Λύσεις — Άσκηση 10 · Παράλληλη Σύνδεση (σελ. 89–90) – ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΚΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ Β-Γ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Άσκηση 10 · Παράλληλη Σύνδεση (σελ. 89–90)

Λύσεις για την παράλληλη σύνδεση.

Εργασία 2 — Ρεύματα 20 Ω και 80 Ω παράλληλα στα 160 V

Ερώτηση: Κύκλωμα δύο αντιστάσεων 20 Ω και 80 Ω σε παράλληλη σύνδεση τροφοδοτείται από πηγή τάσης 160 V. Να υπολογισθεί η ένταση του ρεύματος της κάθε αντίστασης καθώς και η ένταση του ρεύματος της πηγής.

Λύση:

• Στην παράλληλη σύνδεση και οι δύο αντιστάσεις έχουν την τάση της πηγής, 160 V.
• \( I_1 = \dfrac{U}{R_1} = \dfrac{160}{20} = 8\,A \), \( I_2 = \dfrac{U}{R_2} = \dfrac{160}{80} = 2\,A \).
• 1ος κανόνας Κίρχωφ: \( I = I_1 + I_2 = 10\,A \).
• Έλεγχος: \( R_{ολ} = \dfrac{20\cdot80}{20+80} = 16\,\Omega \), \( I = 160/16 = 10\,A \).

Απάντηση: I1 = 8 A, I2 = 2 A, I = 10 A.

Πρόσεξε:

• Η μικρότερη αντίσταση διαρρέεται από το μεγαλύτερο ρεύμα.

Εργασία 3 — Ρεύματα παράλληλων καταναλώσεων χωρίς αμπερόμετρο

Ερώτηση: Ένα ηλεκτρικό κύκλωμα αποτελείται από δύο ηλεκτρικές καταναλώσεις παράλληλα συνδεδεμένες. Πώς θα μετρήσετε το ρεύμα των καταναλώσεων αν δεν διαθέτετε αμπερόμετρο; Σχεδιάστε το ηλεκτρικό κύκλωμα και περιγράψτε τη διαδικασία.

Απάντηση:

• Με το κύκλωμα χωρίς τάση μετράμε με ωμόμετρο τις αντιστάσεις R1 και R2 των καταναλώσεων.
• Τροφοδοτούμε το κύκλωμα και μετράμε με βολτόμετρο παράλληλα την κοινή τάση U των κλάδων.
• Υπολογίζουμε \( I_1 = U/R_1 \), \( I_2 = U/R_2 \) και το ολικό \( I = I_1 + I_2 \).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Μετράμε R1, R2 (χωρίς τάση) και U (βολτόμετρο παράλληλα)· I1 = U/R1, I2 = U/R2, I = I1 + I2.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: ωμόμετρο χωρίς τάση + βολτόμετρο + νόμος του Ωμ.

Εργασία 4 — Αντίσταση βολτομέτρου

Ερώτηση: Η ηλεκτρική αντίσταση του βολτομέτρου είναι μικρή ή μεγάλη; Αιτιολογήστε την απάντησή σας με ένα απλό κύκλωμα.

Απάντηση:

• Μεγάλη. Το βολτόμετρο συνδέεται παράλληλα στην κατανάλωση (πηγή → R με το βολτόμετρο στα άκρα της).
• Αν είχε μικρή αντίσταση, θα απορροφούσε σημαντικό ρεύμα και θα μείωνε την ισοδύναμη αντίσταση του κλάδου, αλλοιώνοντας την τάση που μετράμε.
• Με μεγάλη εσωτερική αντίσταση (τουλάχιστον δεκαπλάσια της αντίστασης που παραλληλίζεται) το ρεύμα του οργάνου είναι ελάχιστο και το σφάλμα μικρό.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Μεγάλη, ώστε παράλληλα συνδεδεμένο να μην αλλοιώνει το κύκλωμα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: μεγάλη + αιτιολόγηση με την παράλληλη σύνδεση.

Εργασία 5 — Τρόπος σύνδεσης βολτομέτρου

Ερώτηση: Πώς συνδέεται το βολτόμετρο σε σειρά ή παράλληλα προς τη μετρούμενη κατανάλωση;

Απάντηση:

• Παράλληλα, στα άκρα της κατανάλωσης, γιατί η τάση εμφανίζεται μεταξύ δύο σημείων του κυκλώματος.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Παράλληλα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: παράλληλα.

Εργασία 6 — Αντίσταση αμπερομέτρου

Ερώτηση: Η ηλεκτρική αντίσταση του αμπερομέτρου είναι μικρή ή μεγάλη; Αιτιολογήστε την απάντησή σας με ένα απλό κύκλωμα.

Απάντηση:

• Πολύ μικρή. Το αμπερόμετρο συνδέεται σε σειρά με την κατανάλωση (πηγή → αμπερόμετρο → R).
• Η εσωτερική του αντίσταση προστίθεται στην αντίσταση του κυκλώματος· αν ήταν μεγάλη, θα μείωνε το ρεύμα και η ένδειξη θα ήταν μικρότερη από την πραγματική.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Πολύ μικρή, ώστε σε σειρά να μη μειώνει το ρεύμα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: μικρή + αιτιολόγηση με τη σύνδεση σε σειρά.

Εργασία 7 — Τρόπος σύνδεσης αμπερομέτρου

Ερώτηση: Πώς συνδέεται το αμπερόμετρο σε σειρά ή παράλληλα προς τη μετρούμενη κατανάλωση;

Απάντηση:

• Σε σειρά, ώστε να το διαρρέει το ίδιο ρεύμα με την κατανάλωση.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Σε σειρά.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: σε σειρά.

Εργασία 8 — Αμπερόμετρο αντί βολτομέτρου στην πρίζα

Ερώτηση: Στην προσπάθειά σας να μετρήσετε την τάση σε ένα ρευματοδότη (πρίζα) της κατοικίας σας χρησιμοποιείτε κατά λάθος αμπερόμετρο αντί βολτομέτρου. Τι θα συμβεί; Αιτιολογήστε την απάντησή σας με ένα απλό σχέδιο του ηλεκτρικού κυκλώματος.

Απάντηση:

• Το αμπερόμετρο συνδέεται παράλληλα στους πόλους της πρίζας (πηγή 230 V → αμπερόμετρο).
• Επειδή έχει πολύ μικρή αντίσταση, δημιουργείται σχεδόν βραχυκύκλωμα: \( I = 230/R_A \) πολύ μεγάλο.
• Το αμπερόμετρο καταστρέφεται από το ρεύμα βραχυκυκλώσεως και ενεργοποιείται η ασφάλεια του πίνακα.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Βραχυκύκλωμα: πολύ μεγάλο ρεύμα, καταστροφή του αμπερομέτρου και πτώση της ασφάλειας.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: μικρή αντίσταση → βραχυκύκλωμα.

Εργασία 9 — Βολτόμετρο σε σειρά με συσκευή

Ερώτηση: Τι θα συμβεί αν συνδέσετε το βολτόμετρο σε σειρά με μια ηλεκτρική συσκευή που βρίσκεται σε λειτουργία;

Απάντηση:

• Η μεγάλη αντίσταση του βολτομέτρου προστίθεται σε σειρά, οπότε το ρεύμα του κυκλώματος γίνεται πολύ μικρό και η συσκευή σταματά να λειτουργεί.
• Σχεδόν όλη η τάση της πηγής εμφανίζεται στα άκρα του βολτομέτρου, που δείχνει περίπου την τάση τροφοδοσίας· το όργανο δεν καταστρέφεται.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Το ρεύμα γίνεται πολύ μικρό, η συσκευή σταματά και το βολτόμετρο δείχνει περίπου την τάση της πηγής.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: πολύ μικρό ρεύμα + η συσκευή δεν λειτουργεί.

Εργασία 10 — Πτώση ασφαλειών με μικρή συσκευή

Ερώτηση: Οι ασφάλειες του ηλεκτρικού πίνακα της κατοικίας σας ενεργοποιούνται μόλις θέσετε σε λειτουργία μια μικρή ηλεκτρική συσκευή. Ελέγχετε τη συσκευή αλλά δεν βρίσκετε κανένα πρόβλημα. Τι συμβαίνει;

Απάντηση:

• Οι συσκευές της κατοικίας είναι συνδεδεμένες παράλληλα· σύμφωνα με τον 1ο κανόνα του Κίρχωφ το ρεύμα της γραμμής είναι το άθροισμα των ρευμάτων όλων των συσκευών που λειτουργούν.
• Ήδη λειτουργούν άλλες συσκευές, οπότε το συνολικό ρεύμα είναι κοντά στο όριο της ασφάλειας· το μικρό επιπλέον ρεύμα της νέας συσκευής το ξεπερνά και η ασφάλεια ενεργοποιείται (υπερφόρτιση).
• Η σύνδεση νέας παράλληλης κατανάλωσης μειώνει την ολική αντίσταση και αυξάνει το ολικό ρεύμα.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Υπερφόρτιση της γραμμής: το άθροισμα των ρευμάτων όλων των παράλληλων συσκευών ξεπερνά το όριο της ασφάλειας.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: παράλληλη σύνδεση + άθροισμα ρευμάτων (1ος κανόνας Κίρχωφ).