Побудова потенційної діаграми для електричного ланцюга

Про матеріал
Олеярник Олександр Вікторович - вчитель фізики та астрономії загальноосвітньої школи № 33 Краматорської міської ради, Донецької області Мета роботи: полягає в ознайомленні учнів з такими поняттями як потенціал, потенціальна діаграма електричного ланцюга, особливості її побудови, розвиток в учнів критичного мислення та просторової уяви, набуття практичних навичок у побудові діаграми, вміння робити розрахунки та узагальнюючі висновки, виховувати наполегливість у досягненні мети, робити аналіз та перевірку власних отриманих результатів.
Перегляд файлу

 

Олеярник Олександр Вікторович - вчитель фізики та астрономії загальноосвітньої школи № 33 Краматорської міської ради, Донецької області

 

Мета роботи: полягає в ознайомленні учнів з такими поняттями як потенціал, потенціальна діаграма електричного ланцюга, особливості її побудови, розвиток в учнів критичного мислення та просторової уяви, набуття практичних навичок у побудові діаграми, вміння робити розрахунки та узагальнюючі висновки, виховувати наполегливість у досягненні мети, робити аналіз та перевірку власних отриманих результатів.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Побудова потенціальної діаграми для електричного ланцюга

 

Мета:

Навчальна: ознайомити учнів з послідовним з’єднанням приймачів електричної енергії постійного струму, особливостями роботи ланцюга, розглянути термін потенціал, потенціальна діаграма та способи її побудови.

Розвивальна: розвивати критичне мислення, вміння працювати з інформацією, робити аналіз та формулювати висновки

Виховна: виховувати працьовитість, наполегливість у досягненні мети, толерантність, жагу до нових знань

 

Послідовне включення приймачів електричної енергії

 

Основними особливостями одноконтурного ланцюга (ланцюг з послідовним з'єднанням елементів), представленої на схемі (рис.1), є наступні положення:

- по всіх елементах, включених послідовно, протікає один струм;

- напруги на ділянках ланцюга прямо пропорційні опорам цих ділянок.

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1Ланцюг з послідовним зєднанням елементів

 

Закон Кірхгофа для  этой цього ланцюга має вигляд:

U = U1+ U2 + U3+...+ Un

або  U= I·R1+ I·R2+ I·R3+...+ I·Rn = I·Rе

де Rе ­­­­­­­­­­­­­­– еквівалентний опір ланцюга відносно  джерела, R1, R2, R3, Rn  опір ланцюга, Ом.

Схема заміщення (найпростіший еквівалентний ланцюг) представлена на рис. 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 – Схема заміщення ланцюга

 

Для ланцюга    еквівалентний опір визначається за формулою:

Rе= R1+ R2+ R3+…+ Rn 

       

I = .

 

Потужність, яку споживає ланцюг дорівнює сумі потужностей, яку споживають окремі елементи:

 

Р = Р1+Р2+Р3+…+Рn = I2R1+ I2R2+ I2R3+...+ I2·Rn =I2 Rэ =UI.

Розглянемо поняття потенціалу та принцип побудови потенційної діаграми на прикладі електричного ланцюга з послідовним з’єднанням елементів. Потенціал - фізична величина, яка характеризується відношенням енергії електричного поля W до величини заряду q, одиниця вимірювання потенціалу становить – Вольт [В] . Визначається за формулою:

φ =W/q

Для наочного представлення розподілу потенціалів в досліджуваному ланцюзі будують потенціальну діаграму. Для цього, прийнявши потенціал однієї точки за 0 (заземливши цю точку) визначають потенціали всіх інших точок і наносять їх на графік. При цьому необхідно пам'ятати, що струм у зовнішньому ланцюзі завжди спрямований від більш високого потенціалу до більш низького, і стрілка в позначенні ЕРС (електрорушійна сила) спрямована до високого потенціалу.

 

Розглянемо побудову потенціальної діаграми для конкретного ланцюга (рис.3).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3 – Послідовне зєднання елементів при побудові потенціальної діаграми

 

Нехай Е = 100 В, R1 = 15 Ом, R2 = 25 Ом, R3 = 10 Ом, I=2А.

Заземлимо точку К, що не впливає на розподіл струму, тому що при цьому не утворюються нові контури.

Тому, φк = 0.

Тоді    φа = φк + Е = 0 + Е = 100 В;

 φб = φа  I·R1 = 100 – 2·15 = 70 В;

                         φв = φб I·R2 = 70 – 50 = 20 В;

                          φк  = φвI·R3 = 20 – 2·10 = 0 В.

 

Потенціальна діаграма може бути представлена в двох варіантах (рис. 4, 5):

а) по горизонтальній вісі відкладають величини опорів контуру із зазначенням відповідних потенціалів на початку і в кінці опору, при цьому на діаграмі видно величину падіння напруги на кожному опорі.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4 – Побудова потенціальної діаграми для першого випадку

 

б) Схема контуру розривається у точці заземлення та витягується в лінію. Напроти кожного елементу відмічають зміну потенциалу  (см. рис 5).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5 – Побудова потенціальної діаграми для другого випадку

 

Щоб перевірити самих себе щодо правильності побудови, необхідно пам’ятати, що потенціал заземленої точки дорівнює 0, і ми з нього починаємо побудову, і потенціал останньої точки також повинен дорівнювати нулю, а це якраз і буде перевірка.

На мій погляд цінність даної розробки полягає в тому, що вона показує розподіл потенціалів у конкретному електричному ланцюзі, та прививає учням практичні навички у побудові потенціальної діаграми. Для закріплення навичок пропоную самостійно побудувати потенціальну діаграму для електричного ланцюга, який має наступні параметри: Е = 200 В, R1 = 30 Ом, R2 = 50 Ом, R3 = 25 Ом, I=4А.

Розробку можна використовувати як доповнення до уроку при розгляді теми «Послідовне зєднання приймачів», можна зібрати схему, отримати реальні дані та побудувати діаграму за реальними даними.

Бажаю успіху.

 

 

 

 

 

 

docx
Пов’язані теми
Фізика, 11 клас, Інші матеріали
До підручника
Фізика (академічний рівень, профільний рівень) 11 клас (Бар’яхтар В.Г., Божинова Ф.Я., Кирюхіна О.О., Кірюхін М.М.)
Додано
31 березня
Переглядів
141
Оцінка розробки
Відгуки відсутні
Безкоштовний сертифікат
про публікацію авторської розробки
Щоб отримати, додайте розробку

Додати розробку