Temat: REZYSTORY W OBWODACH ELEKTRYCZNYCH

CELE:

• uświadomienie roli rezystorów w obwodach elektrycznych,

• wyrabianie świadomości racjonalnego i bezpiecznego korzystania z energii elektrycznej,

• poszerzanie horyzontów wiedzy ogólnej (edukacja ogólnotechniczna),

• scalanie i ugruntowanie wiedzy technicznej.

FORMY PRACY:

• praca indywidualna,

• praca zespołowa.

METODY PRACY:

• ćwiczenia,

• dyskusja kierowana,

• pokaz,

• analiza argumentów,

• burza mózgów.

ŚRODKI DYDAKTYCZNE:

• zestawy ćwiczeniowe (bateria, żarówki, silnik, wyłączniki, potencjometry, dzwonek, przewody, opornica suwakowa),

• rezystory (różne rodzaje),

• miernik natężenia prądu (amperomierz),

• miernik napięcia (woltomierz),

• schematy,

• zbiorniki z wodą połączone rurą,

• suszarka, grzałka elektryczna, żelazko.

PO PRZEPROWADZENIU LEKCJI

Uczeń zna:

• rodzaje i właściwości oporników,

• pojęcie potencjometr, rezystancja, natężenie, napięcie,

• prawo Ohma,

• wzór na moc,

• połączenia szeregowe, równoległe i mieszane rezystorów.

Uczeń umie:

• bezpiecznie korzystać ze sprzętu elektrycznego,

• dobierać i łączyć rezystory,

• tworzyć proste obwody elektryczne,

• obliczać natężenie, napięcie, rezystancję i moc.

Uczniowie poznają znaczenie rezystorów w obwodach elektrycznych poprzez obserwacje wykonywanych ćwiczeń. Potrafią zrozumieć i rozróżnić podstawowe pojęcia związane z prądem elektrycznym (napięcie, natężenie, rezystancja, moc)

Zajęcia są realizowane na lekcji techniki (klasa III) w oparciu o lekcje z fizyki, dlatego przyswojenie pojęć nie powinno stanowić większego problemu. Lekcje te można również przeprowadzić w ramach zajęć z fizyki.
Należy zwrócić szczególną uwagę na aspekty bezpiecznego korzystania z energii elektrycznej.

REZYSTORY W OBWODACH ELEKTRYCZNYCH - podstawowe pojęcia.

NAUCZYCIEL ROZPOCZYNA LEKCJĘ OD POKAZU (POTENCJOMETR I ŻARÓWKA SZEREGOWO PODŁĄCZONE DO 24 V)

Rezystory (oporniki) są to elementy układów elektronicznych i elektrotechnicznych służące do podziału i regulacji napięcia oraz natężenia prądu. Wykorzystywane są w każdych urządzeniach elektrycznych.

Rolę oporników pełni też żarnik w żarówce czy drut oporowy w grzałce elektrycznej, żelazku, suszarce, piekarniku ...

WYMIENIC I ZADEMONSTROWAĆ RODZAJE REZYSTORÓW Z UWZGLĘDNIENIEM ICH SYMBOLI.

ZASYGNALIZOWAĆ METODY OZNACZEŃ REZYSTORÓW (NP. KOD BARWNY)

RODZAJE REZYSTORÓW

ZE WZGLĘDU NA REZYSTANCJĘ:

• 
  o stałej rezystancji

• o zmiennej rezystancji

• 
  nastawne,

• regulowane- potencjometry.

ABY WYJAŚNIĆ ZNACZENIE REZYSTORÓW W OBWODACH ELEKTRYCZNYCH NALEŻY ZAPOZNAĆ UCZNIÓW Z PODSTAWOWYMI POJĘCIAMI (REZYSTANCJA,, NAPIĘCIE, NATĘŻENIE, MOC) I ZALEŻNOŚCIAMI MIĘDZY NIMI.

REZYSTANCJA - opór stawiany przypływowi prądu

R [Ω] [ohm]

Aby w obwodzie elektryczny mógł płynąć prąd musi być napięcie czyli inaczej mówiąc musi istnieć różnica potencjałów. Różnicę potencjałów możemy porównać do różnicy poziomu wody w zbiornikach. Aby między dwoma zbiornikami z wodą mogła przepływać woda musi być różnica poziomów w zbiornikach.

NAPIĘCIE - zasilające lub odkładające się na odbiorniku

U [V] [wolt]

POKAZ (DWA ZBIORNIKI POŁĄCZONE RURĄ)

CZY WIESZ, ŻE NAPIĘCIE:

• baterii - 1.5 V,

• akumulatora samochodowego - 12 V,

• domowej sieci elektrycznej - 230 V,

• linii przesyłowych - do 700 000 V,

• domowej sieci elektrycznej w USA - 130 V,

• pioruna - 100 000 000 V.

Natężenie prądu przepływającego przez odbiornik możemy porówna z ilością wody przepływającej przez rurę łączącą dwa zbiorniki. Jeżeli rura jest o większej średnicy φ (opór maleje) to przepływa w tym samym czasie więcej wody (natężenie rośnie).

NATĘŻENIE - natężenie prądu przepływającego przez odbiornik

I [A] (amper)

Związek pomiędzy R, I ,U przedstawia się następująco:

i nosi nazwę PRAWA OHMA

Opornik stawia opór przepływającemu prądowi wydzielając ciepło (wykonuje pracę w określonym czasie tzw. MOC mierzoną w watach).

MOC ODBIORNIKA (np.: żarówki, kuchenki elektrycznej, grzałki, suszarki, .....)

P = U * I [W] [wat]

PROSTY OBWÓD ELEKTRYCZNY (źródło zasilania (bateria), przewody i odbiornik np. żarówka).

POKAZ (BATERIA, PRZEWODY I ŻARÓWKI O RÓŻNEJ MOCY, AMPEROMIERZ, WOLTOMIERZ)

ZWRÓCIĆ UWAGĘ NA PROWIDŁOWE PODŁĄCZENIE AMPEROMIERZA I WOLTOMIERZA.

Jeżeli, przy stałym napięciu zasilającym U, będziemy zwiększać rezystancję R1 to natężenie prądu I będzie malało zgodnie z prawem Ohma. Jeżeli natężenie prądu maleje to moc będzie również malała.

Dla U = const.

ZADANIE DOMOWE

• Jaki prąd płynie przez żarówkę100 W, a jaki 50 W (przy zasilaniu sieciowym)?

• Która z żarówek ma większą rezystancję i dlaczego?

• Co się dzieje jeżeli zwiększymy rezystancję odbiornika przy stałym zasilaniu (napięciu)

(dokonaj obliczeń korzystając z poznanych wcześniej wzorów)

DANE: P, U

POŁĄCZENIA REZYSTORÓW

POŁĄCZENIA SZEREGOWE

ABY UDOWODNIĆ, ŻE REZYSTORY SŁUŻĄ DO PODZIAŁU I REGULACJI NAPIĘCIA ORAZ NATĘŻENIA PRĄDU WYKONAMY KILKA ĆWICZEŃ.

WYJAŚNIJ SYMBOLE UMIESZCZONE NA SCHEMACIE

Zestaw ćwiczeniowy składa się z BATERII 4,5 V, ŻARÓWEK 2,7 V, WYŁĄCZNIKA.

ĆWICZENIE 1

Zmontuj układ wg schematu

PYTANIA:

1. Dlaczego żarówki nie świecą jednakowo?

2. Czy przez wszystkie żarówki płynie prąd?

3. Wykręć jedną z żarówek. Co się stało i dlaczego?

4. Co stanie się jeżeli jedna z żarówek przepali się?

5. Gdzie spotkałeś się z takim połączeniem?

Podłącz zamiast żarówki dzwonek lub silniczek elektryczny.

ĆWICZENIE 2

Zmontuj układ wg schematu wykorzystując opornicę suwakową.

PYTANIE:

1. Jak będzie reagować żarówka na zmianę rezystancji i dlaczego?

Podłącz zamiast żarówki dzwonek lub silniczek elektryczny.

NAUCZYCIEL WYJAŚNIA ZJAWISKA NA PODSTAWIE PONIŻSZEGO SCHEMATU

• POŁĄCZENIA SZEREGOWE (podział napięcia)

Rezystancja zastępcza (całkowita) - R_Z=R1+R2+R3

Natężenie prądu (całkowite) - I_Z=I1=I2=I3

Napięcie (całkowite) - U_Z=U1+U2+U3

ZADANIE 1

Dane:

R1=R2=R3=2[Ω]

U=12 [V]

• Jaki prąd płynie przez opornik R3?

• Jakie napięcie odłoży się na poszczególnych odbiornikach (opornikach)?

ZADANIE 2

Na jakie napięcie zostanie podzielone napięcie zasilania (U=12V), jeżeli połączymy szeregowo dwa oporniki o rezystancji R1=8[Ω] i R2= 16[Ω]?

UWAGA!

Zadania wykonać wspólnie na tablicy pod kierunkiem nauczyciela.

POŁĄCZENIA RÓWNOLEGŁE

ĆWICZENIE 3

Zmontuj układ wg schematu

PYTANIA:

1. Co stanie się jeżeli jedna z żarówek przepali się?

2. Gdzie spotkałeś się z takim połączeniem?

3. Jak należy podłączyć wyłącznik w układzie?

4. Co stanie się jeżeli wyłącznik podłączymy równolegle do źródła zasilania?

5. Czy będzie reagować żarówka na zmianę rezystancji w połączeniu równoległym elementów i dlaczego?

NAUCZYCIEL WYJAŚNIA ZJAWISKA NA PODSTAWIE PONIŻSZEGO SCHEMATU

• POŁĄCZENIA RÓWNOLEGŁE (podział natężenia)

Rezystancja zastępcza (całkowita) - 1/R_Z=1/R1+1/R2+1/R3

Natężenie prądu (całkowite) - I_Z=I1+I2+I3

Napięcie (całkowite) - U_Z=U1=U2=U3

PAMIĘTAJ!

Rezystancja całkowita przy równoległym połączeniu oporników jest mniejsza niż rezystancja najmniejszego opornika użytego w obwodzie.

ZADANIE 3

Dane:

R1=R2=R3=2[Ω]

U=12 [V]

• Jaki prąd płynie przez opornik R1, a jaki przez R3?

• Jakie napięcie odłoży się na poszczególnych odbiornikach (opornikach)?

ZADANIE 4

Jaki prąd będzie płyną przez oporniki połączone równolegle o rezystancji R1=8[Ω] i R2= 16[Ω] jeżeli napięcie zasilania U=12V?

Jakie napięcie odłoży się na poszczególnych opornikach?

UWAGA!

Zadania wykonać wspólnie na tablicy pod kierunkiem nauczyciela.

POŁĄCZENIA MIESZANE (przykłady)

R1+R2=RC	1/RC=1/R1+1/R2
1/RZ=1/R3+1/ RC	RZ= RC+R3

ZADANIE 3

Dane:

R1=R2=R3=2[Ω]

U=12 [V]

Schemat I

• Jaki prąd płynie przez opornik R1, R2 a jaki przez R3?

• Jakie napięcie odłoży się na poszczególnych odbiornikach (opornikach)?

• Oblicz rezystancję całkowitą tego układu.

Schemat II

• Jaki prąd płynie przez opornik R1 i R2, a jaki przez R3?

• Jakie napięcie odłoży się na poszczególnych odbiornikach (opornikach)?

• Oblicz rezystancję całkowitą tego układu.

UWAGA!

Zadania wykonać wspólnie na tablicy pod kierunkiem nauczyciela.

ZADANIE DOMOWE

ZADANIE 1

Jak połączyć 3 oporniki, każdy o wartości 1 Ω, aby rezystancja zastępcza obwodu była równa 1,5 Ω? Narysuj rysunek

PAMIĘTAJ!

Rezystancja całkowita przy równoległym połączeniu oporników jest mniejsza niż rezystancja najmniejszego opornika użytego w obwodzie.

ZADANIE 2

R1=R2=R3= 2 Ω

Spadek napięcia na oporniku R3 U= 4V.

Jakie napięcie zostało przyłożone do układu?

WSKAZÓWKI:

Oblicz rezystancję oporników R2 i R3,

Jaki prąd płynie przez te oporniki, a jaki przez opornik R1?

Mając I dla całego układu oblicz jeszcze rezystancję całego układu.

ZADANIE 3

Jak połączyć oporniki R1=4Ω i R2=8Ω aby z napięcia wejściowego 12V uzyskać napięcie (na jednym z oporników) rzędu 4V. Narysuj schemat.

ZADANIA DODATKOWE sprawdzające wiedzę i umiejętności.

ZADANIE 1

Do dyspozycji mamy dwa piecyki każdy o dwóch jednakowych grzałkach. W jednym grzałki połączone są szeregowo, a w drugim równolegle. Narysuj schemat.

1. Przy jakim połączeniu grzałek moc grzejnika jest większa i dlaczego?

2. Jedna z grzałek w obu piecykach przepaliła się. Czy po wymontowaniu uszkodzonej grzałki można bezpiecznie korzystać z piecyków? Uzasadnij odpowiedź.

WSKAZÓWKI:

Jaka jest rezystancja całkowita i jaki prąd płynie w układzie?

ZADANIE 2

Co się stanie jeżeli podłączymy żarówkę, przeznaczoną na napięcie 24 V, do domowej instalacji elektrycznej?

Wyjaśnij zjawisko w oparciu o wzory.

WSKAZÓWKI:

Rezystancja żarówki nie ulega zmianie, natomiast zmienia się napięcie.

Co dzieję się z natężeniem prądu?

ZADANIE 3

Pod jakie napięcie można podłączyć odbiornik, o rezystancji równej 100[Ω] i mocy 25 [W], aby nie zastała przekroczona maksymalna moc odbiornika (tj. 25 W). Co może zdarzyć się w przypadku przekroczenia maksymalnej mocy?

WSKAZÓWKI:

Dane: R, P,

Skorzystaj ze wzorów na moc i prawo Ohma.

Dane podstaw na końcu.

Opracowała: Janina Kochan 8

Gimnazjum nr 9 w Gorzowie Wlkp.

Jeżeli będziemy utrzymywać stały poziom wody w zbiorniku pierwszym, a zbiornik drugi będzie z otworem, to przez rurę łączącą dwa zbiorniki zawsze będzie płynęła woda

II

I

---