2.1 Ηλεκτρικές πηγές
2.2 Ηλεκτρικό ρεύμα
2.3 Κανόνες του Kirchhoff (Κίρχοφ)
2.4 Αντίσταση - Αντιστάτης - Nόμος Ohm
2.5 Συνδεσμολογία αντιστατών
περίληψη
β) είναι αντιστρόφως ανάλογη του εμβαδού S της διατομής του αγωγού
Η σχέση που συνδέει όλες τις παραπάνω πειραματικές διαπιστώσεις είναι: $R=\rho \dfrac{\ell}{S}$
Ισχύει: $\rho=\rho_{0}(1+a \theta)$, όπου $ρ_0$ η ειδική αντίσταση σε θερμοκρασία 0$^o$C, ρ η ειδική αντίσταση σε θ$^o$C και α μια σταθερά που λέγεται θερμικός συντελεστής ειδικής αντίστασης και εξαρτάται από το υλικό του αγωγού.
2.7 Ενέργεια και ισχύς του ηλεκτρικού ρεύματος (από το σχολικό βιβλίο)
περίληψη
Κάθε ασφάλεια χαρακτηρίζεται από μια τιμή έντασης ρεύματος, πάνω από την οποία προκαλείται διακοπή της λειτουργίας του κυκλώματος.
Ένας τύπος είναι η τηκόμενη ασφάλεια, που αποτελείται από ένα εύτηκτο μέταλλο. Μόλις η ένταση του ρεύματος γίνει μεγαλύτερη από μία καθορισμένη τιμή, αμέσως συμβαίνει τήξη του μετάλλου και διακοπή του ρεύματος.
Επίσης, χρησιμοποιείται και η αυτόματη ασφάλεια, που ουσιαστικά είναι αυτόματος διακόπτης και αποτελείται κυρίως από ένα διμεταλλικό έλασμα. Μόλις η ένταση του ρεύματος γίνει μεγαλύτερη από μια καθορισμένη τιμή, αμέσως το διμεταλλικό έλασμα λυγίζει και προκαλεί διακοπή του ρεύματος.
Για την εκλογή της κατάλληλης ασφάλειας σ' ένα κύκλωμα λαμβάνουμε υπόψη την ένταση του ρεύματος Ικ της κανονικής λειτουργίας των συσκευών που τροφοδοτούμε (π.χ. 14Α), την οποία βρίσκουμε από τις ενδείξεις των συσκευών. Επειδή στο εμπόριο κυκλοφορούν ορισμένοι τύποι ασφαλειών (π.χ. 6Α, 10Α, 15Α, 20Α, 25Α) επιλέγουμε την ασφάλεια, που αναγράφει την αμέσως μεγαλύτερη ένδειξη από αυτή που είχαμε υπολογίσει. Στο παράδειγμα μας επιλέγουμε την ασφάλεια των 15Α.
Στο κύκλωμα του σχήματος (α) είναι Roλ=440 Ω, άρα αυτό διαρρέεται από ρεύμα έντασης I=V/Rολ=220/440=0,5 Α.
Στο κύκλωμα του σχήματος (β) είναι $R_{ολ}=440·1/(440+1) \cong 1 \,Ω$ άρα αυτό διαρρέεται από ρεύμα έντασης I=V/Rολ$\cong$220/1=220 Α και έτσι κινδυνεύει το τμήμα του κυκλώματος, που βρίσκεται μεταξύ της πηγής και του σημείου βραχυκυκλώσεως.
2.8 Ηλεκτρεγερτική δύναμη (ΗΕΔ) πηγής (σχολικό βιβλίο)
2.9 Νόμος του Ohm για κλειστό κύκλωμα (σχολικό βιβλίο)
ΛΥΜΕΝΟ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ
Στο κύκλωμα του παρακάτω σχήματος:
Να υπολογίσετε:
Α. την ένταση του ρεύματος που διαρρέει το κύκλωμα
Β. την ισχύ που καταναλώνεται στην αντίσταση R
Γ. την ενέργεια ανά μονάδα χρόνου (sec) που καταναλώνεται στην εσωτερική αντίσταση της πηγής
Δ. την ισχύ που παρέχει η πηγή στο κύκλωμα
E. Πόσες βατώρες (Wh) καταναλώνονται στην αντίσταση R σε χρονικό διάστημα μισής ώρας;
ΛΥΣΗ
Α) από το νόμο του Ohm στο κλειστό κύκλωμα έχουμε: $I=\dfrac{E}{R+r}=\dfrac{12}{11+1}=1A$
B) $P_{R}=I^{2}R=1^{2} \cdot 11=11 Watt$
Γ) ενέργεια ανά sec=ισχύς, οπότε $P_{r}=I^{2}r=1^{2} \cdot 1=1 Watt$
Δ) Από τον ορισμό της ΗΕΔ πηγής έχουμε: $\mathcal{E}=\dfrac{P_{π}}{I} \Rightarrow P_{π} = \mathcal{E} \cdot I =12 \cdot 1 =12 Watt$
E) $W=P_{R} \cdot t= 11 W \cdot 0,5h=5,5 Wh$(βατώρες)
3o διαδραστικό τεστ στην Ενέργεια και ισχύ του ηλεκτρικού ρεύματος - 2.8 Ηλεκτρεγερτική δύναμη πηγής κ' νόμο του Ohm για κλειστό κύκλωμα
ΤΕΣΤ ΣΤΗ ΦΥΣΙΚΗ Β' ΛΥΚΕΙΟΥ (ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ)
Κεφάλαιο 2: Συνεχές Ηλεκτρικό Ρεύμα (Ενότητες 2.8 & 2.9)
ΘΕΜΑ Α
Επιλέξτε τη σωστή απάντηση σε καθεμία από τις παρακάτω ερωτήσεις:
1. Η ηλεκτρεγερτική δύναμη (ΗΕΔ) μιας πηγής μετριέται στο S.I. σε:
α) Newton (N)
β) Joule (J)
γ) Volt (V)
δ) Ampere (A)
2. Η εσωτερική αντίσταση (r) μιας ηλεκτρικής πηγής εκφράζει:
α) Την ικανότητα της πηγής να παράγει νέα ηλεκτρικά φορτία.
β) Τη δυσκολία που συναντά το ηλεκτρικό ρεύμα όταν διέρχεται μέσα από την πηγή.
γ) Τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε χημική.
δ) Το γεγονός ότι το κύκλωμα είναι ανοιχτό.
3. Σύμφωνα με τον Νόμο του Ohm για κλειστό κύκλωμα, η ένταση του ρεύματος (I) δίνεται από τη σχέση:
α) I = Ε / R
β) I = Ε / (R - r)
γ) I = Ε / (R + r)
δ) I = Ε · (R + r)
4. Το "ρεύμα βραχυκύκλωσης" διαρρέει μια πηγή όταν:
α) Η εξωτερική αντίσταση του κυκλώματος είναι πολύ μεγάλη.
β) Συνδέσουμε τους πόλους της πηγής με αγωγό αμελητέας αντίστασης (R = 0).
γ) Η εσωτερική αντίσταση της πηγής είναι μηδέν (r = 0).
δ) Το κύκλωμα είναι ανοιχτό (I = 0).
ΘΕΜΑ Β
Χαρακτηρίστε τις παρακάτω προτάσεις ως Σωστές (Σ) ή Λανθασμένες (Λ):
1. Ο όρος «Ηλεκτρεγερτική Δύναμη» (ΗΕΔ) κυριολεκτεί, καθώς πρόκειται πράγματι για μια δύναμη όπως η βαρυτική.
2. Μια ηλεκτρική πηγή δεν παράγει ηλεκτρικά φορτία, αλλά αποδίδει σε αυτά ορισμένη ποσότητα ενέργειας.
3. Η πολική τάση (Vπ) μιας πραγματικής πηγής που διαρρέεται από ρεύμα (I > 0) είναι πάντα μικρότερη από την ΗΕΔ (Ε) της πηγής.
4. Όταν ένα κύκλωμα είναι ανοιχτό (δεν διαρρέεται από ρεύμα), η τάση στους πόλους της πηγής ισούται με την ηλεκτρεγερτική της δύναμη (Vπ = Ε).
ΘΕΜΑ Γ
1. Πώς ορίζεται η Ηλεκτρεγερτική Δύναμη (ΗΕΔ) μιας πηγής με βάση την ενέργεια (W) και το φορτίο (q); Τι ακριβώς εκφράζει αυτό το φυσικό μέγεθος;
2. Τι ονομάζουμε «πτώση τάσης μέσα στην πηγή», με ποιο γινόμενο ισούται και ποιος είναι ο τύπος που συνδέει την πολική τάση (Vπ) μιας πηγής, την ΗΕΔ (Ε) και την πτώση τάσης μέσα σε αυτήν;
ΘΕΜΑ Δ
Δύο αντιστάτες με αντιστάσεις $R_1 = 6\, \Omega$ και $R_2 = 4\, \Omega$ συνδέονται σε σειρά. Τα άκρα του συστήματος συνδέονται με ηλεκτρική πηγή (γεννήτρια) η οποία έχει Ηλεκτρεγερτική Δύναμη $E = 12\, V$ και εσωτερική αντίσταση $r = 2\, \Omega$.
Να υπολογίσετε:
Δ1. Την ολική εξωτερική αντίσταση ($R_{o\lambda}$) του κυκλώματος.
Δ2. Την ένταση του ρεύματος ($I$) που διαρρέει το κύκλωμα.
Δ3. Την πολική τάση ($V_\pi$) στους πόλους της γεννήτριας.
Δ4. Την τάση στα άκρα του κάθε αντιστάτη ($V_1$ και $V_2$).