Parallellkopling

Transkript

1 RST 1 12 Elektrisitet Parallellkopling vurdere strømmene i en trippel parallellkopling Eksperimenter Kople opp kretsen slik figuren viser. Sett på så mye spenning at lampene lyser litt mindre enn normalt. (Lampene må være like.) Mål de fire strømmene i kretsen. Er resultatene rimelige? Forklar. I 1 I 2 I 0 I 3 ca. 4 V Vurder teoretisk hva som vil skje med strømmene i kretsen når vi bryter en av parallellgreinene. Begrunn konklusjonen. Etterprøv konklusjonen eksperimentelt. Forklar hvorfor det må være slik som målingene viser. Bytt ut spenningskilden med et 4,5 V batteri. Vurder teoretisk hva som skjer med strømmene i kretsen når vi bryter en av parallellgreinene. Begrunn konklusjonen. Etterprøv konklusjonen eksperimentelt. Hva ser du nå? Hva kan forklaringen være? Tips Du trenger et 4,5 V batteri, ledninger, 3 lamper på 3,5 V/0,2 eller tilsvarende, en spenningskilde 0 6 V og 4 amperemetre (kan sløyfes).

2 RST 1 12 Elektrisitet Vannvarmer undersøke sammenhengen mellom tilført elektrisk effekt og oppvarmingstid for forskjellige vannmengder Eksperimenter Termometer Rører V V Varmetråd Sett sammen utstyret slik figuren over viser. Spenningskilden bør være jevnt regulerbar fordi spenningen og strømmen bør holdes så konstante som mulig. En passende vannmengde kan være g. Mål massen til vannet. Gjør målinger slik at dere kan bestemme tilført elektrisk energi og temperatur økning i forskjellige tidsintervaller. Rør i vannet rett før temperaturmålingene. Hvorfor? Gjenta med forskjellige vannmengder. Sett opp måleresultatene i en oversiktlig tabell. Tegn i samme koordinatsystem grafer som viser hvordan temperaturen stiger som funksjon av tilført energi for hver av vannmengdene. Finner du for hver vannmengde en enkel sammenheng mellom temperaturøkningen og den tilførte elektriske energien? Tips I stedet for termosflaske eller en annen varmeisolert beholder med motstandstråd/varmetråd og termometer kan dere ta med en vannvarmer hjemmefra og kople den til skolens energimåler. Skru av bryteren hver gang du rører og måler. De gruppene som ønsker det, kan gjøre målingene ved hjelp av en datalogger med tilhørende utstyr. Da trenger dere sensorer for spenning, strøm og temperatur.

3 RST 1 12 Elektrisitet Polspenning undersøke hvordan polspenningen over et batteri avhenger av strømmen gjennom batteriet Eksperimenter Tenk ut en kopling av utstyret der vi kan måle polspenningen over batteriet og strømmen gjennom det ved forskjellige belastninger. Tegn kretsen og kople den opp med voltmeter og amperemeter montert. Be læreren godkjenne oppkoplingen før dere går videre. Gjør målinger av sammenhørende verdier av polspenningen U p og strømmen I. Framstill måledataene grafisk. Kan du finne en enkel matematisk modell for sammenhengen mellom U p og I? Gjenta forsøket for flere batterityper. Drøft likheter og forskjeller. Tips Du kan trenge en variabel motstand eller et potensiometer på 5 10 Ω som belastning. Bruk også en fast motstand med resistans på ca. 1 Ω i serie med den variable motstanden. Bruk eventuelt datalogger med sensorer til å måle strøm og spenning.

4 RST 1 12 Elektrisitet Batteritest lage en profesjonell batteritest Eksperimenter Du trenger en eller flere typer batterier og batterier av hver type fra forskjellige produsenter. Kople batteriene til det apparatet de skal drive, f.eks. en lommelykt eller en CD-spiller, på en måte som gjør at du kan måle strømmen og helst også spenningen. Bruk en datalogger til å måle strømmen og spenningen så lenge batteriet varer. Lag en kurve som viser effekten P = UI som funksjon av tida for hvert batteri. Beregn levert energi. Hvis effekten ikke er konstant, må du dele inn i flere tidsintervaller og summere P t for alle tidsintervallene. Tips Dersom du ikke har spenningsmåler, må du anta at spenningen er konstant lik spenningen da batteriet var nytt. Skriv en kort rapport der du sammenlikner energiinnholdet i batteriene. Kanskje den egner seg for publisering i lokalavisa?

5 RST 1 12 Elektrisitet Strøm og spenning kople kretser, måle spenninger og måle strømmer Forhåndsoppgave 1. Gjør deg kjent med måleinstrumentene du skal bruke i denne øvingen. a) Er instrumentet bygd for måling av strøm eller spenning eller begge deler? b) Kan det brukes både for likestrøm og vekselstrøm? c) Hva er det største og hva er det minste måleområdet for likestrøm? d) Er det noen sikring på instrumentet? e) Det er ofte mer enn to hull å kople kablene til i. Finn i så fall ut hva de forskjellige hullene skal brukes til. For å beskytte instrumentet mot overbelastning bør vi alltid begynne målingene med å velge en stor strømskala først og deretter en lavere skala inntil vi finner den som passer. 2. Du har en elektrisk krets der K er en av komponentene. Du skal måle spenningen over K og strømmen gjennom K. a) Hvordan skal du da kople voltmeteret og amperemeteret? Tegn figur og forklar. b) Hvordan kan det påvirke strømmen i kretsen at vi kopler inn et amperemeter? c) Hvordan kan det påvirke strømmen i kretsen at vi kopler inn et voltmeter? Framgangsmåte Del 1 Kople motstandsbrettet slik figur 1 viser. Bruk en spenning på ca. 6 V mellom plusspolen og minuspolen. Gjør instrumentet klart for måling av likespenninger opp til ca. 6 V. Hvis det er et viserinstrument, bør du studere skalainndelingen nøye. Figur 1 Utstyr spenningskilde, 6 V måleinstrument for strøm og spenning motstandsbrett lampe 3,5 V / 0,2 i holder ledninger L C B D

6 RST 1 12 Elektrisitet 69 Mål spenningen over hver av komponentene og skriv resultatet i en oversiktlig tabell. Vi lager en ny krets der tilkoplingspunktene lengst til høyre på motstandsbrettet, se figur 3, er forbundet med en ledning. Gjør målingene om igjen med denne kretsen og utvid tabellen med de nye resultatene. Vurder om resultatene i punktene ovenfor er rimelige/urimelige ut fra Kirchhoffs lov om spenningen i en krets. Forklar. Del 2 Vi skal måle strømmer i kretsen, figur 1. På kretstegningen nedenfor, figur 2, har vi derfor også satt på strømsymboler for de strømmene du skal måle. Figur 2 B I I 1 I 4 2 L I 3 I 5 C D Mål de fem strømmene og skriv verdiene inn i en tabell. Vurder om resultatene er rimelige/urimelige ut fra Kirchhoffs lov om strømmer i en krets. Del 3 Nå kopler du kretsen slik figur 3 viser. Det er den samme kretsen som i andre punkt i del 1. Figur 3 I 1 B L I 0 I 2 C D Mål strømmene I 0, I 1 og I 2 og skriv verdiene inn i en egen tabell. Vurder om resultatene er rimelige/urimelige ut fra Kirchhoffs lov om strømmer i en krets.

7 RST 1 12 Elektrisitet 70 Del 4 Prøv å kople sammen lampen og alle motstandene på brettet til en krets slik at strømmen i kretsen blir så liten som mulig. Lag en kretstegning som viser hvordan strømmen(e) går. Mål strømmen(e) og skriv ned verdien(e). Hvorfor gir den kretsen du har valgt, den minste strømmen? Skriv en kort forklaring. Del 5 Bruk oppkoplingen i figur 3. Se på lampen. Vil lampen lyse sterkere/svakere når vi bryter B? Prøv å gi et svar først. Se deretter på hva som skjer i praksis. Forklar. Vil lampen lyse sterkere/svakere når vi kortslutter B? Se deretter på hva som skjer i praksis. Forklar. Del 6 Fortsett med figur 3. Når blir I 0 størst? Er det når vi 1. kortslutter B? 2. bryter B? 3. kortslutter? 4. bryter? Tenk først og kontroller deretter med målinger. Skriv i hvert tilfelle opp måleresultatet for I 0. Lag en kretstegning for kretsen i hvert av tilfellene. I hvilket av de fire tilfellene er I 0 altså størst? Forklar.

8 RST 1 12 Elektrisitet I U-karakteristikker ta opp I U-karakteristikker for tre forskjellige elektriske komponenter: glødelampe, motstandstråd og blyantgrafitt Forhåndsoppgave a) Hva sier Ohms lov? b) Studer I-U-karakteristikkene på side 303 i læreboka. Hva kan du si om resistansen til de forskjellige komponentene? Framgangsmåte Vi skal undersøke hvordan spenningen og strømmen utvikler seg i forhold til hverandre for tre ulike typer ledere. Del 1 Lampe Kople opp kretsen slik figuren viser, og la først komponenten være lampen. Gjør målinger av sammenhørende verdier for spenningen over lampen og strømmen gjennom den. La spenningen variere fra 0 til normalverdien for lampen. Sett måleverdiene inn i en oversiktlig tabell. Tegn I U-karakteristikkene som disse målingene gir. V Komponent Regulerbar motstand Del 2 Strengen av blyantgrafitt Bruk den samme kretsen som foran, men nå med grafittstrengen som komponent. Gjør målinger som for lampen. La spenningsområdet være 0 2,5 V. Tegn I U-karakteristikkene. Utstyr spenningskilde, jevnt regulerbar, 0 6 V, ev. spenningskilde 6 V pluss regulerbar motstand motstand/spenningsdeler amperemeter voltmeter lampe, f.eks. 6 V / 0,05 grafittstreng for trykkblyant, 0,5 mm motstandstråd, f.eks. 10 Ω Målingene kan eventuelt gjøres ved hjelp av en datalogger med tilhørende utstyr. Det trengs da sensorer for spenning og strøm. Del 3 - Motstandstråd Samme krets som foran. Gjør målingene og tegn I U-karakteristikkene. Spenningsområdet kan være 0 4 V. Oppsummering Sammenlikn de tre I U-karakteristikkene. Kommenter. Hva kan vi si om resistansen i de tre komponentene/lederne etter hvert som spenningen øker? Bestem grafisk resistansen i motstandstråden.