Паралельне з'єднання провідників

Мета: перевірити закони паралельного з'єднання провідників.

Дослід виконується з використанням набору "EdPro Amperia. Електрика та Магнетизм".

Амперія: Електрика та магнетизмedpro.ua

Відео досліду

Підготовка до практичного заняття

1. Підготуйте необхідне для виконання експериментів обладнання та переконайтеся у його справності. Інформацію про комплектацію набору EdPro Amperia та інструкцію з його використання можна знайти за посиланням:

Інструкція — Електрика та МагнетизмРесурси EdPro

Джерело струму

Мультиметр

Резистори

(рекомендований опір резисторів становить 50 або 100 Ом)

Лампа розжарення

Однополюсний вимикач

З'єднувальні провідники

1. Роздрукуйте роздаткові матеріали для учнів відповідно до кількості робочих груп. Набір "EdPro Amperia. Електрика та Магнетизм" призначений для роботи групи з 4-х учнів. Роздаткові матеріали з лабораторної роботи можна завантажити звідси:

Роздаткові матеріали

1. Перед початком практичної роботи нагадайте учням основні поняття та закони до цієї теми, а також ознайомте їх з технікою безпеки.

Техніка безпеки

• У випадку неправильного під’єднання провідників у колі може відбутися коротке замикання. Хоча джерело струму EdPro Amperia має програмний захист від короткого замикання, все ж варто уникати такої ситуації.

• Повний текст рекомендацій з техніки безпеки під час роботи з набором "EdPro Amperia. Електрика та Магнетизм" доступний за посиланням:

Інструкція — Електрика та МагнетизмРесурси EdPro

Основні поняття та закони

Два способи з’єднання провідників у електричному колі:

Послідовне з’єднання

$$I = I_1 = I_2$$

$$U = U_1 + U_2$$

$$R = R_1 + R_2$$

Сила струму I — однакова через усі елементи кола.

Паралельне з’єднання

$$I = I_1 + I_2$$

$$U = U_1 = U_2$$

$$\frac{1}{R} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}$$

Напруга на ділянках кола і на кінцях усіх паралельно з’єднаних провідників — однакова.

Закон Ома для розрахунку опору:

$$I = \frac{U}{R} ; I_1 = \frac{U_1}{R_1} ; I_2 = \frac{U_2}{R_2}$$

Обґрунтування законів паралельного з’єднання

Струм — напрямлений рух електронів (в металах).

Оскільки струм є постійним, а в розгалужені заряди не можуть ні виникати, ні знищуватися, струм, що входить у розгалуження рівний сумі струмів, що виходять із нього:

$$I = I_1 + I_2$$

Напруга на ділянці кола із резисторами дорівнюватиме напрузі на кожному із резисторів.

Опір паралельно з’єднаних резисторів можна знайти із закону Ома.

Для кожного із резисторів:

$$I = \frac{U}{R} : I_1 = \frac{U}{R_1} : I_2 = \frac{U}{R_2}$$

Підставляючи в I = I₁ + I₂ та скоротивши:

$$U : \frac{1}{R} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}$$

ці закони легко узагальнюються на довільну кількість паралельно з’єднаних провідників.

У поточній лабораторній роботі потрібно перевірити наступні закони паралельного з’єднання:

$$I = I_1 + I_2$$

$$U = U_1 = U_2$$

$$R = \frac{R_1 R_2}{R_1 + R_2}$$

Ці твердження можна вважати підтвердженими експериментом, якщо відповідні величини збігаються в межах похибки.

Хід роботи з набором Amperia

1. Складаємо електричне коло згідно зі схемою.Беремо резистори з однаковими опорами, наприклад 50 Ом та під'єднуємо джерело струму з напругою від 2 В до 5 В.

1. Під'єднуємо мультиметр у режимі вимірювання напруги.

1. Перемикаємо мультиметр у режим вимірювання струму.

1. Вимірюємо струм через резистор R₁.

1. Вимірюємо струм через резистор R₂.

Зверніть увагу!

Приклади зібраних електричних кіл з використанням компонентів EdPro Amperia та показники на приладах у цьому розділі надані лише в якості ілюстрації, а не як критерій правильності виконання експерименту. Може бути декілька правильних способів зібрати електричне коло за схемою (з перестановками елементів кола, різними варіантами підключення магнітних з'єднань провідників тощо).

Рекомендуємо давати учням лише формальну постановку задачі та можливість знайти власний варіант її практичного розв'язку.

Відео досліду