Λύσεις — Άσκηση 9 · Αντιστάσεις σε Σειρά (σελ. 81) – ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΚΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ Β-Γ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Άσκηση 9 · Αντιστάσεις σε Σειρά (σελ. 81)

Λύσεις για τη σύνδεση σε σειρά.

Εργασία 5 — Τάσεις σε 25 kΩ και 75 kΩ σε σειρά

Ερώτηση: Κύκλωμα δύο αντιστάσεων 25 kΩ και 75 kΩ σε σειρά διαρρέεται από ρεύμα 4 mA. Να υπολογισθούν οι τάσεις στα άκρα των αντιστάσεων καθώς και η τάση τροφοδοσίας της ηλεκτρικής πηγής.

Λύση:

• Στη σειρά το ρεύμα είναι κοινό: \( I = 4\,mA = 0{,}004\,A \).
• \( U_1 = I\cdot R_1 = 0{,}004\cdot25000 = 100\,V \).
• \( U_2 = I\cdot R_2 = 0{,}004\cdot75000 = 300\,V \).
• 2ος κανόνας Κίρχωφ: \( U = U_1 + U_2 = 400\,V \) (έλεγχος: \( R_{ολ}=100\,k\Omega \), \( U = 0{,}004\cdot100000 = 400\,V \)).

Απάντηση: U1 = 100 V, U2 = 300 V, U = 400 V.

Πρόσεξε:

• Μετατρέπουμε mA σε A και kΩ σε Ω πριν από τον υπολογισμό.

Εργασία 2 — Οικιακές συσκευές σε σειρά

Ερώτηση: Όπως είναι γνωστό οι οικιακές ηλεκτρικές συσκευές λειτουργούν με την τάση 230 V του δικτύου πόλης. Μπορούν να συνδεθούν και να λειτουργήσουν σε σειρά; Δικαιολογήστε την απάντησή σας.

Απάντηση:

• Όχι. Σε σειρά η τάση του δικτύου μοιράζεται στις συσκευές ανάλογα με την αντίστασή τους, οπότε καμία δεν θα έπαιρνε τα 230 V που χρειάζεται.
• Επιπλέον το ρεύμα είναι κοινό: αν μια συσκευή σβήσει ή χαλάσει, διακόπτεται το κύκλωμα και σταματούν όλες.
• Γι' αυτό οι συσκευές συνδέονται παράλληλα, ώστε όλες να έχουν την ίδια τάση 230 V.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Όχι· σε σειρά η τάση μοιράζεται και η διακοπή μιας συσκευής σταματά όλες. Συνδέονται παράλληλα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: διαμοιρασμός τάσης + κοινό ρεύμα.

Εργασία 3 — Προσθήκη ίσης αντίστασης σε σειρά

Ερώτηση: Ηλεκτρικό κύκλωμα αποτελείται από μία αντίσταση που τροφοδοτείται από πηγή τάσης. Στο κύκλωμα προστίθεται μια δεύτερη αντίσταση, ίση με την άλλη και σε σειρά με αυτή. Θα μεταβληθεί η τάση, το ρεύμα και η αντίσταση; Αν ναι, πόσο;

Απάντηση:

• Η τάση της πηγής U δεν μεταβάλλεται.
• Η ολική αντίσταση διπλασιάζεται: \( R_{ολ} = R + R = 2R \).
• Το ρεύμα υποδιπλασιάζεται: \( I' = \dfrac{U}{2R} = \dfrac{I}{2} \).
• Η τάση σε κάθε αντίσταση γίνεται \( U/2 \) (πριν η μία αντίσταση είχε όλη την τάση U).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η τάση της πηγής μένει ίδια, η αντίσταση διπλασιάζεται, το ρεύμα υποδιπλασιάζεται και κάθε αντίσταση παίρνει U/2.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: 2R, I/2, U/2 ανά αντίσταση.

Εργασία 4 — Καταστροφή αντίστασης σε κύκλωμα σειράς

Ερώτηση: Ηλεκτρικό κύκλωμα αποτελείται από αντιστάσεις συνδεδεμένες σε σειρά. Αν καταστραφεί η μία αντίσταση τι θα συμβεί; Οι λαμπτήρες φωτισμού συνδέονται σε σειρά;

Απάντηση:

• Θα διακοπεί η ροή του ρεύματος, που είναι κοινό για όλο το κύκλωμα, και θα πάψει να λειτουργεί όλο το κύκλωμα.
• Οι λαμπτήρες φωτισμού δεν συνδέονται σε σειρά αλλά παράλληλα, ώστε να λειτουργούν με την τάση του δικτύου και να μη σβήνουν όλοι όταν καεί ένας.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Διακόπτεται όλο το κύκλωμα· οι λαμπτήρες συνδέονται παράλληλα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: απάντηση και στα δύο σκέλη.

Εργασία 6 — Μέτρηση αντιστάσεων χωρίς ωμόμετρο

Ερώτηση: Ένα ηλεκτρικό κύκλωμα αποτελείται από δύο ηλεκτρικές καταναλώσεις συνδεδεμένες σε σειρά. Πώς θα μετρήσετε την αντίσταση των καταναλώσεων αν δεν έχετε στη διάθεσή σας ωμόμετρο; Σχεδιάστε το ηλεκτρικό κύκλωμα και περιγράψτε τη διαδικασία.

Απάντηση:

• Χρησιμοποιούμε αμπερόμετρο και βολτόμετρο (βολταμπερομετρική μέθοδος).
• Συνδέουμε το αμπερόμετρο σε σειρά με τις καταναλώσεις και μετράμε το κοινό ρεύμα I.
• Συνδέουμε το βολτόμετρο παράλληλα διαδοχικά στα άκρα κάθε κατανάλωσης και μετράμε U1 και U2.
• Υπολογίζουμε \( R_1 = U_1/I \) και \( R_2 = U_2/I \).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Με αμπερόμετρο σε σειρά και βολτόμετρο παράλληλα σε κάθε κατανάλωση: R = U/I.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: σωστή θέση οργάνων + νόμος του Ωμ.

Εργασία 7 — Σύνδεση αμπερομέτρου

Ερώτηση: Με ποιο τρόπο συνδέεται το αμπερόμετρο στο κύκλωμα;

Απάντηση:

• Το αμπερόμετρο συνδέεται σε σειρά με την κατανάλωση της οποίας μετράμε το ρεύμα, ώστε να το διαρρέει το ίδιο ρεύμα.
• Στο συνεχές ρεύμα προσέχουμε την πολικότητα· ποτέ δεν συνδέεται παράλληλα, γιατί θα καταστραφεί από ρεύμα βραχυκυκλώσεως.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Σε σειρά με την κατανάλωση.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: σε σειρά.

Εργασία 8 — Επιλογή κλίμακας αμπερομέτρου για 450 mA

Ερώτηση: Μετράτε το ρεύμα ενός κυκλώματος το οποίο είναι 450 mA με αμπερόμετρο που έχει τις εξής κλίμακες: α) 0-0,5Α, β) 0-1 Α, γ) 0-5Α, δ) 0-10Α. Ποια κλίμακα θα επιλέξετε;

Απάντηση:

• 450 mA = 0,45 A, τιμή μικρότερη από 0,5 A.
• Επιλέγουμε την 0–0,5 A, τη μικρότερη κλίμακα που καλύπτει την τιμή· η ένδειξη (90% της κλίμακας) δίνει το μικρότερο σχετικό σφάλμα.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Κλίμακα α) 0–0,5 A.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: 0–0,5 A με αιτιολόγηση.

Εργασία 9 — Κλίμακα όταν το ρεύμα δεν είναι γνωστό

Ερώτηση: Με ποια κλίμακα θα ξεκινήσετε την μέτρηση αν δεν γνωρίζετε ακριβώς την ένταση του ανωτέρω κυκλώματος; Δικαιολογήστε την απάντησή σας.

Απάντηση:

• Ξεκινάμε από τη μεγαλύτερη κλίμακα (0–10 A), ώστε ένα ρεύμα μεγαλύτερο από το αναμενόμενο να μην καταστρέψει το όργανο.
• Κατεβαίνουμε στη συνέχεια σε μικρότερες κλίμακες, μέχρι την κατάλληλη.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Με την 0–10 A και μετά μικρότερες.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: μεγαλύτερη κλίμακα + προστασία οργάνου.