierza,
2) obliczyć liczbę działek odpowiadającą natężeniu prądu 1,2 A,
3) zaprezentować wynik swoich obliczeń i uzasadnić tok postępowania.
Wyposażenie stanowiska pracy:
- zeszyt ćwiczeń,
- długopis,
- kalkulator.
Ćwiczenie 3
Wybierz układ do pomiaru rezystancji metodą techniczną i wykonaj pomiary mając do
dyspozycji:
- rezystor o rezystancji 44 �,
- woltomierz o rezystancji wewnętrznej Rv = 2 M�,
- amperomierz o rezystancji wewnętrznej RA = 10 m�.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) obliczyć średnią geometryczną rezystancji wewnętrznych mierników,
2) porównać wartość obliczonej średniej geometrycznej z wartością rezystancji i dokonać
wyboru właściwego układu pomiarowego,
3) dobrać mierniki do warunków zadania,
4) zmontować układ,
5) odczytać wskazania mierników,
6) obliczyć rezystancję wykorzystując prawo Ohma,
7) zaprezentować efekt swojej pracy i uzasadnić tok postępowania.
Wyposażenie stanowiska pracy:
- stanowisko laboratoryjne z dostępnym zasilaniem,
- badany rezystor,
- amperomierze i woltomierze,
- przewody łączeniowe,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
30
- kalkulator,
- zeszyt ćwiczeń,
- długopis.
4.5.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) włączyć amperomierz do obwodu elektrycznego?
�� ��
2) włączyć woltomierz do obwodu elektrycznego?
�� ��
3) obliczyć wskazania mierników znając wychylenie wskazówki?
�� ��
4) zmierzyć wartość rezystancji omomierzem?
�� ��
5) zmierzyć wartość rezystancji metodą techniczną?
�� ��
6) zmontować układ do pomiaru małych rezystancji?
�� ��
7) zmontować układ do pomiaru dużych rezystancji?
�� ��
8) wykorzystać do pomiaru dzielnik napięcia?
�� ��
9) scharakteryzować układ regulacji natężenia prądu stałego?
�� ��
10) scharakteryzować układ regulacji napięcia?
�� ��
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
31
4.6. Oddziaływanie cieplne prądu stałego
4.6.1. Materiał nauczania
Energia elektryczna W (wyrażona w J  dżulach) dostarczona przewodnikowi podczas
przepływu prądu elektrycznego przemienia się całkowicie w ciepło Q, co można wyrazić
wzorem:
Qc = W = U�I�t
Po podstawieniu do wzoru zależności wynikającej z prawa Ohma: U = RI, otrzymamy
zależność, będącą matematycznym zapisem prawa Joule a-Lenza:
Qc = RI2t.
Prawo Joule a-Lenza brzmi:
Ilość ciepła wydzielonego w przewodniku pod wpływem prądu elektrycznego jest wprost
proporcjonalna do rezystancji R przewodnika, kwadratu natężenia prądu I oraz czasu t
przepływu prądu.
We wzorze obrazującym prawo Joule a-Lenza ciepło Qc wyrażone jest w J (dżulach),
rezystancja R w �, natężenie prądu I w A, zaś czas t w sekundach.
1 J jest równoważny ilości ciepła H" 0,24 cal. Stąd prawo Joule a-Lenza było również
zapisywane w postaci:
Qc = 0,24 RI2t
W tym wzorze należy podstawić: Qc  w kaloriach, R  w omach, I  w amperach,
t  w sekundach.
Zjawisko wydzielania się energii cieplnej podczas przepływu prądu w niektórych
urządzeniach jest zjawiskiem niekorzystnym (np. przy przemianie energii elektrycznej
w energię mechaniczną w silnikach czy w energię świetlną w z
ródłach światła ciepło
zaliczane jest do strat), zaś w innych urządzeniach (grzejnych) znalazło szerokie
zastosowanie, wykazując wiele zalet.
Proces przemiany energii elektrycznej w ciepło charakteryzuje się m.in.:
- możliwością szybkiego nagrzania,
- możliwością osiągania wysokich temperatur,
- dużą czystością procesu nagrzewnia,
- dużą możliwością regulacji,
- możliwością automatyzacji procesu nagrzewania.
Grzejnictwo elektryczne jest bardzo rozpowszechnione w niektórych gałęziach
przemysłu (przy wytopie stali szlachetnych, metali kolorowych, w obróbce cieplnej stali itp.)
oraz w gospodarstwie domowym.
Do najczęściej stosowanych metod grzejnych należy:
- nagrzewanie oporowe (rezystancyjne) polegające na wydzielaniu ciepła przy przepływie
prądu elektrycznego przez przewodzące ciała stałe,
- nagrzewanie promiennikowe polegające na wykorzystaniu energii wypromieniowanej
przez tak zwane promienniki podczerwieni,
- nagrzewanie łukowe, w którym jako z
ródła ciepła wykorzystywany jest łuk elektryczny
utrzymujący się między elektrodami a nagrzewanym materiałem.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
32
4.6.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jak brzmi prawo Joule a-Lenza?
2. W jakich jednostkach można wyrazić ilość ciepła wydzielonego w przewodniku?
3. Jakie są skutki wydzielania się ciepła podczas przepływu prądu?
4. Jakie można podać przykłady przemiany energii elektrycznej w ciepło?
4.6.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Oblicz ilość ciepła wydzielonego w czasie t = 2 h przez grzejnik o poborze mocy
P = 6 kW.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapisać wzór obrazujący prawo Joule a-Lenza,
2) obliczyć dostarczoną energię elektryczną podstawiając właściwe wielkości do wzoru,
3) wyznaczyć ciepło w J,
4) obliczyć ilość wydzielonego ciepła w cal., uwzględniając równoważnik cieplny energii
elektrycznej.
Wyposażenie stanowiska pracy:
- kalkulator,
- zeszyt ćwiczeń,
- długopis.
4.6.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) podać zapis matematyczny prawa Joule a-Lenza?
�� ��
2) sformułować prawo Joule a-Lenza?
�� ��
3) wymienić przykłady niekorzystnych skutków zjawiska przemiany energii
elektrycznej w ciepło?
�� ��
4) wymienić przykłady zastosowania zjawiska przemiany energii
elektrycznej w ciepło?
�� ��
5) obliczyć ilość wydzielonego ciepła przez dowolny grzejnik?
�� ��
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
33
4.7. Stany pracy z
ródła napięcia. Dopasowanie odbiornika do
z
ródła
4.7.1. Materiał nauczania
Każde rzeczywiste z
ródło energii elektrycznej charakteryzuje się:
- napięciem z
ródłowym E,
- rezystancją wewnętrzną Rw.
W zależności od rodzaju z
ródła wartość rezystancji wewnętrznej może zależeć od:
- rezystancji przewodów miedzianych uzwojenia twornika (prądnica),
- wymiarów ogniwa (ogniwo elektrochemiczne),
- wymiarów elektrod (akumulator).
Do zacisków rzeczywistego z
ródła napięcia dołącza się odbiornik i w zależności od
wartości rezystancji tego odbiornika możemy mówić o różnych stanach pracy z
ródła.
Bardzo dobrze obrazuje to rysunek 18, na którym przedstawiono z
ródło napięcia, do
zacisków którego dołączono rezystor o nastawczej, bardzo dużej rezystancji R, którą można
zmieniać w granicach od zera do R (rys. 18a).
Rys. 18. Obwód elektryczny, którego odbiornikiem jest rezystor o rezystancji nastawnej a) obwód wyjściowy;
b) obwód po dokonaniu przerwy w odbiorniku; c) obwód po dokonaniu zwarcia odbiornika; d) obwód
obciążony rezystancją R; e) obwód w stanie dopasowania [2, s. 41]
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
34
Stany pracy z
ródła napięcia:
- stan jałowy z
ródła (rys.18b)  stan pracy z
ródła przy rezystancji R równej
nieskończoności (przerwa w obwodzie) - w obwodzie nie płynie prąd, Uo = E,
- stan zwarcia z
ródła (rys.18c)  stan pracy z
ródła przy rezystancji R równej zeru
(zwarcie odbiornika) - w obwodzie płynie prąd zwarcia, wyrażony wzorem:
E
I =
z
Rw
- stan obciążenia z
ródła (rys. 18d)  stan pracy z
ródła przy dowolnej wartości
rezystancji R  w obwodzie płynie prąd I, a napięcie na zaciskach z
ródła wynosi U,
mniejsze od siły elektromotorycznej z
ródła E o spadek napięcia RwI występujący na
rezystancji wewnętrznej z
ródła.:
U = E  RwI
Ponieważ: U = RI otrzymujemy:
E  RwI = RI
E = I(R + Rw)
I = E/ (R + Rw)
- stan dopasowania odbiornika do z
ródła (rys. 18e)  stan pracy z
ródła, w którym
z rzeczywistego z
ródła napięcia pobierana jest przez odbiornik największa moc; stan
dopasowania występuje przy R = Rw  wtedy prąd płynący w obwodzie wyraża się
wzorem:
E
Id =
2Rw
W skali przemysłowej energia elektryczna wytwarzana jest za pomocą prądnic
elektrycznych. W urządzeniach przenośnych i przewoz
nych stosowane są z
ródła
elektrochemiczne, tzn. ogniwa elektryczne i akumulatory.
4.7.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Co oznacza pojęcie: rzeczywiste z
ródło napięcia?
2. Jakie są stany pracy rzeczywistego z
ródła napięcia?
3. Czym charakteryzuje się stan jałowy z
ródła?
4. Czym charakteryzuje się stan zwarcia z
ródła?
5. Co to jest stan obciążenia z
ródła?
6. Co to jest stan dopasowania odbiornika do z
ródła napięcia?
4.7.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Siła elektromotoryczna rzeczywistego z
ródła napięcia ma wartość E = 6V, a rezystancja
wewnętrzna Rw = 0,25 �. Oblicz prąd zwarcia oraz napięcie na zaciskach z
ródła przy
obciążeniu prądem I = 1,5 A.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) przedstawić schemat obwodu elektrycznego prądu stałego obrazującego stan zwarcia
z
ródła,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
35
2) obliczyć prąd zwarcia korzystając z prawa Ohma,
3) przedstawić schemat obwodu elektrycznego prądu stałego obrazującego stan obciążenia
z
ródła,
4) obliczyć napięcie na zaciskach z
ródła korzystając z II prawa Kirchhoffa.
Wyposażenie stanowiska pracy:
- kalkulator,
- zeszyt ćwiczeń,
- długopis.
Ćwiczenie 2
Siła elektromotoryczna rzeczywistego z
ródła napięcia ma wartość E = 9V, a rezystancja
wewnętrzna Rw = 0,05 �. Oblicz prąd płynący w stanie dopasowania odbiornika do z
ródła.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) przedstawić schemat obwodu elektrycznego prądu stałego obrazującego stan
dopasowania odbiornika do z
ródła,
2) przypomnieć sobie, czym charakteryzuje się ten stan,
3) napisać właściwy wzór i obliczyć prąd płynący w obwodzie,
4) zaprezentować efekty swojej pracy na forum grupy.
Wyposażenie stanowiska pracy:
- kalkulator,
- zeszyt ćwiczeń,
- długopis.
4.7.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) wymienić stany pracy rzeczywistego z
ródła napięcia stałego?
�� ��
2) obliczyć parametry z
ródła napięcia stałego w różnych stanach pracy?
�� ��
3) zdefiniować sprawność z
ródła napięcia stałego?
�� ��
4) omówić stan dopasowania odbiornika do z
ródła?
�� ��
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
36
4.8. Pojemność elektryczna - kondensatory
4.8.1. Materiał nauczania
Pole elektryczne jest to przestrzeń, w której na umieszczony ładunek elektryczny działają
siły. Jeżeli w polu elektrycznym umieszczone są dwa ładunki punktowe, to działają one na
siebie z siłą, którą określa prawo Coulomba:
Dwa ładunki oddziaływują na siebie z siłą wprost proporcjonalną do iloczynu tych
ładunków i odwrotnie proporcjonalną do kwadratu odległości między nimi.
gdzie:
k  stała elektrostatyczna (k = 9 " 109 Nm2/C2)  zależy od środowiska,
Q1  ładunek elektryczny pierwszego obiektu w C (kulombach),
Q 2  ładunek elektryczny drugiego obiektu w C (kulombach),
R  odległość między ładunkami w m (metrach).
Kondensator jest elementem elektrycznym zbudowanym z dwóch przewodników (zwanych
okładzinami) rozdzielonych dielektrykiem. Doprowadzenie napięcia do okładzin
kondensatora powoduje zgromadzenie się na nich ładunku elektrycznego.
Wielkością charakteryzującą kondensator jest pojemność.
Pojemność kondensatora jest to stosunek ładunku kondensatora (ładunku zgromadzonego
na jednej okładzinie) do napięcia występującego między okładzinami.
Jednostką pojemności jest 1 farad (1 F).
Pojemność kondensatora jest to cecha kondensatora określająca jego zdolność do
gromadzenia ładunku elektrycznego.
Pojemność kondensatora zależy od jego budowy. Dla kondensatora płaskiego (jego
okładzinami są płyty metalowe płaskie równoległe) pojemność wyraża się wzorem:
gdzie:
�0  przenikalność elektryczna próżni bezwzględna środowiska,
�R  względna przenikalność elektryczna dielektryka między okładzinami,
S  powierzchnia okładziny,
d  odległość między okładzinami.
Istnieją dwa rodzaje połączeń kondensatorów:
- połączenie szeregowe
- połączenie równoległe
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
37
Połączenie szeregowe kondensatorów przedstawia rysunek 19.
Rys. 19. Szeregowe połączenie n kondensatorów
Przy połączeniu szeregowym wszystkie kondensatory mają taki sam ładunek, zaś napięcie
z
ródła jest równe sumie napięć występujących na poszczególnych kondensatorach.
Q1 = Q2 = ... = Qn
U = U1 + U2 + ... +Un
Pojemność zastępczą szeregowego połączenia kondensatorów wyznacza się ze wzoru:
Połączenie równoległe kondensatorów przedstawione jest na rysunku 20.
Rys. 20. Równoległe połączenie n kondensatorów
Przy połączeniu równoległym kondensatorów napięcie na zaciskach każdego kondensatora
jest takie samo, zaś ładunek całkowity dostarczony ze z
ródła energii elektrycznej jest równy
sumie ładunków zgromadzonych na każdym z kondensatorów.
U1 = U2 = ... Un
Q = Q1 + Q2 + ... Qn
Pojemność zastępcza równoległego połączenia kondensatorów wyraża się wzorem:
C = C1 + C2 + ... Cn
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
38
4.8.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Co to jest pole elektryczne?
2. Jak brzmi prawo Coulomba?
3. Co to jest pojemność kondensatora i jaka jest jej jednostka?
4. Od czego zależy pojemność kondensatora płaskiego?
5. Jak wyznacza się pojemność zastępczą szeregowego połączenia kondensatorów?
6. Jak wyznacza się pojemność zastępczą równoległego połączenia kondensatorów?
4.8.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Podaj, jak zmieni się siła wzajemnego oddziaływania dwóch ładunków punktowych
jeżeli:
a) wartość jednego ładunku wzrośnie 2-krotnie,
b) wartość obu ładunków zmaleje 3-krotnie,
c) odległość między ładunkami zwiększymy dwukrotnie,
d) wartość jednego z ładunków zmaleje 3-krotnie i odległość zmaleje 2-krotnie.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) podać (zapisać) wzór na siłę wzajemnego oddziaływania dwóch ładunków,
2) dokonać analizy wielkości występujących we wzorze,
3) sprawdzić kolejno wpływ zmian poszczególnych wielkości na wartość siły Coulomba,
dokonując właściwych przeliczeń,
4) wyniki zapisać np. w tabeli,
5) efekty pracy przedstawić na forum grupy z odpowiednim uzasadnieniem.
Wyposażenie stanowiska pracy:
- kalkulator,
- zeszyt ćwiczeń.
Ćwiczenie 2
Oblicz pojemność zastępczą trzech kondensatorów o pojemnościach: C1 = 10 źF,
C2 = 230 nF, C3 = 125 pF połączonych:
a) szeregowo,
b) równolegle.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zapisać wzór dotyczący obliczania pojemności zastępczej kondensatorów połączonych
szeregowo,
2) sprawdzić, czy wszystkie pojemności: C1, C2 i C3 są podane w jednostkach zgodnie
z układem SI ( jeśli nie, należy dokonać odpowiedniego przeliczenia),
3) podstawić dane do wzoru i obliczyć pojemność zastępczą połączenia szeregowego
kondensatorów,
4) powtórzyć wszystkie czynności dla połączenia równoległego kondensatorów.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
39
Wyposażenie stanowiska pracy:
- kalkulator,
- zeszyt ćwiczeń.
4.8.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) scharakteryzować pole elektryczne?
�� �
2) wyjaśnić pojęcie pojemności kondensatora?
�� �
3) określić wpływ wymiarów na pojemność kondensatora?
�� ��
4) obliczyć pojemność zastępczą szeregowego połączenia kondensatorów?
�� ��
5) obliczyć pojemność zastępczą równoległego połączenia kondensatorów?
�� ��
6) wyjaśnić prawo Coulombe a?
�� ��
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
40
4.9. Wpływ prądu elektrycznego na organizm człowieka
4.9.1. Materiał nauczania
Działanie prądu elektrycznego na organizm ludzki może być pośrednie lub bezpośrednie.
Działanie pośrednie (powstające bez przepływu prądu przez ciało człowieka) powoduje
następujące urazy:
- oparzenia ciała,
- uszkodzenia wzroku (jaskrawość łuku elektrycznego),
- uszkodzenia mechaniczne ciała.
Działanie bezpośrednie, czyli porażenie elektryczne wskutek przepływu prądu elektrycznego
(tzw. prądu rażeniowego) przez ciało ludzkie może wywołać wiele zmian fizycznych,
chemicznych i biologicznych w organizmie (a nawet śmierć człowieka), poprzez
oddziaływanie na układ nerwowy oraz w wyniku elektrolizy krwi i płynów fizjologicznych.
Objawy porażenia elektrycznego to:
- zatrzymanie oddechu,
- zaburzenia krążenia krwi,
- zaburzenia wzroku, słuchu i zmysłu równowagi,
- utrata przytomności,
- migotanie komór sercowych,
- oparzenia skóry i wewnętrznych części ciała (do zwęglenia włącznie).
Aby uniknąć porazenia prądem elektrycznym wszystkie prace przy urządzeniach
i instalacjach elektrycznych należy wykonywać po wyłączeniu ich spod napięcia
i zabezpieczeniu przed ich przypadkowym uruchomieniem m.in. przez właściwe
oznakowanie. Przykłady oznaczeń stosowanych przy urządzeniach elektrycznych przedstawia
tabela 4.
Tabela 4. Wybrane tablice urządzeń elektrycznych
Nie dotykać!
Urządzenie elektryczne
Nie załączać
Nie załączać! Pracują ludzie
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
41
Urządzenie niesprawne
Maszyna w remoncie
Wyłączono
Bez wyłączania napięcia mogą być wykonywane następujące prace:
- wymiana w obwodach o napięciu do 1 kV wkładek bezpiecznikowych i z
ródeł światła,
(np. żarówek, świetlówek) o nieuszkodzonej obudowie i oprawie,
- pomiary i przeprowadzanie prób zgodnie z zakładowymi instrukcjami eksploatacji, inne
prace wyłącznie po zastosowaniu środków specjalnych zapewniających bezpieczeństwo
pracy, przewidzianych w instrukcjach eksploatacji.
Wyłączenia urządzeń i instalacji spod napięcia należy dokonać w sposób zapewniający
widoczną przerwę izolacyjną w obwodach zasilania, np. przez wyjęcie wkładek
bezpiecznikowych. W celu zapewnienia bezpieczeństwa i higieny pracy przy urządzeniach
i instalacjach elektrycznych należy spełnić następujące warunki:
- każde urządzenie i instalacja energetyczna przed dopuszczeniem do eksploatacji powinny
posiadać wymagany odrębnymi przepisami certyfikat na znak bezpieczeństwa lub
posiadać deklarację zgodności z Polskimi Normami,
- obiekty z zainstalowanymi urządzeniami i instalacjami energetycznymi oraz same
urządzenia powinny być oznakowane zgodnie z odrębnymi przepisami,
- miejsce pracy powinno być właściwie przygotowane, oznaczone i zabezpieczone
w sposób określony w ogólnych przepisach bhp,
- pomieszczenia lub teren ruchu energetycznego powinny być dostępne tylko dla osób
upoważnionych,
- urządzenia, instalacje energetyczne lub ich części, przy których będą prowadzone prace
konserwacyjne, remontowe lub modernizacyjne, powinny być wyłączone z ruchu
i zabezpieczone przed ich przypadkowym uruchomieniem oraz oznakowane,
- prace w warunkach szczególnego zagrożenia dla zdrowia i życia ludzkiego powinny być
wykonywane przez co najmniej dwie osoby,
- przed przystąpieniem do wykonywania prac przy urządzeniach i instalacjach
elektroenergetycznych wyłączonych spod napięcia należy:
- zastosować odpowiednie zabezpieczenie przed przypadkowym załączeniem napięcia
(np. wyjęcie wkładek bezpiecznikowych w obwodzie zasilającym, zablokowanie
napędów łączników, wstawienie przegród izolacyjnych między otwarte styki
łączników),
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
42
- wywiesić tablicę ostrzegawczą w miejscu wyłączenia obwodu o treści:  Nie
załączać ,
- sprawdzić brak napięcia w wyłączonym obwodzie,
- uziemić wyłączone urządzenia,
- zabezpieczyć i oznaczyć miejsce pracy odpowiednimi znakami i tablicami
ostrzegawczymi,
- zabronione jest wykonywanie prac na napowietrznych liniach energetycznych, stacjach
i rozdzielniach w czasie wyładowań atmosferycznych.
4.9.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie są objawy porażenia prądem elektrycznym?
2. Jakie czynności możesz wykonać przy urządzeniach pod napięciem?
3. Jakie czynności należy wykonać przed przystąpieniem do pracy przy urządzeniu
wyłączonym spod napięcia?
4. W jaki sposób oznacza się miejsce pracy przy urządzeniu elektrycznym wyłączonym
spod napięcia?
4.9.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
W zakładzie pracy, w rozdzielni 15 kV wystąpiła awaria. Podaj czynności, jakie należy
wykonać, by odpowiednio zabezpieczyć oraz oznaczyć miejsce pracy ekipy naprawiającej
i móc przystąpić do usunięcia awarii.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zaproponować odpowiednie zabezpieczenie przed przypadkowym załączeniem napięcia
(zwróć uwagę na napięcie rozdzielni),
2) dobrać właściwe tablice ostrzegawcze, informacyjne i zaproponować ich rozmieszczenie
w pobliżu miejsca awarii,
3) zapisać kolejność czynności, które powinieneś wykonać przed przystąpieniem do pracy.
Wyposażenie stanowiska pracy:
- przygotowane wcześniej papierowe atrapy tablic ostrzegawczych,
- kartka papieru.
4.9.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) wymienić przepisy bhp obowiązujące w pracy przy urządzeniach
elektrycznych?
�� ��
2) zastosować odpowiednie zabezpieczenie przed przypadkowym
załączeniem napięcia w urządzeniach wyłączonych spod napięcia?
�� ��
3) zabezpieczyć i oznaczyć miejsce pracy odpowiednimi znakami
i tablicami ostrzegawczymi?
�� ��
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
43
5. SPRAWDZIAN OSI
GNI
Ć
INSTRUKCJA DLA UCZNIA
1. Przeczytaj uważnie instrukcję  masz na tę czynność 5 minut; jeżeli są wątpliwości
zapytaj nauczyciela.
2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4. Test zawiera 20 zadań. Do każdego zadania dołączone są 4 możliwości odpowiedzi.
Tylko jedna jest prawidłowa.
5. Za każdą poprawną odpowiedz
otrzymasz 1 punkt, za złą odpowiedz
lub jej brak
otrzymasz 0 punktów.
6. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi; zaznacz poprawną
odpowiedz
stawiając w odpowiedniej rubryce znak X.
7. W przypadku pomyłki wez
błędną odpowiedz
w kółko, a następnie zaznacz odpowiedz

prawidłową.
8. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
9. Kiedy udzielenie odpowiedzi na kolejne pytanie będzie Ci sprawiało trudność, odłóż jego
rozwiązanie na póz
niej i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.
10. Na rozwiązanie testu masz 40 minut.
11. Po zakończeniu testu podnieś rękę i zaczekaj, aż nauczyciel odbierze od Ciebie pracę.
Powodzenia!
ZESTAW ZADAC
TESTOWYCH
1. Spadek napięcia na rezystorze R = 0,2 k&! przy przepływie prądu 400 mA wynosi
a) 50 V.
b) 80 V.
c) 200 V.
d) 8 V.
2. Jeżeli przy stałej rezystancji odcinka obwodu zostanie 2-krotnie podwyższone napięcie
zasilające, to wartość natężenia prądu
a) zmaleje2-krotnie.
b) wzrośnie 2-krotnie.
c) nie zmieni się.
d) wzrośnie 4-krotnie.
3. Prawo Ohma wyraża wzór
a) U = I/R
b) R = I/U.
c) U = R/ I.
d) I = U/R.
4. Układ czterech połączonych szeregowo rezystorów (każdy o rezystancji 100 &!), zasilono
napięciem 600 V. Włączony do układu amperomierz wskaże
a) 3 A.
b) 60 A.
c) 1,5 A.
d) 6 A.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
44
5. Trzy rezystory: R1 = 5000 m&!, R2 = 50 &!, R3 = 0,5 k&! połączono szeregowo.
Rezystancja zastępcza układu wynosi
a) 5,55 &!.
b) 550,5 &!.
c) 55,5 &!.
d) 555 &!.
6. Jeżeli długość przewodnika zmniejszono 3- krotnie, to jego rezystancja
a) wzrosła 9-krotnie.
b) wzrosła 3-krotnie.
c) zmalała 3-krotnie.
d) nie zmieniła się.
7. Przy zastosowaniu przewodu o 2-krotnie mniejszym przekroju, jego rezystancja
a) zmaleje 4-krotnie.
b) nie zmieni się.
c) zmaleje 2-krotnie.
d) wzrośnie 2-krotnie.
8. Jeśli rezystancja odcinka obwodu elektrycznego wynosi 0,02 k&!, zaś przyłożone napięcie
wynosi 80 V, to w obwodzie popłynie prąd o natężeniu
a) 40 mA.
b) 0,4 A.
c) 4 A.
d) 4 mA.
9. y
ródło o sile elektromotorycznej E = 100 V i rezystancji wewnętrznej RW = 20 &! zasila
odbiornik. Napięcie na zaciskach z
ródła wynosi 70 V. Prąd płynący przez odbiornik ma
wartość
a) 1,5 A.
b) 5 A.
c) 8,5 A.
d) 3,5 A.
10. Najmniejsza wartość prądu to
a) 0,3 A.
b) 500 mA.
c) 90 �A.
d) 0,02 kA.
11. Simens jest jednostką
a) mocy.
b) rezystancji.
c) rezystywności.
d) konduktancji.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
45
12. Dwa kondensatory połączono szeregowo i zasilono napięciem 60 V. Na jednym
z kondensatorów zgromadził się ładunek 3 mC. A
adunek drugiego kondensatora wynosi
a) 3 mC.
b) 6 mC.
c) 60 C.
d) 30 C.
13. Trzy kondensatory o pojemnościch: 3 pF, 6 pF i 1 pF połączono równolegle. Pojemność
zastępcza połączenia wynosi
a) 2/3 pF.
b) 0,5 pF.
c) 2 pF.
d) 10 pF.
14. Jeżeli wartości dwóch oddziaływujących na siebie ładunków zmalały 2  krotnie, to siła
Coulomba
a) zmalała 2-krotnie.
b) zmalała 4-krotnie.
c) wzrosła 2-krotnie.
d) nie zmieniła się.
15. Odległość między dwoma ładunkami zwiększono 3-krotnie. Siła wzajemnego
oddziaływania między nimi
a) zmalała 9-krotnie.
b) zmalała 3-krotne.
c) nie zmieniła się.
d) wzrosła 9-krotnie.
16. Siła elektromotoryczna z
ródła wynosi E = 6V. Przy rezystancji zewnętrznej R = 1 &!
w obwodzie popłynie prąd o wartości I = 3A. Prąd zwarcia z
ródła wynosi
a) 2 A.
b) 3 A.
c) 6 A
d) 18 A.
17. W kondensatorze płaskim zwiększono 2-krotnie odległość między okładzinami.
W wyniku tego działania pojemność kondensatora
a) nie zmieniła się .
b) zmalała 2-krotnie.
c) wzrosła 4-krotnie.
d) wzrosła 2-krotnie.
18. Podczas pomiarów amperomierz o zakresie 1,5 A i maksymalnej liczbie działek
wynoszącej 30 dz. wychylił się o 10 działek. Amperomierz wskazał prąd
a) 15 A.
b) 0,5 A.
c) 20 A.
d) 3 A.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
46
19. Jednostką ładunku elektrycznego jest
a) wolt.
b) om.
c) kulomb.
d) amper.
20. W stanie dopasowania odbiornika do z
ródła
a) rezystancja odbiornika jest równa nieskończoności.
b) rezystancja odbiornika ma dowolną wartość.
c) rezystancja odbiornika jest równa rezystancji wewnętrznej z
ródła.
d) rezystancja odbiornika jest równa zeru.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
47
KARTA ODPOWIEDZI
Imię i nazwisko & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & &
Badanie obwodów prądu stałego
Zakreśl poprawną odpowiedz
.
Nr
Odpowiedz
Punkty
zadania
1 a b c d
2 a b c d
3 a b c d
4 a b c d
5 a b c d
6 a b c d
7 a b c d
8 a b c d
9 a b c d
10 a b c d
11 a b c d
12 a b c d
13 a b c d
14 a b c d
15 a b c d
16 a b c d
17 a b c d
18 a b c d
19 a b c d
20 a b c d
Razem:
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
48
6. LITERATURA
1. Bastian P., Schuberth G., Spielvogel O., Steil H., Tkotz K., Ziegler K.: Praktyczna
elektrotechnika ogólna. REA, Warszawa 2003
2. Bolkowski S.: Elektrotechnika. WSiP, Warszawa 2005
3. Idzi K.: Pomiary elektryczne. Obwody prądu stałego. Wydawnictwo Szkolne PWN,
Warszawa, A
ódz
1999
4. Markiewicz A.: Zbiór zadań z elektrotechniki. WSiP, Warszawa 2005
5. Parchański J.: Miernictwo elektryczne i elektroniczne. WSiP, Warszawa 1997
6. Pilawski M.: Pracownia elektryczna. WSiP, Warszawa 2005
7. Zachara Z.: Zadania z elektrotechniki nie tylko dla elektroników. Wydawnictwo
Szkolne PWN, Warszawa, A
ódz
2000
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
49