LIETUVOS FIZIKŲ DRAUGIJA

ŠIAULIŲ UNIVERSITETO

JAUNŲJŲ FIZIKŲ MOKYKLA „FOTONAS“

ELEKTROS SROVĖS STIPRIS

ĮTAMPA. VARŽA

LAIDININKŲ JUNGIMO BŪDAI

LIETUVOS FIZIKŲ DRAUGIJA

ŠIAULIŲ UNIVERSITETO

JAUNŲJŲ FIZIKŲ MOKYKLA „FOTONAS“

Romas Senkus

ELEKTROS SROVĖS STIPRIS. ĮTAMPA. VARŽA.

LAIDININKŲ JUNGIMO BŪDAI

I KURSO III TURO UŽDAVINIŲ METODINIAI NURODYMAI

Metodinė priemonė

2014–2015 mokslo metai

Šiauliai 2015

III TURAS

ELEKTROS SROVĖS STIPRIS. ĮTAMPA. VARŽA.

LAIDININKŲ JUNGIMO BŪDAI

Metodiniai nurodymai

1. Elektros krūvis.

Fizikinis dydis, apibūdinantis kūnų įelektrinimą, yra elektros krūvis.

[q] = 1 C – kulonas

Elementarusis elektros krūvis (elektrono krūvis):

e = 1,6 ∙ 10-19 C.

2. Elektrinė įtampa.

Elektrinė įtampa U apibūdina grandine pratekėjusio krūvio q atliktą darbą A.

Elektrinio lauko darbo, atliekamo perkeliant elektros krūvį grandine, ir to krūvio santykis:

.q

AU

Skaitine verte įtampa lygi darbui, kurį laukas atlieka, perkeldamas 1 C krūvį.

Matavimo prietaisas – voltmetras. Jungiamas lygiagrečiai (3.1 pav.).

[U] = 1 J/C = 1 V – voltas

Įtampos U vienetas – voltas (V), darbo A vienetas – džaulis (J).

3. Elektros srovės stipris.

Elektros srovė apibūdinama srovės stipriu.

Laidininko skerspjūviu pratekėjusio krūvio q vienetas yra kulonas (C). Laikas t matuojamas

sekundėmis (s), o srovės stiprio I vienetas yra amperas (A).

[I] = 1 A – amperas

3.2 pav.

3.1 pav.

Matavimo prietaisas – ampermetras. Jungiamas nuosekliai (3.2 pav.).

Skaitine verte elektros srovės stipris lygus krūviui, pratekėjusiam laidininko skerspjūviu per

1 s.

Elektros srovės stiprio išraiška:

,t

qI

arba

I = nevS;

čia n – elektronų skaičius, tenkantis laidininko vienetiniam tūriui,

e – elektronų krūvis,

v – laisvųjų elektronų greitis,

S – laidininko skerspjūvio plotas.

4. Elektros srovės tankis.

Elektros srovės stiprio ir laidininko skerspjūvio ploto santykis vadinamas elektros srovės

tankiu.

;S

Ij

čia j – elektros srovės tankis,

S – laidininko skerspjūvio plotas,

I – elektros srovės stipris.

Srovės tankio matavimo vienetas

.m

A ][

2j

5. Omo dėsnis.

Omo dėsnis nusako srovės stiprio I ir įtampos U ryšį:

,R

UI

čia R – laidininko varža, kurios vienetas omas (Ω).

Srovės stipris laidininke tiesiog proporcingas laidininko galų įtampai ir atvirkščiai proporcingas jo

varžai.

6. Laidininko varža.

Laidininko varža – fizikinis dydis, apibūdinantis laidininko pasipriešinimą kryptingam

krūvininkų judėjimui.

Laidininko varžos matavimo vietetas:

[R] = 1 Ω – omas.

.A 1

V 1 1

Laidininko varža tiesiog proporcinga jo ilgiui, atvirkščiai proporcinga jo skerspjūvio plotui ir

priklauso nuo laidininko medžiagos:

;S

ρR

čia S – laidininko skerspjūvis, – laidininko ilgis, o ρ – savitoji varža.

1 Ω – 1 m ilgio, 1 m2 skerspjūvio ploto (arba 1 m ilgio, 1 mm

2 skerspjūvio ploto) laidininko

varža.

Laidininko medžiagos savitoji varža:

.m

Ωmm10Ωm 1

26ρ

7. Nuoseklusis jungimas (3.3 pav.).

Nuosekliai sujungtų laidininkų srovės stipris vienodas:

.321

IIII

Bendra įtampa lygi įtampų sumai:

.321 UUUU

Varža lygi varžų sumai:

.321 RRRR

8. Lygiagretusis jungimas (3.4 pav.).

Lygiagrečiai sujungtų laidininkų pilnutinis srovės stipris lygus

atskirų šakų srovių stiprių sumai:

.321 IIII

Atskirų lygiagrečiai sujungtų laidininkų įtampa vienoda ir lygi

grandinės dalių įtampai:

.321 UUUU

Varžai apskaičiuoti taikoma formulė:

.1111

321 RRRR

9. Mišrusis jungimas.

Mišriojo jungimo atveju taikomos nuosekliojo ir lygiagrečiojo jungimo taisyklės.

3.4 pav.

Uždavinių sprendimo pavyzdžiai

1. Piešinėlyje - dviejų skirtingų formų kūnai. Vienas kūnas įelektrintas teigiamai, kitas

neigiamai. Nupieškite elektrinio lauko jėgų linijas, supančias šiuos kūnus.

Atsakymas:

2. Brėžinyje pateiktos elektrinės grandinės varžai: r = 1 Ω, R1 = 4 Ω, R2 = 3 Ω, R3 = 12 Ω, R4 =

6 Ω. Apskaičiuokite pilnutinę šios grandinės varžą.

R r = 1 Ω , R3 = 12 Ω

R1 = 4 Ω , R4 = 6 Ω

R2 = 3 Ω

R1 ir R3 jungiame lygiagrečiai

Ω; 3124

124

31

31

13RR

RRR

R2 jungiame nuosekliai su R13

Ω; 6132123 RRR

R4 ir sistema R123 sujungti lygiagrečiai

Ω; 366

66

4231

1234

1234RR

RRR

Varžas r ir sistema R1234 sujungti nuosekliai

Ω; 41234RrR

Ats.: 4 Ω;

3. Apskaičiuokite 1 km aliuminio kabelio vijos elektrinę varžą?

R ℓ = 1 km = 1000 m

ρ = 2,8 ∙ 10-8

Ωm = 2,8 ∙ 10-8

Ωmm2/m

;S

ρR

Sužinome iš paveikslėlio vienos vijos diametrą: 10 vijų – 2 cm arba 0,02 m, todėl vijos diametras

(storis)

d = 0,002 m

o vijos skerspjūvis:

;4

2dS ;m103.14

4

10414.3

4

26-62d

S

;8.91014.3

10108.2

6

38

SρR

Ats.: 8,9 Ω.

4. Dvi varžos R1 = R2 = 200 Ω į elektros grandinę, kurioje įtampa U = 120 V,

iš pradžių jungiamos nuosekliai, vėliau – lygiagrečiai. Raskite abiem atvejais elektros srovės

stiprius I1 ir I2.

I1 R1 = R2 = 240 Ω

I2 U = 120 V

Iš pradžių varžus sujungiame nuosekliai, vėliau – lygiagrečiai

a) Nuoseklus jungimas

,21

21RR

U

R

UII

3,0200200

12021 II A;

b) Lygiagretus jungimas

,1

1R

UI 6,0

200

1201I A;

,2

2R

UI 6,0

200

1202I A;

Ats.: a) 0,3A, b) 0,6A, 0,6A.

5. Į elektros grandinę nuosekliai jungiamas pieštukas. Įtampa grandinėje U = 6 V. Pieštuko

ilgis ℓ =20 cm, grafito širdelės diametras d = 2·10-3

m, savitoji elektrinė varža ρ = 4·10-4

Ωm.

Kokia elektros srovė teka pieštuku?

I ρ = 4 ∙ 10-4

Ωm

U = 6 V

ℓ = 20 cm = 0.2 m

d = 2 ∙ 10-3

m

Naudodamiesi Omo dėsniu ir varžos formulėmis

,R

UI

;S

ρR

randame elektros srovės stiprį

,

SUI

Kadangi

;4

2dS

Tada

,4

2dUI

236.0

4

10414.3

2.0104

6 6

4I A.

Ats. 0,236 A.

III TURO UŽDUOTYS

1. Piešinėlyje parodytas smeigtukas. Manykite, kad smeigtukas tampa teigiamai įelektrintu

kūnu. Nupieškite elektrinio lauko jėgų linijas, supančias smeigtuką.

2. Apibūdinkite elektrinį lauką įelektrinto netaisyklingos formos kūno šešiose pažymėtose

vietose. Panaudokite frazes „nėra elektrinio lauko“, „palyginti silpnas“, „vidutinio

stiprumo“ ir „palyginti stiprus“.

3. Išvysčius aliuminio pramonę buvo atsisakyta nuo varinių laidų oro linijoms. Kodėl?

4. Koks elektrinio lauko poveikis augalams?

5. Kodėl ampermetro negalima jungti lygiagrečiai energijos imtuvui?

6. Kaip atrodė pirmoji naudojama elektros baterija?

A B C D

7. Kas vienas iš pirmųjų panaudojo konteinerius pavojingoms baterijų medžiagoms

laikyti?

A. T.Edisonas;

B. A.Volta;

C. L.Galvanis;

D. nei vienas iš jų.

8. Voltmetro skalės maksimali matavimo riba yra U= 3V, o R = 300Ω. Prietaiso skalėje yra

N = 100 padalų. Kokia turėtų būti padalos vertė i, jeigu prietaisą naudotume kaip

miliampermetrą?

9. Grandinės dalį sudaro 3 nuosekliai sujungti laidininkai, kurių varžos 2 Ω, 3 Ω ir 4Ω.

Raskite įtampos kritimą grandyje, jei srovės stipris R2 laidininke lygus 1 A.

10. Elektros šaltinio įtampa U = 200V. Trys laidininkai sujungti taip, kaip parodyta schemoje

(pvz.:4). Jų varžos atitinkamai: R1= 60Ω, R2 = R3 = 30Ω. Rasti įtampą U1, krentančią ant

laidininko R1?

11. Nuosekliai sujungtų dviejų laidininkų R1 ir R2 bendra varža lygi R= 5Ω. Tuos pačius

laidininkus sujungus lygiagrečiai bendra varža lygi R0= 1,2Ω. Reikia rasti R1 ir R2

reikšmes?

12. Rasti varinės vielos varžą, jeigu jos masė m = 1kg, skerspjūvio plotas S = 1 · 10

-7 m2, vielos

tankis ρ0 = 890 kg/ m3, savitoji varža ρ = 1,75 ·10

-8 Ωm?

13. Nubraižykite keturių vienodų varžų 10 galimų jungimų schemas.

14. Kaip reikia sujungti keturis laidininkus, kurių varžos R1 = 1Ω, R2 = 2Ω, R3 = 3Ω ir R4 =

4Ω, kad gautime bendrą varžą R = 2,5Ω?

15. Laidininko varža 4Ω . Kaip gauti iš jo laidą, kurio varža būtų 1Ω? Patikrinti variantus:

a) paimti pusę laido,

b) sulenkti ir susukti,

c) supjaustyti laidą į 4 lygias dalis ir susukti į vieną.

16. Varinio laidininko varža 2 kartus didesnė už aliuminio laidininko varžą, o masė 4 kartus

mažesnė. Kuris laidininkas ilgesnis? Kiek kartų?

17. Elektros grandinės dalies įtampai nustatyti į grandinę nuosekliai įjungti du voltmetrai.

Pirmasis rodo U1 = 20V įtampą, o antrasis U2 = 80V įtampą. Rasti antrojo voltmetro varžą

R2 , jei pirmojo varža R1 = 5kΩ?

18. Laidininko varža R = 36Ω. Į kiek lygių dalių galima supjaustyti laidininką, kad jas

sujungus lygiagrečiai gautume bendrą varžą R0 = 1Ω ?

19. Eksperimentinis. Turėdami du voltmetrus, kurių matavimo ribos iki 6V, išmatuokite 10-

12V srovės šaltinio įtampą gnybtuose.

20. Išspęskite rebusą. Perskaitykite 4 mokslininkų pavardes.

Sprendimus atsiųsti iki 2015-04-25