SPRAWDZIAN NR 20

Transkrypt

SPRAWDZIAN NR 20

FIZYKA DLA GIMNAZJUM
PORADNIK DLA NAUCZYCIELI
Czêœæ XX
Wszelkie prawa zastrze¿one. Materia³y wolno kopiowaæ tylko do u¿ytku wewn¹trzszkolnego.
Kr aków 2006
ZamKor
wspólny cel...
Spis treœci
Wstêp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Sprawdziany do rozdzia³u „ O pr¹dzie elektrycznym” . . . . . . . . . . . . . 7
Sprawdziany do rozdzia³u „ O zjawiskach magnetyczych” . . . . . . . . . . 32
Katarzyna Nessing, Karty pracy z podrêcznikiem „Zrozumieæ Œwiat” czêœæ 3,
Rozdzia³ 11 i 12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Rozwi¹zania zadañ z zeszytu przedmiotowo-æwiczeniowego 3B
do podrêcznika „Zrozumieæ œwiat” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
ã Copyright by ZamKor
ul. Tetmajera 19, 31-352 Kraków
tel./faks (0 prefiks 12) 623-25-00
e-mail: [email protected]
Drogie Kole¿anki, drodzy Koledzy,
Dwudziesta czêœæ poradnika zawiera materia³y pomocnicze do realizacji rozdzia³ów:
11. „O pr¹dzie elektrycznym” i 12. „O zjawiskach magnetycznych” podrêcznika "Zrozumieæ
Œwiat' czêœæ 3.
Zarówno sprawdziany, jak i karty pracy mog¹ byæ tak¿e u¿ywane przez nauczycieli korzystaj¹cych z podrêczników M.R. Rozenbajgierów.
Do akceptacji MEN zosta³a wys³ana ostatnia, czwarta czêœæ podrêcznika „Zrozumieæ Œwiat”.
Niemal po³owê tej ksi¹¿ki stanowi materia³ powtórzeniowy. Zamieszczenie takiego materia³u
w podrêczniku ma pomóc nauczycielowi w usystematyzowaniu wiedzy i umiejêtnoœci uczniów
przed egzaminem. Podczas wiosennych spotkañ z nauczycielami bêdziemy tê ksi¹¿kê dawaæ
w prezencie. Liczymy na Pañstwa uwagi, które pomog¹ nam ulepszaæ realizacjê tego nowatorskiego pomys³u. Na spotkaniach bêdziemy tak¿e demonstrowaæ niektóre doœwiadczenia z teczki
przygotowanej dla pierwszego etapu nauczania. Dla nauczycieli fizyki korzystaj¹cych z naszych
podrêczników bêdzie dostêpna w cenie z rabatem.
Do tej ostatniej czêœci podrêcznika „Zrozumieæ Œwiat” planujemy wydanie tylko jednego zeszytu przedmiotowo-æwiczeniowego. Bêdzie on zawiera³ pytania i zadania u³atwiaj¹ce realizacjê
optyki i elementów fizyki j¹drowej. Uwa¿amy, ¿e w samym podrêczniku jest tyle zadañ powtórzeniowych, ¿e do tej jego czêœci zeszyt æwiczeniowy jest zbyteczny.
W przygotowaniu jest natomiast ksi¹¿ka „Przepustka do liceum” zawieraj¹ca zgrupowane
wed³ug standardów zadania z matematyki, fizyki, chemii, biologii i geografii. Bêd¹ mogli z niej
korzystaæ obecni uczniowie klas drugich, przygotowuj¹c siê do egzaminu w roku 2008. O ukazaniu siê tej ksi¹¿ki poinformujemy na stronie internetowej i w comiesiêcznym biuletynie.
Na koniec wa¿na uwaga. Zwróciliœcie Pañstwo uwagê, ¿e w opracowaniu pana Rafa³a Rutkowskiego zamieszczonym w poradniku XIX, nie znalaz³y siê dwa zadania z egzaminu w 2005,
które okaza³y siê bardzo trudne dla uczniów. S¹ to zadania 28 i 29:
„Informacje i tabela do zadañ 28. i 29.
Most zbudowany jest z przêse³ o d³ugoœci 10 m ka¿de. Przês³o pod wp³ywem wzrostu temperatury wyd³u¿a siê. Przyrost tego wyd³u¿enia jest wprost proporcjonalny do przyrostu temperatury. Wartoœæ przyrostu d³ugoœci przês³a dla wybranych wartoœci przyrostu temperatury przedstawia poni¿sza tabela.
Przyrost temperatury Dt ( ° C)
0
10
przyrost d³ugoœci prêta Dl (mm)
0
1
30
45
4,5
Zadanie 28. (0–1)
Wpisz do tabeli brakuj¹c¹ wartoœæ przyrostu d³ugoœci przês³a.
5
Zadanie 29. (0–2)
Zapisz zale¿noœæ przyrostu d³ugoœci przês³a ( Dl) od przyrostu temperatury ( Dt ) za pomoc¹
wzoru. Podaj wspó³czynnik proporcjonalnoœci Dl do Dt z odpowiedni¹ jednostk¹.
OdpowiedŸ:
Wzór: Dl = A Dt,
np. 1 mm = A × 10° C,
Wspó³czynnik proporcjonalnoœci A = 0,1
mm
.”
°C
Chc¹c zapobiec w przysz³oœci trudnoœciom z obliczaniem wspó³czynnika proporcjonalnoœci,
w materiale powtórzeniowym, w czwartej czêœci „Zrozumieæ Œwiat”, zamieœciliœmy kilka podobnych zadañ.
Barbara Sagnowska
Kraków, 10 grudnia 2006
6
Sprawdzian nr 18
Plan testu sprawdzaj¹cego wielostopniowego
O pr¹dzie elektrycznym
Poziom wymagañ
Kategoria celów
KONIECZNE
I PODSTAWOWE ROZSZERZAJ¥CE
(dobry)
(dostateczny)
A
B
C
A
B
C
DOPE£NIAJ¥CE
(bardzo dobry)
A
B
C
standardy
Liczba
zadañ
D
Uczeñ zna zasady bezpiecznego pos³ugiwania siê urzadzeniami elektrycznymi
1
III.1
1
Uczeñ rozró¿nia dobre i z³e przewodniki pr¹du
2
III.1
1
Uczeñ wie, w jakich jednostkach wyra¿amy napiêcie i natê¿enie pr¹du
3
III.2
1
Uczeñ wie, jakie przyrz¹dy s³u¿¹ do mierzenia napiêcia i natê¿enia pr¹du
4
III.1
1
I.1
1
III.1
1
Uczeñ potrafi okreœliæ zakres amperomierza i woltomierza
Uczeñ rozumie rolê bezpiecznika w sieci elektrycznej
5
6
Uczeñ potrafi skorzystaæ z definicji natê¿enia pr¹du elektrycznego
7
III.3
1
Uczeñ potrafi narysowaæ schemat prostego obwodu elektrycznego
8
II.1
1
III.1
1
Uczeñ rozumie prawo Ohma
9
Uczeñ potrafi obliczyæ moc odbiornika
10
III.3
1
Uczeñ potrafi pos³ugiwaæ siê danymi znamionowymi odbiornika
11
III.1
1
7
Uczeñ potrafi przekszta³caæ wzory i obliczaæ wielkoœci fizyczne
12
III.2
1
Uczeñ zna i stosuje zwi¹zki miêdzy napiêciami i natê¿eniami pr¹dów
w ³¹czeniu szeregowym i równoleg³ym
13
III.1
1
Uczeñ potrafi w prostych przypadkach obliczyæ wielkoœæ fizyczn¹ na podstawie wykresu
14
III.3
1
Uczeñ potrafi odczytaæ dok³adnoœæ amperomierza i woltomierza
15
II.1
1
Uczeñ potrafi prawid³owo w³¹czyæ mierniki w obwód elektryczny
16
II.2
1
17
III.2
1
Uczeñ potrafi rozwi¹zywaæ problemy dotycz¹ce obwodów elektrycznych
18
III.1
1
Uczeñ potrafi rozwi¹zywaæ problemy iloœciowe wykorzystuj¹c prawa
przep³ywu pr¹du elektrycznego
19
III.1
1
Uczeñ potrafi rozwi¹zywaæ problemy korzystaj¹c z wykresów
20
III.3
1
Liczba zadañ
4
2
5
-
-
5
-
-
2
2
20
Liczba zadañ w procentach
20
10
25
-
-
25
-
-
10
10
100
Zadania 1 – 8 dotycz¹ elementów treœci niezbêdnych do dalszego kszta³cenia, bezpoœrednio u¿ytecznych w pozaszkolnej dzia³alnoœci ucznia,
najbardziej uniwersalnych i przystêpnych.
Zadania 9 – 16 sprawdzaj¹ umiejêtnoœci wykonywania najprostszych obliczeñ, wypowiadania swoich myœli na prostych przyk³adach, prezentacji elementów twórczego myœlenia.
Zadania 17 – 20 sprawdzaj¹ umiejêtnoœci rozwi¹zywania problemów jakoœciowych z³o¿onych, wykonywania bardziej skomplikowanych obliczeñ, samodzielnego formu³owania wypowiedzi, twórczego rozwi¹zywania problemów.
Normy punktowe zaliczania testu przy za³o¿eniu, ¿e za ka¿de poprawnie rozwi¹zane zadanie uczeñ otrzymuje 1 punkt:
0–4
ocena niedostateczna
5–7
ocena dopuszczaj¹ca
8 – 10 ocena dostateczna
11 – 16 ocena dobra
17 – 20 ocena bardzo dobra
8
Uczeñ potrafi rozwi¹zywaæ zadania rachunkowe wykorzystuj¹c prawa
przep³ywu pr¹du elektrycznego
SPRAWDZIAN NR 18 (wersja A)
1.
Urz¹dzeñ elektrycznych, szczególnie takich, które nie maj¹ plastikowej obudowy, nie wolno
dotykaæ mokrymi rêkami
q
2.
prawda,
q
fa³sz
Dobrym przewodnikiem jest:
q szk³o, q drewno, q miedŸ.
3.
Napiêcie Ÿród³a wyra¿amy w jednostkach zwanych _______________________.
4.
Przyrz¹d s³u¿¹cy do pomiaru natê¿enia nazywamy ________________________.
5.
Ile wynosi zakres woltomierza, którego skalê przedstawiono na rysunku?
5
10 15
V
6.
Zadaniem bezpiecznika w instalacji elektrycznej jest:
q przerywanie obwodu, gdy natê¿enie pr¹du przekroczy dopuszczaln¹ wartoœæ,
q doprowadzenie pr¹du elektrycznego do odbiorników,
q zabezpieczenie instalacji w czasie, gdy odbiorniki nie s¹ w³¹czone do sieci.
7.
Jeœli przez przekrój poprzeczny przewodnika w czasie 1 s przep³ynie ³adunek 5 C, to
natê¿enie pr¹du w tym przewodniku wynosi ___________________________.
8.
Narysuj schemat obwodu w sk³ad którego wchodz¹: Ÿród³o napiêcia, wy³¹cznik, odbiornik
i amperomierz.
9.
Jeœli napiêcie przy³o¿one miêdzy koñcami przewodnika zwiêkszymy 3 razy, to natê¿enie
pr¹du w tym przewodniku _______________________________ razy.
10.
Oblicz moc ¿arówki, w której pr¹d elektryczny w czasie 5 s wykonuje pracê 200 J?
11. Na pierwszej suszarce do w³osów znajduje siê napis: 230 V, 1200 W, a na drugiej: 230 V,
800 W. Jeœli obu suszarek u¿ywano tak samo d³ugo, to rachunek za zu¿ycie energii
elektrycznej by³ ni¿szy w przypadku:
q suszarki 1, q suszarki 2
9
12. Wykonuj¹c odpowiednie obliczenia uzupe³nij tabelkê.
I (A)
q (C)
2
t (s)
120
6
0,01
24 V
0,5
0,1
R2
R1
13. Oblicz
napiêcie, jakie wskazuje woltomierz V 2 w³¹czony miêdzy koñce
V2
V1
drugiego odbiornika, jeœli wskazanie pierwszego wynosi V 1 = 10 V
W (J)
14. Oblicz
400
moc odbiornika w³¹czonego do obwodu, dla którego wykonano
200
wykres.
30
10
15. Z jak¹ dok³adnoœci¹ mo¿na zmierzyæ napiêcie
za pomoc¹ pokazanego woltomierza.
t (s)
5
10
0
V
5
10
0
V
16. Amperomierz
i woltomierz posiadaj¹ dwa zaciski (+,-), które odpowiednio ³¹czymy z innymi elementami obwodu. Na rysunku, przy
ka¿dym z zacisków dorysuj wyraŸnie znak „+” lub „-”.
1
0,5
A
BATTERY
3R12A
4,5V
17. Oblicz moc ¿arówki o oporze R = 1000W, jeœli p³ynie przez ni¹ pr¹d
o natê¿eniu 0,1 A.
4W
18. Oblicz,
ile wynosi natê¿enie pr¹du przep³ywaj¹cego przez ka¿dy
z oporników, jeœli miêdzy punkty A i B obwodu przy³o¿ono napiêcie
równe 6 V.
A
4W
B
4W
19. Wypisane na ¿arówce wartoœci wynosz¹: 220V, 100 W. Oblicz pracê
wykonan¹ przez pr¹d elektryczny w tej ¿arówce w czasie 1 s, jeœli w³¹czono j¹ do napiêcia
110 V.
I (A)
2
1
20. Na podstawie wykresów sporz¹dzonych dla ró¿nych obwodów odpowiedz na pytanie: w którym obwodzie odbiornik mia³ wiêkszy opór i ile raz?
U (V)
10
1,5
Odpowiedzi do sprawdzianu nr 18 (wersja A)
1. prawda;
2. miedŸ;
3. woltami;
4. amperomierz;
5. 20 V;
6. przerywanie obwodu, gdy natê¿enie pr¹du przekroczy dopuszczaln¹ wartoœæ;
7. I = 5 A;
8.
W
+
_
A
9. wzroœnie 3 razy;
10. P = 40 W;
11. suszarki 2;
12.
I (A)
q (C)
t (s)
2
240
120
12
6
0,5
0,01
0,1
10
13. U 2 = 14 V;
14. P =
400 J
= 13,33 W;
30 s
15. Za pomoc¹ pokazanego woltomierza mo¿na zmierzyæ napiêcie z dok³adnoœci¹ do 1 V;
11
16.
5
10
0
V
0,5
1
1,5
A
BATTERY
3R12A
4,5V
17. P =10 W;
18. Przez ka¿dy opornik przep³ywa pr¹d o natê¿eniu 1,5 A;
19. W 1 = 100 W × 1 s = 100
J;
Pracê wykonan¹ w ¿arówce przez pr¹d elektryczny w czasie 1 s mo¿na wyraziæ: W =
U2
×t .
R
Przy dwukrotnym zmniejszeniu napiêcia (R pozostaje niezmienione) praca maleje
czterokrotnie i wynosi: W2 = 25 J.
Do obliczeñ nie mo¿emy korzystaæ z wzoru W = UIt , bo wraz ze zmian¹ U zmienia siê I;
20. Z wykresu mo¿na odczytaæ, ¿e w obwodzie pierwszym odbiornik mia³ dwa razy wiêkszy opór
ni¿ w obwodzie drugim.
12
SPRAWDZIAN NR 18 (wersja B)
1.
Nie wolno manipulowaæ w urz¹dzeniach elektrycznych, jeœli s¹ one w³¹czone do sieci pr¹du
elektrycznego.
q prawda, q fa³sz
2. Przyk³adem substancji przewodz¹cej pr¹d elektryczny jest:
q plastik, q woda z kranu, q drewno.
3.
Natê¿enie pr¹du wyra¿amy w jednostkach zwanych __________________.
4.
Przyrz¹dem do pomiaru napiêcia jest ________________________.
1
0,5
1,5
5.
Ile wynosi zakres amperomierza, którego skalê przedstawiono na rysunku?
6.
Tato Adama zast¹pi³ przepalony bezpiecznik 5 A bezpiecznikiem 20 A, bo taki akurat mia³
w domu. Tato Adama post¹pi³
A
q prawid³owo, qnieprawid³owo.
7.
Jeœli w przewodniku p³ynie pr¹d o natê¿eniu 2 A, to znaczy, ¿e przez przekrój poprzeczny
tego przewodnika w ci¹gu 1 s przep³ywa ³adunek _______________________.
8.
Narysuj schemat obwodu elektrycznego, w sk³ad którego wchodz¹: Ÿród³o napiêcia,
wy³¹cznik i woltomierz mierz¹cy napiêcie na ¿arówce.
9.
Jeœli napiêcie przy³o¿one miêdzy koñce przewodnika zmniejszymy dwa razy to natê¿enie
pr¹du w tym przewodniku __________________________razy.
10. Oblicz moc grza³ki czajnika elektrycznego, w której pod napiêciem 230 V p³ynie pr¹d o natê¿eniu 10 A.
11. Na ¿elazku widnieje napis: 230 V, 1600 W, a na lodówce : 230 V, 400 W. Op³ata za energiê
elektryczn¹ zu¿yt¹ przez lodówkê w ci¹gu 1 godziny by³a
qwy¿sza, q ni¿sza
w porównaniu z op³at¹ za energiê zu¿yt¹ przez ¿elazko w tym samym czasie.
13
12.
Wykonuj¹c odpowiednie obliczenia uzupe³nij tabelkê.
U (V)
230
I (A)
R (W)
2
0,1
9
110
300
A1
R1
A2
R2
R
13. Jakie
natê¿enie pr¹du wskazuje amperomierz A 1 , jeœli
A3
amperomierz A 3 wskazuje 1 A, a amperomierz A 2 wskazuje 0,2 A?
14. Oblicz opór elektryczny odbiornika w³¹czonego do obwodu, dla
którego sporz¹dzono wykres.
I (A)
0,4
0,2
15. Z jak¹ dok³adnoœci¹ mo¿na zmierzyæ natê¿enie pr¹du za pomoc¹ pokazanego amperomierza?
16.
1
0,5
10
1,5
30
U (V)
A
Amperomierz i woltomierz posiadaj¹ dwa zaciski
1
0,5
1,5
A
(+, –), które odpowiednio ³¹czymy z innymi elementami obwodu. na rysunku, przy ka¿dym z zacisków dorysuj wyraŸnie
5
10
0
znak „+” lub „–”.
17. Oblicz
BATTERY
3R12A
4,5V
V
moc grza³ki czajnika elektrycznego o oporze R = 26, 45 W w³¹czonego do Ÿród³a
napiêcia 230 V.
18. Oblicz
napiêcie miêdzy punktami A i B (rysunek), je¿eli przez odbiorniki p³ynie pr¹d
o natê¿eniu 0,1 A.
B
A
15 W
25 W
10 W
19. Instalacja elektryczna o napiêciu 230 V zasila mieszkanie, w którym jest w³¹czona lampa,
lodówka i kuchenka mikrofalowa. Przez te urz¹dzenia p³ynie pr¹d elektryczny o natê¿eniach
1,5 A; 0,01 A i 5 A. Czy bezpiecznik 10-amperowy “wytrzyma” w³¹czenie jeszcze ¿elazka
o mocy 1000 W? Uzasadnij odpowiedŸ.
q (C)
2
1
20. Na podstawie wykresów sporz¹dzonych dla dwóch obwodów
odpowiedz na pytanie: w którym obwodzie p³yn¹³ pr¹d
o wiêkszym natê¿eniu i ile razy? Uzasadnij odpowiedŸ.
t (s)
14
Odpowiedzi do sprawdzianu nr 18 (wersja B)
1. prawda;
2. woda z kranu;
3. amperach;
4. woltomierz;
5. 2 A;
6. nieprawid³owo;
7. 2 C;
8.
W
+
_
V
9. zmniejszy siê 2 razy;
10. 2300 W;
11. ni¿sza;
12.
U (V)
I (A)
R (W)
230
2
115
11
0,1
110
9
0,03
300
13. Amperomierz A 1 wskazuje natê¿enie pr¹du I 1 = 0,8 A;
14. R = 100W;
15. Przedstawiony amperomierz mierzy natê¿enie p³yn¹cego pr¹du z dok³adnoœci¹ do 0,1 A;
15
16.
1
0,5
1,5
A
5
10
0
BATTERY
3R12A
4,5V
V
17. Moc grza³ki wynosi P = 2000 W = 2 kW;
18. Napiêcie miêdzy punktami A i B wynosi U AB = 1,5 V;
19. Ca³kowity pr¹d p³yn¹cy przez wymienione odbiorniki wynosi I c = 6,51 A. Pr¹d jaki powinien
p³yn¹æ przez ¿elazko wynosi I ¿ =
P 1000 W
=
= 4,35 A. Po w³¹czeniu ¿elazka ca³kowity
U
230 V
pr¹d wyniós³by I = 10,86 A, a wiêc bezpiecznik 10 A nie wytrzyma³by takiego obci¹¿enia.
20.
16
Z wykresu mo¿na odczytaæ, ¿e w obwodzie drugim p³ynie pr¹d o dwa razy wiêkszym
natê¿eniu.
Sprawdzian nr 19 czêœæ 1
Plan testu sprawdzaj¹cego jednostopniowego
Wymienione w planie elementy treœci s¹ niezbêdne dla dalszego kszta³cenia, bezpoœrednio u¿yteczne w pozaszkolnej dzia³alnoœci ucznia,
najbardziej uniwersalne i przystêpne.
Normy procentowe zaliczania testu przy za³o¿eniu, ¿e za ka¿de poprawnie rozwi¹zane zadanie uczeñ otrzymuje 1 punkt
0 – 10 punktów – ocena niedostateczna
11 – 14 punktów – ocena dopuszczaj¹ca
15 – 18 punktów – ocena dostateczna
Poziom wymagañ
Kategoria celów
KONIECZNE I PODSTAWOWE
A
B
C
Uczeñ zna korzyœci zwi¹zane z u¿ywaniem pr¹du elektrycznego
1
Uczeñ potrafi bezpiecznie korzystaæ z urz¹dzeñ elektrycznych
Uczeñ wie, w jakich jednostkach wyra¿aj¹ siê elektryczne wielkoœci fizyczne
Standardy
Liczba
zadañ
2
II.2
2
3, 4
II.2
2
I.2
1
III.1
1
III.1
1
5
Uczeñ rozumie, co to znaczy, ¿e odbiorniki ró¿ni¹ siê moc¹
6
Uczeñ potrafi dobraæ odpowiedni¹ bateriê do odbiornika
7
17
Uczeñ wie, w jakim celu u¿ywa siê bezpieczników
8
III.1
1
Uczeñ wie, jak oznacza siê jednostki podstawowych wielkoœci fizycznych
9
I.1
1
III.1
1
12
III.1
4
13
III.2
1
Uczeñ rozumie, ¿e obwód musi byæ zamkniêty, by p³yn¹³ w nim pr¹d elektryczny
Uczeñ wie, co to znaczy ¿e odbiorniki s¹ po³¹czone szeregowo
Uczeñ potrafi obliczyæ na podstawie wskazañ licznika zu¿yt¹ energiê elektryczn¹
10
11, 17, 18
14
III.3
1
Uczeñ potrafi obliczyæ opór odbiornika z prawa Ohma
15
III.2
1
Uczeñ potrafi obliczyæ pracê pr¹du elektrycznego ze wzoru
16
III.2
1
Liczba zadañ
Zadania w procentach
3
6
9
18
16,7
33,3
50
100
18
Uczeñ potrafi narysowaæ schemat prostego obwodu elektrycznego
SPRAWDZIAN NR 19
Czêœæ 1 (ocena maksymalna – dostateczna)
1.
Wymieñ trzy codzienne czynnoœci, które wykonujesz u¿ywaj¹c urz¹dzeñ elektrycznych
____________________________________________________________________________.
2.
Po³¹cz kresk¹ nazwê urz¹dzenia z g³ówn¹ korzyœci¹ z jego u¿ycia.
wiertarka
œwiat³o
¿elazko
ciep³o
¿arówka
praca mechaniczna
3.
4.
Dlaczego wylot ciep³ego powietrza z suszarki do w³osów jest zamkniêty plastikow¹ siatk¹
ochronn¹, nie pozwalaj¹c¹ na dotykanie czêœci, przez które p³ynie pr¹d elektryczny?
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________.
Które z opisanych ni¿ej zachowañ s¹ niebezpieczne?
q Kasia k¹pi¹c siê, suszy w³osy elektryczn¹ suszark¹,
q Jacek k¹pi¹c siê, trzyma przy uchu w³¹czony do sieci radioodbiornik,
q Mama myje nie w³¹czony z sieci mikser.
5.
6.
Po³¹cz kresk¹ wielkoœæ fizyczn¹ z jej jednostk¹
natê¿enie pr¹du
wolt
napiecie
om
energia elektryczna
amper
opór elektryczny
d¿ul
W tym samym czasie w ró¿nych odbiornikach pr¹d wykonuje ró¿n¹ pracê. Mówimy, ¿e
odbiorniki ró¿ni¹ siê ______________.
7. Dysponujesz ¿aróweczk¹, na której jest napis: 4,5 V.
Któr¹ bateriê zakupisz do jej zasilania?
BATTERY
6F22
9V
q
BATTERY
3R12A
4,5V
q
BATTERY
R20A
1,5 V
q
8. Bezpieczników u¿ywamy wszêdzie, gdzie chcemy zabezpieczyæ urz¹dzenie przed przep³ywem
przez ni¹ pr¹du o zbyt du¿ym natê¿eniu.
q prawda, q fa³sz.
9. Greck¹ du¿¹ liter¹ W (omega) oznacza siê w fizyce jednostkê _________________________.
19
a
10. Aby pr¹d elektryczny p³yn¹³ przez ¿arówkê
b
– musz¹ byæ zamkniête oba wy³¹czniki w przypadku ____,
– wystarczy zamkn¹æ jeden wy³¹cznik w przypadku ___,
11. Jeœli wszystkie odbiorniki w obwodzie s¹ po³¹czone jeden za
drugim tak, ¿e wszystkie elektrony musz¹ przep³ywaæ przez ka¿dy z odbiorników, mówimy, ¿e s¹
po³¹czone ____________________.
12.
„Œwiêty” obraz otoczony jest œwiec¹cymi siê ¿arówkami. Co zrobiæ, by sprawdziæ, czy
¿arówki s¹ po³¹czone szeregowo, czy równolegle?
____________________________________________________________________________.
13. Pewnego dnia licznik elektryczny wskazywa³ 3127 kWh, miesi¹c póŸniej wskazywa³ 4349 kWh.
Oblicz ile energii zu¿yto w czasie tego miesi¹ca?
14. Narysuj schemat obwodu sk³adaj¹cego siê: ze Ÿród³a, ¿arówki, wy³¹cznika, amperomierza i
woltomierza, mierz¹cego napiêcie na ¿arówce.
15. Oblicz opór ¿elazka, w którym pod napiêciem 230 V p³ynie pr¹d o nate¿eniu 4 A.
16. Oblicz energiê elektryczn¹ zu¿yt¹ przez telewizor, który by³ w³¹czony przez 40 s do napiêcia
230 V i p³yn¹³ przez niego pr¹d o natê¿eniu 0,1 A.
17. ¯arówka w³¹czona, jak na schemacie A œwieci jaœniej ni¿ w przypadku B.
0,5
1
1,5
1
0,5
A
A
1,5
1
0,5
1
0,5
1,5
A
BATTERY
3R12A
4,5V
schemat A
1,5
A
BATTERY
3R12A
4,5V
schemat B
q prawda, q fa³sz.
18. W przedstawionym obwodzie
q najwiêksze natê¿enie pr¹du wska¿e amperomierz A ,
q najwiêksze natê¿enie pr¹du wska¿e amperomierz A ,
q wszystkie amperomierze wska¿¹ jednakowe natê¿enie.
2
A2
R1
3
A1
A3
+
20
R2
_
R3
Odpowiedzi do sprawdzianu nr 19 czêœæ 1
1.
odkurzanie, suszenie w³osów suszark¹, gotowanie wody w czajniku elektrycznym, s³uchanie
radioodbiornika itd.;
2.
wiertarka
¿elazko
¿arówka
œwiat³o
ciep³o
praca mechaniczna
3.
Wylot ciep³ego powietrza w suszarce do w³osów jest zamkniêty plastikow¹ siatk¹ ochronn¹,
poniewa¿ dotykanie przewodów przez które p³ynie pr¹d elektryczny grozi pora¿eniem a
nawet œmierci¹;
4.
Kasia k¹pi¹c siê, suszy w³osy elektryczn¹ suszark¹,
Jacek k¹pi¹c siê, trzyma przy uchu w³¹czony do sieci radioodbiornik,
Mama myje nie w³¹czony z sieci mikser;
5.
natê¿enie pr¹du
napiêcie
energia elektr yczna
opór elektr yczny
6.
wolt
om
amper
d¿ul
moc¹;
7.
BATTERY
6F22
9V
q
BATTERY
3R12A
4,5V
q
8.
prawda;
9.
oporu elektrycznego;
BATTERY
R20A
1,5 V
q
10. - musz¹ byæ zamkniête oba wy³¹czniki w przypadku b,
- wystarczy zamkn¹æ jeden wy³¹cznik w przypadku a,
21
11. szeregowo;
12. je¿eli wy³¹czymy jedn¹ a wszystkie zgasn¹, tzn. ¿e s¹ po³¹czone szeregowo;
13. w czasie jednego miesi¹ca zu¿yto 1222 kWh energii elektrycznej;
14.
W
A
+
_
V
15. opór ¿elazka wynosi R = 57,5 W;
16. energia elektryczna zu¿yta przez telewizor wynosi W = 920 J;
17. fa³sz;
18. wszystkie amperomierze wska¿¹ jednakowe natê¿enie.
22
11 – 16 punktów – ocena dobra
Poziom wymagañ
Kategoria celów
ROZSZERZAJ¥CE
B
Standardy
Liczba
zadañ
1, 6, 14
III.1
3
2
III.2
1
3, 4
III.2
2
III.1
1
III.1
1
8
III.2
1
9, 10
III.1
2
Uczeñ potrafi przekszta³caæ wzory i obliczaæ wielkoœci fizyczne
11
III.2
1
Uczeñ potrafi obliczaæ wielkoœci fizyczne na podstawie wykresu (w prostych
przypadkach)
12
III.2
1
Uczeñ wie, jak praca wykonana w urz¹dzeniu elektrycznym zale¿y od przy³o¿onego
napiêcia
13
III.1
1
A
Uczeñ potrafi wykorzystaæ w praktyce prawa pr¹du elektrycznego
Uczeñ potrafi obliczyæ koszt zu¿ytej energii elektrycznej
Uczeñ potrafi korzystaæ z I prawa Kirchhoffa
Uczeñ rozumie, na czym polega zwarcie w instalacji elektrycznej
Uczeñ wie, od czego zale¿y praca wykonana w urz¹dzeniu elektrycznym
Uczeñ potrafi przybli¿aæ jednostki wielkoœci elektrycznych
Uczeñ potrafi oceniæ wp³yw do³¹czenia do obwodu dodatkowego odbiornika (szeregowo, równolegle) na ca³kowity opór obwodu
C
5
7
23
24
Liczba zadañ
15, 16
III.2
2
1
1
14
16
6,25
6,25
87,5
100
Uczeñ potrafi wykorzystywaæ prawa pr¹du elektrycznego do obliczania nieznanych
wielkoœci w obwodzie pr¹du
SPRAWDZIAN NR 19
Czêœæ 2 (ocena maksymalna – dobra)
1.
W którym przypadku ¿arówka bêdzie œwieciæ?
BATTERY
3R12A
4,5V
q
BATTERY
3R12A
BATTERY
3R12A
4,5V
4,5V
q
q
2. Rysunki przedstawiaj¹ ten sam licznik energii elektrycznej sfotografowany w odstêpie 1 miesi¹ca. Oblicz iloœæ
i koszt zu¿ytej energii w czasie tego miesi¹ca, jeœli za
1 kWh p³acono 0,4 z³.
3.
0 5 5 5 5 5
0 5 6 4 7 5
I=?
1A
Oblicz natê¿enie pr¹du I. Uzasadnij odpowiedŸ na podstawie zasady
zachowania ³adunku.
1,5 A
3A
2,5 A
W2
R2
4.
Po zamkniêciu wy³¹czników W1 i W2 amperomierz wskazywa³ natê¿e-
R3
nie I 1 . Po zamkniêciu wszystkich wy³¹czników wskazywa³ natê¿enie I 2 .
qI
1 = I 2,
qI
2 < I 1,
qI
W3
A
R1
2 > I1
W1
5.
Druty, którymi ¿aróweczkê po³¹czono z bateri¹ stykaj¹ siê. Czy ¿aróweczka œwieci? Jak nazywa siê zjawisko, które tu pokazano?
____________________________________________________________
drut
miedziany
drut
miedziany
BATTERY
3R12A
4,5V
A
6.
W którym przypadku wy³¹cznik zamyka obwód
pr¹du? Kolorowym pisakiem zaznacz którêdy
p³ynie pr¹d.
B
te pr zewody
prowadz¹ do
Ÿród³a napiêcia
te pr zewody
prowadz¹ do
Ÿród³a napiêcia
q A, q B
7.
Praca wykonana w urz¹dzeniu elektrycznym w jednostce czasu zale¿y od:
qoporu urz¹dzenia,q przy³o¿onego napiêcia, q obu wymienionych wy¿ej wielkoœci.
25
8.
1 kWh = _____________________________ J.
9.
Jeœli do obwodu w którym znajduje siê kilka odbiorników po³¹czonych szeregowo do³¹czymy
szeregowo nastêpne, to ca³kowity opór obwodu
qwzroœnie,
q zmaleje.
10. Jeœli do obwodu, w którym znajduje siê kilka odbiorników po³¹czonych szeregowo do³¹czymy równolegle nastêpne, to ca³kowity opór obwodu
qwzroœnie, q zmaleje.
11. Uzupe³nij tabelkê
I (A)
U (V)
0,2
20
P (W)
100
R (W)
200
200
50
I (A)
12. Na podstawie wykresu oblicz opór odbiornika, dla
którego sporz¹dzono ten wykres.
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
100 200 300 400 500
U (V)
13. Jeœli napiêcie miêdzy koñcami grza³ki elektrycznej zwiêkszymy dwukrotnie, to w czasie 1 s
pr¹d elektryczny p³yn¹cy przez tê grza³kê wykona ________ razy wiêksz¹ pracê.
14. Jak wiesz, miêdzy kolejnymi szynami torów kolejowych pozostawia siê przerwy, by w upalne
dni nie dochodzi³o do ich wyginania. Szyny kolei elektrycznej ³¹czy siê jednak giêtkim
przewodem. Po co?
10 W
15 W
przedstawia fragment obwodu elektrycznego. Jakie naA
piêcie wskazuje woltomierz?
I = 1,5 A
15. Rysunek
16. Jakie
napiêcie wska¿e woltomierz w³¹czony do koñców odbiornika o oporze R ?
V
3W
A
I = 1,5 A
26
V
R
U=6V
Odpowiedzi do sprawdzianu nr 19 czeœæ 2
1.
BATTERY
3R12A
4,5V
q
BATTERY
3R12A
BATTERY
3R12A
4,5V
4,5V
q
q
2.
W czasie jednego miesi¹ca zosta³a zu¿yta energia W = 920kWh, koszt tej energii to 368 z³;
3.
Natê¿enie pr¹du I = 2 A. Suma ³adunków dop³ywaj¹cych w jednostce czasu do wêz³a
sieci równa jest sumie ³adunków wyp³ywaj¹cych w jednostce czasu z tego wêz³a.
I d = 1 A + 1,5 A + 2,5 A = 5 A,
I = 5 A- 3 A = 2 A
4.
I 2 > I 1,
5.
6.
7.
8.
¯aróweczka nie zaœwieci. Zjawisko to nazywamy zwarciem;
A;
obu wymienionych wy¿ej wielkoœci;
1 kWh = 3 600 000 J;
9. wzroœnie;
10. zmaleje;
11.
I (A)
U (V)
P (W)
R (W)
0,2
20
4
100
0,5
100
50
200
2
100
200
50
12. Z wykresu mo¿na odczytaæ ¿e opór odbiornika wynosi R = 2000W;
13. cztery;
14. Tory stanowi¹ jeden z elementów obwodu elektrycznego, który musi by¿ zamkniêty.
15. Woltomierz wskazuje napiêcie 15 V.
16. Woltomierz w³¹czony do koñców odbiornika o oporze R wska¿e napiêcie 1,5 V.
27
28
O pradzie elektrycznym
9 – 12 punktów – ocena bardzo dobra
Poziom wymagañ
Dope³niaj¹ce
Standardy
Liczba zadañ
2, 6, 11
III.2
7
3, 4
III.4
2
Uczeñ zna i rozumie zale¿noœæ oporu elektrycznego przewodnika od jego d³ugoœci
7
III.1
1
Uczeñ potrafi sformu³owaæ samodzielnie wypowiedŸ w problemie jakoœciowym
10
III.1
1
III.3
1
Kategoria celów
Uczeñ potrafi rozwi¹zywaæ zadania i problemy iloœciowe wykorzystuj¹c poznane prawa i zale¿noœci
B
C
D
1, 5, 8, 9
Uczeñ potrafi wyjaœniæ przemiany energii zachodzace w odbiorniku podczas przep³ywu pr¹du
elektrycznego
Uczeñ potrafi sporz¹dziæ wykres na podstawie znajomoœci zale¿noœci wyra¿onej wzorem
12
Liczba zadañ
5
7
12
41,7
58,3
100
SPRAWDZIAN NR 19
Czêœæ 3 (ocena maksymalna - bardzo dobra)
1.
Domowa instalacja elektryczna w³¹czona do napiêcia 230 V jest zabezpieczona bezpiecznikiem 12 A. Oblicz maksymaln¹ moc pr¹du, któr¹ mo¿emy wykorzystywaæ w tym domu?
2.
Oblicz ³adunek jaki przep³ywa w ci¹gu 10 s przez przekrój poprzeczny w³ókna ¿arówki o mocy
60 W w³¹czonej do napiêcia 200 V.
3.
Po po³¹czeniu rozci¹gniêtego miêdzy prêtami drutu ze
Ÿród³em napiêcia zwis³ on tak, jak pokazuje przerywana linia
na rysunku. Wyjaœnij mo¿liwie dok³adnie zaobserwowane
zjawisko.
B AT T E R Y
3R 12A
4,5V
4.
Dlaczego grza³ki elektrycznej nie mo¿na w³¹czaæ do sieci
przed zanurzniem jej w wodzie?
5.
Oblicz natê¿enia pr¹du wskazywane przez amperomierze
A1 i A2.
15 W
A1
30 W
6V
A2
8V
6.
Oblicz moce odbiorników o oporach R i 2R.
R
2R
A
I = 1,2 A
7.
Oba w³¹czone do obwodu walce s¹ wykonane z tego
l1
l2
samego metalu. Który z nich stawia pr¹dowi wiêkszy
opór? (l 1 > l 2 ). Uzasadnij odpowiedŸ.
______________________________________________________________________________
29
8.
¯elazko zosta³o w³¹czone do napiêcia 230 V. Ile energii zu¿y³o ¿elazko, jeœli przep³yn¹³
przez nie ³adunek 200 C?
9.
Na ¿arówce jest napisane: 230 V, 40 W. Oznacza to, ¿e jeœli w³¹czymy ¿arówkê do napiêcia
230 V, to w ka¿dej sekundzie pr¹d elektryczny wykona w ¿arówce pracê ______________.
10. Jak
wiesz, temperatura jest zwi¹zana z energi¹ ruchu cz¹steczek cia³a. Na podstawie
znajomoœci cz¹steczkowej budowy materii spróbuj przewidzieæ, jak ogrzanie przewodnika
wp³ynie na jego opór elektryczny.
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
11. Na ¿arówce jest napisane: 230 V, 40 W. Oznacza to, ¿e jeœli za 1 kWh musimy zap³aciæ
0,40 z³, to za energiê zu¿yt¹ przez tê ¿arówkê w ci¹gu 24 godzin musimy zap³aciæ
__________.
12. Sporz¹dŸ wykres zale¿noœci natê¿enia pr¹du p³yn¹cego przez odbiornik od przy³o¿onego do
niego napiêcia, jeœli opór odbiornika wynosi 200 W.
30
U (V)
20
40
60
80
100
I (A)
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
1.
P = UI. Maksymalna moc, któr¹ mo¿emy wykorzystywaæ w tym domu wynosi P = 2760 W;
2.
q
P = UI = U . £adunek, jaki przep³ywa w ci¹gu 10 s przez przekrój poprzeczny w³ókna
t
¿arówki o mocy 60 W w³¹czonej do napiêcia 200 V wynosi q = 3 C;
3.
Pr¹d p³yn¹cy w przewodniku wykona³ pracê, która zosta³a zamieniona na energiê wewnêtrzn¹ przewodnika powoduj¹c jej przyrost. Wzros³a zatem temperatura przewodnika
i dziêki zjawisku rozszerzalnoœci termicznej wzros³a jego d³ugoœæ;
4.
Grza³ki elektrycznej nie mo¿na w³¹czaæ do sieci przed zanurzeniem jej w wodzie, poniewa¿
energia elektryczna (praca pr¹du elektrycznego p³yn¹cego przez grza³kê) zamienia siê
w grza³ce na energiê wewnêtrzn¹ . W zwi¹zku z tym temperatura jej mo¿e ulec takiemu
podwy¿szeniu, ¿e grza³ka mo¿e siê przepaliæ. Zanurzona w wodzie, oddaje jej czêœæ energii
wewnêtrznej, czyli ciep³o;
5.
Natê¿enia pr¹du wskazywane przez amperomierze A1 i A2 wynosz¹ odpowiednio:
I 1 = 0, 4 A oraz I 2 = 0,2 A;
6.
Moce odbiorników zaznaczonych na schemacie wynosz¹ odpowiednio : PR = 6, 406 W oraz
P2R = 3,203 W;
7.
Wiêkszy opór stawia walec po lewej stronie poniewa¿ ma wiêksz¹ d³ugoœæ, a R =
8.
¯elazko zu¿y³o energiê równ¹ W = 46 kJ (W = qU );
9.
W = 40 J;
rl
.
S
10. Podniesienie temperatury przewodnika powoduje wzrost œredniej energii kinetycznej jonów
dodatnich, które wykonuj¹ ruch drgaj¹cy wokó³ swoich po³o¿eñ równowagi. Zatem w wysokiej temperaturze elektrony czêœciej zderzaj¹ siê z tymi jonami, co utrudnia ich ruch i opór
elektryczny przewodnika jest wiêkszy;
11. E = 40 W × 24h = 0,96
kWh, za energiê zu¿yt¹ przez ¿arówke w czasie 24 h musimy
zap³aciæ 0,384 z³.
12.
I (A)
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
20
40
60
80
100 110 U (V)
31
32
Sprawdzian nr 20
Plan testu sprawdzaj¹cego wielostopniowego
O zjawiskach magnetycznych
Poziom wymagañ
KONIECZNE
I PODSTAWOWE
Kategoria celów
(dostateczny)
A
B
C
ROZSZERZAJ¥CE
(dobry)
A
B
C
DOPE£NIAJ¥CE
(bardzo dobry)
A
B
C
Standardy
Liczba
zadañ
D
Uczeñ wie w jaki sposób magnes oddzia³uje na opi³ki ¿elazne i ig³y
magnetyczne
1
III.1
1
Uczeñ wie, ¿e pole magnetyczne przenika przez niektóre substancje
2
III.1
1
III.1
1
III.1
1
III.1
1
II.2
1
III.1
1
Uczeñ wie, ¿e nie mo¿na otrzymaæ pojedynczego bieguna magnetycznego
Uczeñ wie, ¿e wokó³ Ziemi istnieje pole magnetyczne i zna po³o¿enia
biegunów magnetycznych
3
4
Uczeñ wie, jak uk³adaj¹ siê linie pola w pobli¿u magnesów
Uczeñ zna zasadê dzia³ania elektromagnesu
5
6
Uczeñ wie, kiedy zmienia siê pole elektromagnesu
7
Uczeñ wie, ¿e zmiana pola magnetycznego wewn¹trz zwojnicy powoduje
przep³yw pr¹du, a zjawisko nazywa siê indukcj¹ elektromagnetyczn¹
8
III.1
1
Uczeñ wie, ¿e wystêpowanie si³y elektrodynamicznej wykorzystano
w budowie silnika, a zjawisko indukcji elektromagnetycznej w budowie
pr¹dnicy
9
III.1
1
Uczeñ wie, do czego s³u¿y silnik, a do czego pr¹dnica
10
II.2
1
Uczeñ zna praktyczne zastosowanie transformatora
11
II.2
1
Uczeñ potrafi rozwi¹zywaæ problemy dotycz¹ce zjawisk magnetycznych
12
III.2
1
Uczeñ potrafi okreœliæ zwrot linii pola magnetycznego wokó³ przewodnika
z pr¹dem
13
III.1
1
14
III.1
1
Uczeñ potrafi pos³ugiwaæ sie regu³¹ lewej d³oni do okreœlenia kierunku
i zwrotu si³y elektrodynamicznej
15
III.1
1
Uczeñ zna zwi¹zek ³¹cz¹cy napiêcia z liczbami zwojów w uzwojeniach
pierwotnym i wtórnym transformatora
16
III.2
1
Uczeñ potrafi roztrzygn¹æ, czy w zamkniêtym obwodzie powstanie pr¹d
indukcyjny w konkretnym przypadku
17
III.1
1
Uczeñ rozumie zasadê dzia³ania pr¹dnicy
18
III.1
1
Uczeñ stosuje zasadê zachowania energii do wyjaœnienia zjawiska
indukcji magnetycznej
19
III.1
1
Uczeñ potrafi rozwi¹zywaæ zadania dotycz¹ce transformatora
20
III.2
1
Liczba zadañ
1
6
4
-
-
5
-
-
-
4
20
Liczba zadañ w procentach
5
30
20
-
-
25
-
-
-
20
100
Zadania 1 – 5 dotycz¹ elementów treœci niezbêdnych do dalszego kszta³cenia, bezpoœrednio u¿ytecznych w pozaszkolnej dzia³alnoœci ucznia,
najbardziej uniwersalnych i przystêpnych.
Zadania 6 – 10 sprawdzaj¹ umiejêtnoœci wykonywania najprostszych obliczeñ wypowiadania swoich myœli na prostych przyk³adach, prezentacji
elementów twórczego myœlenia.
Zadania 11 – 15 sprawdzaj¹ umiejêtnoœci rozwi¹zywania problemów jakoœciowych z³o¿onych, wykonywania bardziej skomplikowanych obliczeñ,
samodzielnego formu³owania wypowiedzi, twórczego rozwi¹zywania problemów.
Normy punktowe zaliczania testu przy za³o¿eniu, ¿e za ka¿de poprawnie rozwi¹zane zadanie uczeñ otrzymuje 1 punkt:
33
0–3
4–6
7 – 10
11 – 16
17 – 20
ocena niedostateczna
ocena dopuszczaj¹ca
ocena dostateczna
ocena dobra
ocena bardzo dobra
Uczeñ potrafi podaæ po³o¿enia biegunów N i S zwojnicy, przez któr¹ p³ynie
pr¹d elektryczny
SPRAWDZIAN NR 20 (wersja A)
1.
Rysunek przedstawia magnes sztabkowy. W którym miejscu, na rozsypane tam ¿elazne opi³ki magnes dzia³a si³¹
przyci¹gania o najwiêkszej wartoœci?
N
S
2
3
1
q 1, q 2, q 3.
2.
Na kawa³ku sztywnej, g³adkiej tektury rozsypano spinacze biurowe. Jeœli pod tektur¹
przesuwamy magnes, to
q spinacze pozostaj¹ w spoczynku,
q spinacze poruszaj¹ siê tak, jak magnes.
3.
Magnes sztabkowy przepi³owano wzd³u¿ linii przerywanej (patrz rysunek). Dziêki temu
uzyskano oddzielnie biegun pó³nocny i oddzielnie po³udniowy.
q prawda, q fa³sz.
N
S
4.
W pobli¿u pó³nocnego bieguna geograficznego Ziemi znajduje siê _________________
biegun magnetyczny.
5.
Rysunek przedstawia magnesy sztabkowe i linie pola magnetycznego miêdzy nimi. Bieguny magnetyczne oznaczone cyframi 1 i 2 s¹
2
1
q ró¿noimienne, q jednoimienne.
6.
7.
Jeœli na d³ugi gwóŸdŸ nawiniemy drut i przepuœcimy przez niego pr¹d elektryczny, to
otrzymamy _____________________.
Jeœli zmienimy kierunek pr¹du w zwojnicy, to bieguny magne- N
tyczne na jej koñcach nie ulegn¹ zmianie.
q prawda,
8.
q fa³sz,
Do obwodu zbli¿amy magnes biegunem S. Wówczas w obwodzie
p³ynie pr¹d elektryczny.
q prawda, q fa³sz,
9.
S
mA
Zjawisko indukcji elektromagnetycznej zosta³o wykorzystane przy budowie
q silnika elektrycznego, q pr¹dnicy.
34
S
N
10. W silniku elektrycznym nastêpuje zamiana
q energii mechanicznej w energiê elektryczn¹,
q energii elektrycznej w energiê mechaniczn¹.
11. Miêdzy domow¹ sieci¹ elektryczn¹ i dzwonkiem elektrycznym musi znajdowaæ siê transformator. S³u¿y on do
q podwy¿szania napiêcia, q obni¿ania napiêcia.
A.
12. Magnes przedstawiony na rysunku A przeciêto wzd³u¿ linii przerywanej,
N
S
1
23
4
3
41
2
a nastêpnie obie po³owy z³¹czono, jak pokazuje rysunek B. Zaznacz na
rys. B bieguny magnetyczne powsta³ego magnesu.
B.
13. Okrêgi narysowane przerywan¹ lini¹ to linie pola magnetycznego
przekrój przewodnika
prostoliniowego,
w którym pr¹d elektryczny
p³ynie pod kartkê
wokó³ przewodnika z pr¹dem. Zaznacz strza³kami zwrot tych linii.
14. Oznacz bieguny (N, S) powsta³ego elektromagnesu.
4,5V
15.
Na odcinek AB przewodnika, przez który p³ynie pr¹d
elektryczny dzia³a si³a zwrócona
q w górê,
q w prawo,
q w dó³,
q w lewo.
B
N
S
A
16. Które zdania dotycz¹ transformatora podnosz¹cego napiêcie
a) Napiêcie miêdzy koñcami uzwojenia wtórnego jest wiêksze ni¿ miêdzy koñcami uzwojenia
pierwotnego.
b) Napiêcie miêdzy koñcami uzwojenia wtórnego jest mniejsze ni¿ miêdzy koñcami uzwojenia pierwotnego.
c) Liczba zwojów uzwojenia pierwotnego jest wiêksza ni¿ liczba zwojów uzwojenia wtórnego.
d) Liczba zwojów uzwojenia pierwotnego jest mniejsza ni¿ liczba zwojów uzwojenia
wtórnego.
q tylko a) i c), q tylko a) i d), q tylko b) i d).
35
17. W obrêczy P powstanie pr¹d indukcyjny, gdy bêdziemy j¹
q przesuwaæ równolegle w stronê bieguna S,
q obracaæ wokó³ osi pionowej,
N
S
P
18. Wirnik
pr¹dnicy pr¹du przemiennego wykonuje 50 pe³nych obrotów w czasie jednej sekundy. Ile razy w tym czasie zmienia siê kierunek pr¹du powstaj¹cego w tej pr¹dnicy?
Uzasadnij odpowiedŸ.
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
19. Jad¹c
wieczorem rowerem, mo¿esz równoczeœnie oœwietlaæ sobie drogê przejazdu,
montuj¹c w nim “dynamo”. Co to za urz¹dzenie i dlaczego pod³¹czona do niego ¿arówka
œwieci?
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
20.
W obwodzie wtórnym transformatora p³ynie pr¹d o natê¿eniu I 2 = 0,1 A pod napiêciem
U 2 = 3000 V. Oblicz natê¿enie pr¹du w obwodzie pierwotnym, je¿eli napiêcie pierwotne jest
równe U 1 = 200 V.
36
SPRAWDZIAN NR 20 (wersja B)
1.
Miêdzy magnesami narysuj igie³kê magnetyczn¹ w po³o¿eniu, jakie tam przyjmie i zaznacz
jej bieguny.
2.
S
N
S
N
Na drewnianej tacy umieszczono magnes. Jeœli od spodu zbli¿ymy do tacy spinacze biurowe, to
q przylgn¹ do tacy,
q warstwa drewna spowoduje, ¿e spinacze nie bêd¹ przyci¹gane przez magnes.
3.
Elektryzowanie i magnesowanie tym m.in. ró¿ni¹ siê od siebie, ¿e cia³o mo¿e byæ naelektryzowane dodatnio lub ujemnie, natomiast cia³o namagnesowane nie mo¿e posiadaæ tylko
bieguna N lub tylko bieguna S.
q prawda, q fa³sz.
4.
W pobli¿u po³udniowego bieguna geograficznego Ziemi znajduje siê____________________
biegun magnetyczny.
5.
Rysunek przedstawia magnesy sztabkowe i linie pola magnetycznego miêdzy nimi. Bieguny magnetyczne oznaczone
cyframi 1 i 2 s¹
2
1
q ró¿noimienne, q jednoimienne.
6.
Jeœli na d³ugi gwóŸdŸ nawiniemy drut i przepuœcimy przez niego pr¹d elektryczny, to
otrzymamy _____________________.
a)
7.
q nie zmieni siê,
q stanie siê silniejsze,
q stanie siê s³absze.
8.
A
Jeœli do zwojnicy, przez któr¹ p³ynie pr¹d elektryczny (a) wsuniemy
walec ¿elazny (b), to pole magnetyczne w punkcie A
U
b)
A
U
Od obwodu odsuwamy magnes, jak pokazuje rysunek. W zwojnicy
obserwujemy zjawisko zwane __________________________________.
N
S
mA
37
9.
Zjawisko dzia³ania si³y na przewodnik z pr¹dem umieszczony w polu magnetycznym zosta³o
wykorzystane przy budowie
q silnika elektrycznego, qpr¹dnicy.
10. W pr¹dnicy nastêpuje zamiana
q energii mechanicznej w energiê elektryczn¹,
q energii elektrycznej w energiê mechaniczn¹.
11. Miêdzy
domow¹ sieci¹ elektryczn¹ i ruchomym modelem kolejki elektrycznej musi znaj-
dowaæ siê „zasilacz” zawieraj¹cy transformator. S³u¿y on do
q podwy¿szania napiêcia, q obni¿ania napiêcia.
12. Czy obudowa kompasu mo¿e byæ wykonana z ¿elaza lub stali? Uzasadnij odpowiedŸ.
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
13. Okrêgi
narysowane przerywan¹ lini¹ to linie pola magnetycznego wokó³ przewodnika z pr¹dem. Zaznacz strza³kami
zwrot tych linii.
prostoliniowego,
p³ynie pod kartkê
14. Oznacz bieguny (N, S) powsta³ego elektromagnesu.
4,5V
15. Na
odcinek AB przewodnika, przez który p³ynie pr¹d
elektryczny dzia³a si³a zwrócona
q w górê, q w dó³,
q w prawo,q w lewo
B
S
N
A
16. Które zdania dotycz¹ transformatora obni¿aj¹cego napiêcie
a) Napiêcie miêdzy koñcami uzwojenia wtórnego jest wiêksze ni¿ miêdzy koñcami uzwojenia
pierwotnego.
38
b) Napiêcie miêdzy koñcami uzwojenia wtórnego jest mniejsze ni¿ miêdzy koñcami uzwojenia pierwotnego.
c) Liczba zwojów uzwojenia pierwotnego jest wiêksza ni¿ liczba zwojów uzwojenia wtórnego.
d) Liczba zwojów uzwojenia pierwotnego jest mniejsza ni¿ liczba zwojów uzwojenia
wtórnego.
q tylko b) i d), q tylko b) i c), q tylko a) i c).
17. Dwie ramki a i b wiruj¹ w polu magnetycznym, jak pokazuje rysunek. Pr¹d indukcyjny p³ynie
qtylko w ramce a,
q tylko w ramce b,
q w obu ramkach.
S
N
a
b
18. Ile razy w czasie jednego obrotu wirnika pr¹dnicy pr¹du przemiennego zmienia siê kierunek
wytwarzanego w niej pr¹du? Uzasadnij odpowiedŸ.
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
19.
Czy jasnoœæ œwiecenia lampki rowerowej zale¿y od szybkoœci, z jak¹ jedziesz rowerem?
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
20. Przez pierwotne uzwojenie transformatora p³ynie pr¹d o natê¿eniu I 1 = 0,2A pod napiêciem
U 1 = 200 V. Ile wynosi wartoœæ natê¿enia pr¹du I 2 we wtórnym uzwojeniu, jezeli napiêcie na
U 2 = 8 V. Straty energii w transformatorze pomijamy.
39
Odpowiedzi do sprawdzianu nr 20 (wersja A)
1. 2;
2. spinacze poruszaj¹ siê tak, jak magnes;
3. fa³sz;
4. po³udniowy;
5. jednoimienne;
6. elektromagnes;
7. fa³sz;
8. prawda;
9. pr¹dnicy;
10. energii elektrycznej w energiê mechaniczn¹;
11. obni¿ania napiêcia;
12. A.
N
1
S
23
4
B.
N
3
S
41
2
13.
prostoliniowego,
p³ynie pod kartkê
14.
N
S
4,5V
15. w dó³;
16. tylko a) i d);
17. obracaæ wokó³ osi pionowej;
18. W czasie 1 sekundy kierunek
pr¹du powstaj¹cego w pr¹dnicy zmienia siê 100 razy,
poniewa¿ kierunek pr¹du zmiennego wyindukowanego w ramce pr¹dnicy w ci¹gu okresu
zmienia siê dwa razy;
19.
Dynamo rowerowe to pr¹dnica. Ruch kó³ powoduje obrót wirnika w polu magnetycznym
i dziêki zjawisku indukcji elektromagnetycznej w wirniku p³ynie pr¹d zasilaj¹cy ¿arówkê;
20. I 1 = 1,5 A.
40
Odpowiedzi do sprawdzianu nr 20 (wersja B)
1.
S
N
S
N
S
N
2. przylgn¹ do tacy;
3. prawda;
4. pó³nocny;
5. ró¿noimienne;
6. elektromagnes;
7. stanie siê silniejsze;
8. indukcj¹ elektromagnetyczn¹;
9. silnika elektrycznego;
10. energii mechanicznej w energiê elektryczn¹;
11. obni¿ania napiecia;
12. Obudowa kompasu nie mo¿e byæ z ¿elaza lub
stali poniewa¿ ig³a oddzia³ywa³aby wtedy
z obudow¹ i wyznaczony kierunek by³by nieprawid³owy
prostoliniowego,
p³ynie pod kartkê
13.
S
N
14.
4,5V
15.w dó³;
16.tylko b) i c);
17.tylko w ramce a,
18.W czasie jednego
obrotu wirnika pr¹dnicy pr¹du przemiennego kierunek wytwarzanego
w niej pr¹du zmienia siê 2 razy. Widaæ to z wykresu zale¿noœci natê¿enia tego wyindukowanego pr¹du od czasu – zale¿noœæ ta ma charakter sinusoidalny.
19.Tak. Od
szybkoœci peda³owania zale¿y zarówno szybkoœæ jazdy roweru jak i szybkoœæ obrotu
wirnika w dynamie rowerowym, a od tej szybkoœci zale¿y wielkoœæ natê¿enia pr¹du
wyindukowanego w dynamie, a wiêc i jasnoœæ œwiecenia ¿arówki.
20. I 2 = 5 A.
41
42
0 – 8 punktów – ocena niedostateczna
9 – 11 punktów – ocena dopuszczaj¹ca
KONIECZNE
I PODSTAWOWE
Poziom wymagañ
Kategoria celów
A
B
Uczeñ wie, ¿e magnetyczne bieguny jednoimienne odpychaj¹ siê a ró¿noimienne przyci¹gaja siê
Liczba
zadañ
III.1
1
III.1
1
C
1
Uczeñ wie, ¿e nie wszystkie substancje posiadaj¹ w³aœciwoœci magnetyczne
Standardy
2
Uczeñ wie, ¿e nie mo¿na otrzymaæ pojedynczego bieguna magnetycznego
3
III.1
1
Uczeñ wie, ¿e najsilniejsze oddzia³ywanie magnetyczne wystepuje na koñcach magnesu
sztabkowego
4
III.1
1
Uczeñ wie, ¿e przewodnik z pr¹dem wytwarza pole magnetyczne
5
III.1
1
Uczeñ rozró¿nia magnesy trwa³e i elektromagnesy
6
III.2
1
II.1
1
II.2
1
III.1
1
III.1
1
Uczeñ wie, ¿e pole magnetyczne elektromagnesów zale¿y od liczby zwojów
7
Uczeñ zna zastosowania elektromagnesu
Uczeñ wie, ¿e na przewodnik z pr¹dem w polu magnetycznym dzia³a si³a elektrodynamiczna
Uczeñ wie, jak uk³adaj¹ siê linie pola wokó³ magnesu i zwojnicy
8
9
10
11
II.2
1
Uczeñ wie, jakie przemiany energii zachodz¹ w silniku elektrycznym
12
III.1
1
z
U
Uczeñ potrafi pos³ugiwaæ siê zwi¹zkiem 1 = 1
z2
U2
13
III.2
1
III.1
1
Uczeñ zna zastosowanie fal elektromagnetycznych
Liczba zadañ
14
1
7
6
14
7,15
50
42,8
100
Uczeñ wie, ¿e transformator nie mo¿e spe³niaæ swojego zadania, jeœli jest zasilany pr¹dem
sta³ym
43
SPRAWDZIAN NR 21
Czêœæ 1 (ocena maksymalna – dostateczna)
1.
Narysuj jak ustawi siê ig³a magnetyczna umieszczona w pobli¿u magnesu
2.
Za pomoc¹ magnesu mo¿na podnieœæ
q kawa³ek szk³a, q drewniane wióra, q ig³ê do szycia.
3.
a
Magnesy sztabkowe podzielono na dwie po³owy
a) wd³u¿,
b) w poprzek.
N
S
N
S
b
q W ka¿dym przypadku otrzymano dwa, dwubiegunowe magnesy.
q W pierwszym przypadku otrzymano dwubiegunowe magnesy, w drugim powsta³y dwa
oddzielne pojedyncze bieguny S i N.
4.
Do magnesu sztabkowego, do którego przylgnê³a
œruba zbli¿ono drugi magnes sztabkowy. Œruba
odpad³a, bo powsta³ jeden d³ugi magnes, który
najsilniejsze w³aœciwoœci magnetyczne ma na
koñcach.
a
b
N
S
N
S
N
S
N
S
q prawda, q fa³sz.
5. Pole magnetyczne
q wytwarzaj¹ magnesy i przewodniki z pr¹dem,
q tylko magnesy,
q tylko przewodniki z pr¹dem.
6. Elektromagnes jest magnesem trwa³ym
q prawda, qfa³sz.
7. Silniejsze pole magnetyczne wytwarza elektromagnes
q A, q B.
B
A
U
8. Wymieñ urz¹dzenie zawieraj¹ce elektromagnes _________________________.
44
U
9.
Na umieszczony w polu magnetycznym przewodnik, przez który
p³ynie pr¹d elektryczny dzia³a si³a
S
q prawda, q fa³sz.
N
10. Pole magnetyczne najbardziej przypominaj¹ce pole magnesu sztabkowego mo¿na wytworzyæ przepuszczaj¹c pr¹d elektryczny przez
q przewodnik prostoliniowy,
q gruby metalowy walec,
q zwojnicê.
11. Pr¹dem sta³ym nie mo¿e byæ zasilany
q grzejnik elektryczny, q ¿arówka,
q transformator,
q elektromagnes.
12. Strza³ki pokazuj¹ przemiany energii w pr¹dnicy i silniku. Wpisz w ramki nazwy urz¹dzeñ,
w których zachodzi dana przemiana.
Energia
mechaniczna
Energia
elektryczna
13. Za pomoc¹ transformatora obni¿ono napiêcie z 22000 V na 220 V. Ile wynosi stosunek
liczby zwojów uzwojenia pierwotnego z 1 , do liczby zwojów uzwojenia wtórnego z 2 ?
1
100,
1000,
100
q
q
q
14. W³¹czona do sieci kuchenka elektryczna
q wysy³a promieniowanie ultrafioletowe,
q wysy³a promieniowanie podczerwone,
q nie wysy³a ¿adnych fal elektromagnetycznych.
45
1.
S
N
S
N
2. ig³ê do szycia;
3. w ka¿dym przypadku otrzymano dwa, dwubiegunowe magnesy;
4. prawda;
5. wytwarzaj¹ magnesy i przewodniki z pradem;
6. fa³sz;
7. B;
8. w dzwonku elektrycznym;
9. prawda;
10. zwojnicê;
11. transformator;
12.
Silnik elektryczny
Energia
mechaniczna
Energia
elektryczna
Pr¹dnica
13. 100;
14. wysy³a promieniowanie podczerwone.
46
7 – 12 punktów – ocena dobra
Poziom wymagañ
Kategoria celów
ROZSZERZAJ¥CE
B
C
D
Standardy
Liczba
zadañ
Uczeñ potrafi przewidzieæ sposób ustawienia ig³y w polu magnetycznym
1
III.1
1
Uczeñ potrafi na podstawie u³o¿enia linii pola magnetycznego okreœliæ po³o¿enie biegunów
magnetycznych
2
III.1
1
Uczeñ potrafi podaæ po³o¿enia biegunów N i S pola magnetycznego zwojnicy, przez któr¹ p³ynie
pr¹d elektryczny
3
III.1
1
Uczeñ potrafi zastosowaæ III zasadê dynamiki do oddzia³ywañ magnetycznych
4
III.1
1
Uczeñ potrafi okreœliæ zwrot linii pola magnetycznego wokó³ przewodnika z pr¹dem
5
III.1
1
III.2
1
III.1
1
III.2
1
9
II.2
1
10
III.2
1
Uczeñ wie od czego zale¿y wartoœæ si³y elektrodynamicznej
Uczeñ potrafi podaæ po³o¿enie biegunów wytworzonych w zjawisku indukcji elektromagnetycznej
6
7
Uczeñ stosuje informacjê, ¿e pr¹d indukcyjny powstaje na skutek zmiany pola magnetycznego
w zamkniêtym obwodzie
47
Uczeñ zna zasadê dzia³ania pr¹dnicy pr¹du przemiennego
Uczeñ potrafi pos³ugiwaæ siê zwi¹zkiem
z1
U
= 1
z2
U2
8
11
III.3
Uczeñ potrafi siê pos³u¿yæ zwi¹zkiem d³ugoœci fali z jej czêstotliwoœci¹
12
III.2
Liczba zadañ
1
1
10
1
12
8,3
83,3
8,3
100
48
Uczeñ potrafi odczytaæ informacjê z wykresu I (t ) dla pr¹du przemiennego
SPRAWDZIAN NR 21
Czêœæ 2 (ocena maksymalna – dobra)
1.
Po lewej stronie przedstawiono za pomoc¹ linii pewne
pole magnetyczne. Po prawej stronie widnieje igie³ka
magnetyczna. Przerysuj igie³kê w polu magnetycznym
w taki sposób, w jaki siê ona tam ustawi.
2.
Oznacz magnesom odpowiednie bieguny: N i S.
3.
Na stalow¹ podkowê nawiniêto zwoje drutu i przepuszczono przez nie
pr¹d elektryczny.
q Koniec A podkowy, to biegun pó³nocny N.
q Koniec B podkowy, to biegun pó³nocny N.
q Koniec B podkowy, to biegun po³udniowy S.
4.
S
N
B
A
W niewielkiej odleg³oœci od siebie na okr¹g³ych o³ówkach
umieszczono magnes sztabkowy i ¿elazn¹ p³ytkê. W takim
przypadku
N
S
q magnes porusza siê w stronê spoczywaj¹cej p³yty,
q magnes i p³ytka zbli¿aj¹ siê do siebie,
q magnes spoczywa, a p³ytka zbli¿a siê do magnesu.
5.
6.
7.
8.
Rysunek przedstawia przewodnik, przez który p³ynie pr¹d elektryczny i jedn¹
z linii pola magnetycznego wytworzonego przez ten pr¹d. Dorysuj strza³kê
obrazuj¹c¹ poprawnie zwrot tej linii.
I
W jaki sposób powinien byæ ustawiony przewodnik w polu magnetycznym, by
wartoœæ si³y elektrodynamicznej by³a najwiêksza?
_______________________________________________________________________________
Zaznacz biegun magnetyczny powstaj¹cy od strony magnesu przy zbli¿aniu do
pêtli bieguna S magnesu.
S
N
W niektórych sklepach do sprzedawanych towarów (np. czêœci garderoby,
kaset) s¹ przyczepione okr¹g³e magnesy, usuwane przez kasjera po zap³aceniu za towar.
49
W takich sklepach, przy wyjœciu, zamontowane s¹ „bramki”, przez które klienci opuszczaj¹
sklep. Jeœli ktoœ nie zap³aci i wynosi towar z magnesem, przy przechodzeniu przez
„bramkê” uruchamia alarm. Co musi siê znajdowaæ w „bramce”, jeœli w urz¹dzeniu
wykorzystuje siê zjawisko indukcji elektromagnetycznej?
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
9.
W polu magnetycznym wiruje metalowa ramka, obracana korbk¹
K. Czy w ramce p³ynie pr¹d elektryczny?
K
q nie, q tak, pr¹d sta³y, q tak, pr¹d przemienny.
10. Pierwotne uzwojenie transformatora ma 50 zwojów, a wtórne 1000 zwojów. Jeœli uzwojenie
pierwotne zasilono napiêciem przemiennym o maksymalnej wartoœci 330 V, to na zaciskach uzwojenia wtórnego uzyskano
q 6,6 kV, q 660 kV, q 330 kV.
11.
Wykres przedstawia zale¿noœæ od czasu natê¿enia pr¹du przemiennego otrzymywanego
w modelu pr¹dnicy. Oblicz, jak d³ugo trwa³ jeden pe³ny obrót ramki w tym modelu?
I (A)
2
4
6
8
10
t (s)
q 2 s, q 4 s, q 6 s, q 8 s.
12.
Oblicz ile wynosi d³ugoœæ fali elektromagnetycznej radiowej o czêstotliwoœci 150 kHz,
rozchodz¹cej siê w powietrzu.
q 20 m, q 200 m, q 2000 m.
50
1.
N
S
2.
S
3.
4.
5.
N
N
S
Koniec B podkowy, to biegun N;
magnes i p³ytka zbli¿aj¹ siê do siebie;
I
6.
7.
8.
Aby wartoœæ si³y elektrodynamicznej dzia³aj¹cej na przewodnik z pr¹dem umieszczony
w polu magnetycznym by³a jak najwiêksza, powinien on byæ ustawiony prostopadle do linii
tego pola;
N
S
S
N
W bramce musi znajdowaæ siê obwód zamkniêty (np. z ¿arówk¹ jako sygnalizatorem
œwietlnym lub dzwonkiem), w którym przep³ywa pr¹d indukcyjny przy przesuniêciu w jego
pobli¿u magnesu przyczepionego do towaru;
9. tak, pr¹d przemienny;
10. 6,6 kV;
11. 4 s;
12. 2000 m.
51
4 – 6 punktów – ocena bardzo dobra
Poziom wymagañ
Kategoria celów
KONIECZNE I PODSTAWOWE
B
C
D
Uczeñ potrafi czytaæ ze zrozumieniem tekst naukowy i wyci¹gaæ z niego wnioski
1
Uczeñ potrafi okreœliæ zwrot si³y elektrodynamicznej
2
Standardy
Liczba
zadañ
1
1
Uczeñ potrafi rozwi¹zywaæ problemy zwi¹zane ze zjawiskami magnetycznymi
i elektromagnetycznymi
3
1
Uczeñ stosuje zasadê zachowania energii do rozwi¹zywania problemów
4
1
Uczeñ rozumie dzia³anie pr¹dnicy pr¹du przemiennego, stosuje pojêcie czêstotliwoœci pr¹du
5
1
Uczeñ potrafi rozwi¹zywaæ zadania dotycz¹ce transformatora
6
1
Liczba zadañ
-
3
3
6
-
50
50
100
52
SPRAWDZIAN NR 21
Czêœæ 3 (ocena maksymalna – bardzo dobra)
1.
Badania fizyków wykaza³y, ¿e atomy, m.in. ¿elaza i stali wytwarzaj¹ w³asne
pola magnetyczne. Z tego powodu ka¿dy atom mo¿na traktowaæ jak ma³y
magnesik SN. W niewielkich obszarach, zwanych domenami, wszystkie
magnesiki ustawiaj¹ siê równolegle, daj¹c „wypadkowy” silniejszy „magnesik”. Jeœli np. ¿elazo znajdzie siê w polu magnetycznym, wszystkie
„magnesiki” ustawiaja siê jednakowo i sztabka staje siê magnesem. W tzw.
stali twardej takie uporz¹dkowanie pozostaje po usuniêciu pola magnetycznego, dlatego mówimy, ¿e magnesuje siê ona trwale. W ¿elazie oraz stali tzw. miêkkiej, po
usuniêciu zewnêtrznego pola magnetycznego uporz¹dkowanie znika i stal przestaje byæ magnesem.
Objaœnij, na podstawie powy¿szych informacji, jakieœ zjawisko lub fakt, z którym zetkn¹³eœ siê
w nauce o magnetyzmie.
2.
Na dwóch metalowych szynach u³o¿ono srebrn¹ rurkê. Do koñców szyn A i B przy³o¿ono
napiêcie, jak pokazuje rysunek. W tej sytuacji
q rurka potoczy siê w lewo,
q rurka potoczy siê w prawo,
q rurka nie poruszy siê.
3.
A
B
Jeœli przez sprê¿ynê wykonan¹ z cienkiego drutu przepuœcimy pr¹d elektryczny, to
q d³ugoœæ sprê¿yny zmaleje, bo wytworzone po obu stronach zwoju bieguny magnetyczne
przyci¹gaj¹ siê z biegunami s¹siednich zwojów,
q d³ugoœæ sprê¿yny wzroœnie,
q d³ugoœæ sprê¿yny nie zmieni siê.
4.
Sk¹d pochodzi energia potrzebna do wprawienia w uporz¹dkowany ruch elektronów w zwojnicy (powstaje pr¹d indukcyjny), gdy zbli¿amy do niej magnes?
5.
Pr¹d przemienny w naszej sieci domowej ma czêstotliwoœæ 50 Hz. Oznacza to, ¿e wirnik
pr¹dnicy wykonuje jeden pe³ny obrót w czasie
q 50 s, q 0,02 s, q 0,01 s.
6.
Przez uzwojenie pierwotne transformatora p³ynie pr¹d przemienny o mocy 200 kW. Jakie
maksymalne napiêcie uzyskamy na zaciskach uzwojenia wtórnego, jeœli p³ynie w nim pr¹d
o maksymalnym natê¿eniu 1000 A. Straty energii w transformatorze pomijamy.
q 200 V, q 2000 V, q 1000 V.
53
1.
Poniewa¿ w stali twardej uporz¹dkowanie domen nie znika po usuniêciu zewnêtrznego
pola magnetycznego, stal tward¹ u¿ywa siê do produkcji magnesów sta³ych, natomiast
stali miêkkiej u¿ywamy jako rdzeni do elektromagnesów, poniewa¿ chcemy, aby po przerwaniu pr¹du w elektromagnesie znik³o jego pole magnetyczne, a po ponownym jego
w³¹czeniu, aby pole to by³o silne;
2.
3.
rurka potoczy siê w lewo;
4.
energia potrzebna do wprawienia w uporz¹dkowany ruch elektrony w zwojnicy, gdy zbli¿amy
do niej magnes pochodzi z pracy, któr¹ musimy wykonaæ, zbli¿aj¹c do siebie dwa jednoimienne bieguny;
5.
6.
0,02 s;
54
d³ugoœæ sprê¿yny zmaleje, bo wytworzone po obu stronach zwoju bieguny magnetyczne
przyci¹gaj¹ siê z biegunami s¹siednich zwojów;
200 V.
Karty pracy z podrêcznikiem
„Zrozumieæ Œwiat” czêœæ 3
Rozdzia³ 11 i 12
Katarzyna Nessing
Karty mo¿na oczywiœcie wykorzystaæ tak¿e, pracuj¹c z podrêcznikiem
„Fizyka dla gimnazjum” M. i R. Rozenbajgierów
55
Karta pracy nr 1
Data:
Klasa:
Nazwiska uczniów:
Uzupe³nij poni¿sze zdania wpisuj¹c w puste miejsca odpowiednie stwierdzenia.
1.
Uporz¹dkowany ruch elektronów nazywamy ______________________________.
2.
Tylko elektrony
w przewodzie.
3.
Podczas przep³ywu pr¹du przez przewodnik roœnie _______________________ przewodnika.
4.
Aby przez przewodnik p³yn¹³ pr¹d elektryczny, musi istnieæ ____________ miêdzy jego
koñcami.
5.
Za pomoc¹ ____________________ mierzymy napiêcie miêdzy zaciskami ró¿nych urz¹dzeñ.
6.
Woltomierz zawsze pod³¹czamy ______________________ do obwodu.
7.
Skutkami przep³ywu pr¹du mog¹ byæ: wzrost temperatury przewodnika, ________________
wykonanie pracy mechanicznej, ________________________________________________.
56
_________________________ poruszaj¹ siê w sposób uporz¹dkowany
Karta pracy nr 2
Data:
Klasa:
Nazwiska uczniów:
Uzupe³nij graf dopisuj¹c do ka¿dego skutku przep³ywu pr¹du odpowiednie urz¹dzenie, (wymienione poni¿ej) w którym ten skutek wystêpuje.
wiertarka, suszarka, ¿arówka, ig³a magnetyczna, ¿elazko, winda, dŸwig, odkurzacz, kuchenka
elektryczna, grzejnik elektryczny, czajnik elektryczny, mikser, malakser, œwietlówka, elektromagnes.
skutki przep³ywu pr¹du
cieplny
œwietlny
wykonanie pracy
mechanicznej
magnetyczny
57
Karta pracy nr 3
Data:
Klasa:
1.
Nazwiska uczniów:
Narysuj schemat obwodu, wykorzystuj¹c elementy przedstawione za pomoc¹ symboli,
a nastêpnie wykonaj kolejne polecenia.
A
V
2.
Podpisz znakiem plus elektrodê dodatni¹, a minusem elektrodê ujemn¹ Ÿród³a.
3.
Zaznacz umowny kierunek pr¹du p³yn¹cego w obwodzie.
4.
Wiedz¹c, ¿e ³adunek jednego elektronu wynosi 1,6× 10-19 C, oblicz ile elektronów przep³ynê³o przez obwód w czasie 64 sekund, je¿eli natê¿enie pr¹du wynosi³o 0,25 A.
58
ul.
ul. Tet
Tetma
maje
jera
ra 19,
19, 31–352
31-352 Kra
Kraków
ków
tel./faks
tel./faks(0
(0pre
prefiks
fiks12)
12)623–25–00
623-25-00
e–ma
e-mail:
il: zam
zamkor@zam
[email protected]
kor.pl
Karta pracy nr 4
Data:
Klasa:
Nazwiska uczniów:
Korzystaj¹c z danych w tabeli 11.3 i 11.4 w podrêczniku na stronie 86 i 87, oblicz ³adunek
przep³ywaj¹cy w czasie:
• 1 godziny przez telewizor,
•
1
godziny przez poduszkê elektryczn¹,
2
• 1 minuty przez latarkê kieszonkow¹,
• 3 ms podczas wy³adownia atmosferycznego (b³yskawicê).
W którym z przypadków w czasie 1 sekundy przep³ynie najwiêkszy ³adunek, a w którym najmniejszy?
59
Karta pracy nr 5
Data:
Klasa:
Nazwiska uczniów:
Obwód elektryczny sk³ada siê ze Ÿród³a napiêcia, odbiornika, amperomierza i woltomierza.
Zmieniaj¹c Ÿród³o, dokonywano pomiarów napiêcia i natê¿enia pr¹du w tym obwodzie.
Niektóre wyniki zamieszczono w tabelce.
Wykonuj¹c odpowiednie obliczenia, uzupe³nij tabelkê.
1.
2
U (V)
I (A)
0,5
3
1,5
5
2
7
3
2.
Na podstawie danych zawartych w tabelce oblicz opór elektryczny odbiornika. Podaj wynik
wraz z jednostk¹.
3.
Korzystaj¹c z danych w tabelce narysuj wykres zale¿noœci natê¿enia pr¹du od napiêcia.
60
Karta pracy nr 6
Data:
Klasa:
Nazwiska uczniów:
W tabelach zamieszczono wyniki pomiarów napiêcia przy³o¿onego miêdzy koñce ka¿dego
z dwóch odbiorników i natê¿enia pr¹du p³yn¹cego przez dany odbiornik.
I
U (V)
0
2
4
6
8
10
I (A)
0
1
2
3
4
5
U (V)
0
3
6
9
12
15
I (A)
0
1
2
3
4
5
II
1.
Korzystaj¹c z wyników w tabelach, narysuj wykresy zale¿noœci natê¿enia pr¹du od napiêcia dla obu odbiorników.
2.
Na podstawie wykresów oceñ, który z oporników ma wiêkszy opór i ile razy.
3. Oblicz, ile wynosi ró¿nica miêdzy oporami odbiorników.
61
Karta pracy nr 7
Data:
Klasa:
Nazwiska uczniów:
Przeczytaj fragment z podrêcznika ze strony 95, zaczynaj¹cy siê od s³ów „Czy wiesz, ¿e...
do ... 0,025 A” i odpowiedz na pytania:
1.
Czy napiêcie o wartoœci 70 V i 3,5 V jest bezpieczne dla cz³owieka, w przypadku gdy skóra
jest:
– sucha,
– mokra.
2.
Czy napiêcie 230 V mo¿e byæ œmiertelnie niebezpieczne dla cz³owieka, w przypadku gdy
skóra jest:
– sucha,
– mokra.
62
Karta pracy nr 8
Data:
Klasa:
Nazwiska uczniów:
W pewnym obwodzie, dla ró¿nych wartoœci napiêcia, dokonano pomiaru natê¿enia pr¹du
p³yn¹cego przez odbiornik o oporze R. Niektóre wyniki zamieszczono w tabelce.
Wykonuj¹c odpowiednie obliczenia uzupe³nij tabelkê.
U (V)
I (A)
10
5
230
R (W)
poprawnie przekszta³cony wzór
250
0,023
10000
63
Karta pracy nr 9
Data:
Klasa:
Nazwiska uczniów:
1.
Narysuj obwód sk³adaj¹cy siê ze Ÿród³a o napiêciu 8 V, oraz po³¹czonych szeregowo dwóch
odbiorników o oporach R 1 = 4W i R 2 = 2 W. Zaznacz w obwodzie kierunek p³yn¹cego pr¹du.
2.
Oblicz, opór obwodu (czyli opór zastêpczy tych odbiorników) oraz natê¿enie pr¹du p³yn¹cego
w obwodzie.
3.
Oblicz, ile razy wzroœnie opór obwodu, je¿eli opór drugiego odbiornika zwiêkszymy 4 razy.
4.
Oblicz natê¿enie pr¹du p³yn¹cego w obwodzie po zmianie oporu.
5.
Dokoñcz podany wniosek: zwiêkszaj¹c opór odbiorników w po³¹czeniu szeregowym (przy
niezmienionym napiêciu) ____________________________ natê¿enie pr¹du p³yn¹cego
w tym obwodzie.
64
Karta pracy nr 10
Data:
Klasa:
Nazwiska uczniów:
1.
Narysuj schemat obwodu z³o¿onego z po³¹czonych równolegle trzech odbiorników o oporach R 1 = 1 W, R 2 = 2 W, i R 3 = 4W oraz Ÿród³a o napiêciu U = 12 V.
2.
Zaznacz na rysunku kierunki pr¹du p³yn¹cego przez ka¿dy z odbiorników.
3.
Oblicz ca³kowity opór obwodu (czyli opór zastêpczy odbiorników).
4.
Oblicz natê¿enie pr¹du p³yn¹cego przez ka¿dy opornik.
65
Karta pracy nr 11
Data:
Klasa:
Nazwiska uczniów:
Wykonuj¹c odpowiednie obliczenia uzupe³nij poni¿szy schemat wpisuj¹c w puste miejsca
obliczone wartoœci: napieæ, oporu i natê¿enia pr¹du.
4V
100 W
50 W
8V
66
Karta pracy nr 12
Data:
Klasa:
Nazwiska uczniów:
Wykonuj¹c odpowiednie obliczenia uzupe³nij poni¿szy schemat wpisuj¹c w puste miejsca
obliczone wartoœci: napieæ, oporu i natê¿eñ.
12 V
12 W
12 V
6W
6A
67
Karta pracy nr 13
Data:
Klasa:
Nazwiska uczniów:
Wykonuj¹c odpowiednie obliczenia, wpisz w puste miejsca wartoœci oporów, nate¿enia pr¹du
i napiêcia. Zaznacz na schemacie kierunek p³yn¹cego pr¹du.
8V
3
8A
3
2W
4A
8V
68
Karta pracy nr 14
Data:
Klasa:
Nazwiska uczniów:
Wykonuj¹c odpowiednie obliczenia, wpisz w puste miejsca wartoœci oporów, nate¿enia pr¹du
i napiêcia. Zaznacz na schemacie kierunek p³yn¹cego pr¹du
75 W
25 W
50 W
4V
50 W
6A
25
12 V
69
Karta pracy nr 15
Data:
Klasa:
Nazwiska uczniów:
Energia elektryczna ulega w odbiornikach zamianie na inne rodzaje energii lub pracê.
Zastanów siê na jak¹ energiê zostaje zamieniona energia elektryczna w wymienionych odbiornikach, oraz w którym odbiorniku mo¿e mieæ miejsce opisana zamiana. Uzupe³nij tabelkê.
Rodzaj dbiornika energii
elektrycznej
Energia elektryczna w tym odbiorniku zostaje zamieniona na:
energiê wewnêtrzn¹ ¿arz¹cego siê w³ókna
energiê wewnêtrzn¹ spirali grzejnej, ciep³o przekazywane
powietrzu, pracê silnika
odbiornik radiowy
odbiornik telewizyjny
pracê mechaniczn¹
kuchenka elektryczna
pralka
winda
¿elazko
czajnik elektryczny
kuchenka mikrofalowa
70
Karta pracy nr 16
Data:
Klasa:
Nazwiska uczniów:
Korzystaj¹c z danych w tabeli 11.9 ze strony 113, oblicz wartoœæ i koszt zu¿ytej w ci¹gu dnia
w twoim domu energii elektrycznej je¿eli:
1.
kuchenka elektryczna pracowa³a przez 3 godziny,
2.
suszarka do w³osów pracowa³a przez 15 minut,
3.
cztery ¿arówki œwieci³y po 8 godzin,
4.
radioodbiornik by³ w³¹czony przez 1 godzinê,
5.
telewizor (o mocy 100W) by³ w³¹czony przez 4 godziny,
6.
czajnik elektryczny (o mocy 1200 W) pracowa³ przez 3 minuty.
Przyjmij, ¿e za 1 kWh nale¿y zap³aciæ 0,4 z³.
71
Karta pracy nr 17
Data:
Klasa:
Nazwiska uczniów:
Uzupe³nij poni¿sze zdania dotycz¹ce pola magnetycznego.
1.
Magnesy posiadaj¹ dwa bieguny pó³nocny i ___________________.
2.
Bieguny ________________ odpychaj¹ siê od siebie.
3.
Bieguny ró¿noimienne ________________________ .
4.
Przedmioty ze _______________________ umieszczone w polu magnetycznym staj¹ siê
magnesami.
5.
Biegun pó³nocny ig³y magnetycznej ustawia siê zawsze w stronê geograficznego bieguna
________________.
6.
Zwrot linii pola magnetycznego wskazuje biegun ______________igie³ki.
7.
Substancje takie jak: aluminium, _____________ umieszczone w pobli¿u magnesu nie
ulegaja namagnesowaniu.
8.
Na zewn¹trz magnesu linie pola zwrócone s¹ od bieguna _______________________ do
_________________________ tego magnesu.
72
Karta pracy nr 18
Data:
Klasa:
Nazwiska uczniów:
Na rysunku pokazano model silnika na pr¹d sta³y. Korzystaj¹c z opisu podanego w ksi¹¿ce na
stronie 132 i 133 nazwij i podpisz wskazane strza³kami elementy silnika. Dopisz do czego s³u¿¹
lub jakie jest ich zadanie.
oœ obrotu
N
S
73
Karta pracy nr 19
Data:
Klasa:
Nazwiska uczniów:
Narysuj wektor si³y elektrodynamicznej dzia³aj¹cej na pionowy przewodnik przebijaj¹cy p³aszczyznê kartki, umieszczony w polu magnetycznym.
Kropka lub krzy¿yk oznaczaj¹ kierunek pr¹du p³yn¹cego w przewodniku.
N
S
S
N
S
N
N
S
rys. 1
rys. 2
rys. 3
rys. 4
74
Karta pracy nr 20
Data:
Klasa:
Nazwiska uczniów:
Narysuj wektor si³y elektrodynamicznej dzia³aj¹cej na przewodnik z pr¹dem umieszczony
w jednorodnym polu magnetycznym w pokazanych przypadkach. Jeœli si³a dzia³a prostopadle do
p³aszczyzny kartki – zaznacz j¹ znaczkiem
jeœli jest zwrócona nad kartkê lub Ä jeœli jest
zwrócona pod kartkê.
N
I
S
S
rys. 2
rys. 1
S
I
N
N
I
S
rys. 4
rys. 3
I
I
rys. 6
linie pola
magnetycznego
rys. 5
linie pola
magnetycznego
I
I
rys. 7
N
I
linie pola
magnetycznego
rys. 8
linie pola
magnetycznego
75
Karta pracy nr 21
Data:
Klasa:
Nazwiska uczniów:
Na rysunkach zaznaczono wektor si³y elektrodynamicznej dzia³aj¹cej na przewodnik z pr¹dem
oraz zwrot lini pola magnetycznego, w którym siê ten przewodnik znajduje. Korzystaj¹c z regu³y
lewej d³oni zaznacz kierunek pr¹du p³yn¹cego w przewodniku.
F
F
I
I
linie pola
magnetycznego
rys. 1
rys. 2
I
I
F
F
rys. 3
76
linie pola
magnetycznego
linie pola
magnetycznego
rys. 4
linie pola
magnetycznego
Karta pracy nr 22
Data:
Klasa:
Nazwiska uczniów:
Korzystaj¹c z rysunku zamieszczonego poni¿ej, odpowiedz na zadane pytania:
ZASILACZ
V
S
A
F
N
1.
Czy si³a elektrodynamiczna dzia³aj¹ca na poziom¹ czêœæ ramki jest narysowana poprawnie?
2.
W któr¹ stronê odchyli siê ramka, gdy odwrócimy magnes tak, by biegun p³nocny znajdowa³
siê nad po³udniowym? Uzasadnij odpowiedŸ.
3.
W któr¹ stronê odchyli siê ramka je¿eli odwrócimy magnes oraz zmienimy kierunek
p³yn¹cego pr¹du. Uzasadnij odpowiedŸ.
77
Karta pracy nr 23
Data:
Klasa:
Nazwiska uczniów:
Mamy magnes i zwojnicê po³¹czon¹ z czu³ym amperomierzem lub z miliamperomierzem. Zaznacz kierunek pr¹du indukcyjnego p³yn¹cego w zwojnicy je¿eli:
• jeœli magnes zbli¿amy do zwojnicy biegunem N,
S
N
A
• jeœli magnes zbli¿amy do zwojnicy biegunem S,
N
S
A
• jeœli magnes oddalamy od zwojnicy, a bli¿ej niej jest biegun S,
S
N
A
• jeœli magnes oddalamy od zwojnicy, a bli¿ej niej jest biegun N.
N
A
78
S
Karta pracy nr 24
Data:
Klasa:
Nazwiska uczniów:
Na poni¿szych rysunkach zaznacz, w któr¹ stronê porusza siê magnes, skoro kierunek pr¹du
indukcyjnego w zwojnicy jest taki, jak zaznaczono na rysunkach.
S
N
A
N
S
A
S
N
A
N
S
A
79
Odpowiedzi do kart pracy
Karta pracy 1
1.
Uporz¹dkowany ruch elektronów nazywamy pr¹dem elektrycznym.
2.
Tylko elektrony swobodne poruszaj¹ siê w sposób uporz¹dkowany w przewodzie.
3.
Podczas przep³ywu pr¹du przez przewodnik roœnie temperatura przewodnika.
4.
Aby przez przewodnik p³yn¹³ pr¹d elektryczny, musi istnieæ napiêcie miêdzy jego koñcami.
5.
Za pomoc¹ woltomierza mierzymy napiêcie miêdzy zaciskami ró¿nych urz¹dzeñ.
6.
Woltomierz zawsze pod³¹czamy równolegle do obwodu.
7.
Skutkami przep³ywu pr¹du mog¹ byæ: wzrost temperatury przewodnika, emisja œwiat³a,
wykonanie pracy mechanicznej, oddzia³ywanie magnetyczne.
Karta pracy 2
skutki przep³ywu pr¹du
cieplny
¿elazko
czajnik elektryczny
grzejnik elektryczny
œwietlny
¿arówka
œwietlówka
Karta pracy 3
V
A
+
80
_
magnetyczny
ig³a magnetyczna
elektromagnes
wykonanie pracy
mechanicznej
wiertarka
suszarka
malakser
odkurzacz
dŸwig
winda
mikser
wiertarka
4.
q
Þ q = I ×t = 0,25 A × 64 s = 16 C
t
q
16 C
q = ne Þ n = =
= 10 20
e 1,6× 10-19 C
I=
OdpowiedŸ: W czasie 64 sekund przez obwód przep³ynê³o 10 20 elektronów.
Karta pracy 4
Korzystaj¹c z danych w tabeli 11.3 i 11.4 w podrêczniku na stronie 86 i 87, oblicz ³adunek
przep³ywaj¹cy w czasie:
• 1 godziny przez telewizor
q = I ×t = 0,25 A × 3600s = 900C
1
godziny przez poduszkê elektryczn¹
2
1
q = I ×t = 0,3A × × 3600s = 540 C
2
•
• 1 minuty przez latarkê kieszonkow¹
q = I ×t = 0,07A × 60s = 4,2 C
• 3 ms przez podczas wy³adowania atmosfertcznego
q = I ×t = 10000A × 0,003s = 30C
W którym z przypadków w czasie1 sekundy przep³ynie najwiêkszy ³adunek a w którym najmniejszy?
OdpowiedŸ: Najwiêkszy ³adunek przep³ynie w czasie 1 sekundy podczas wy³adowania burzowego, natomiast najmniejszy przez ¿arówkê latarki kieszonkowej.
Karta pracy 5
U ( V)
1
2
3
4
5
6
7
I ( A)
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
2.
R=
U
3V
=
= 2W
I
1,5 A
81
I (A)
3.
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
1
2
3
4
5
6
7
U (V)
Karta pracy 6
I (A)
I
II
5
4
3
2
1
2
4
6
8 10 12 14 16 U (V)
OdpowiedŸ: Opornik drugi ma opór 1,5 razy wiêkszy od opornika pierwszego.
3.
OdpowiedŸ: R 1 =
U1
U2
= 2 W, R 2 =
= 3 W, R 2 - R 1 = 1 W.
I
I
Karta pracy 7
1.
Czy napiêcie o wartoœci 70 V i 3,5 V jest bezpieczne dla cz³owieka, w przypadku gdy skóra
jest:
• sucha,
I=
70V
= 0,0007 A < 0,025 A;
100000 W
I=
3,5 V
= 0,000035 A < 0,025 A
100000 W
OdpowiedŸ: W przypadku suchej skóry napiêcie 70 V i 3,5 V jest bezpieczne dla cz³owieka.
82
• mokra
I=
70V
= 0,07 A > 0,025 A
1000 W
I=
3,5 V
= 0,0035 A < 0,025 A
1000 W
OdpowiedŸ: W przypadku mokrej skóry bezpieczne jest napiêcie o wartoœci 3,5 V.
2.
Czy napiêcie 230 V mo¿e byæ œmiertelnie niebezpieczne dla cz³owieka, w przypadku gdy
skóra jest:
• sucha,
I=
230V
= 0,0023 A < 0,025 A;
100000 W
• mokra
I=
230V
= 0,23 A > 0,025 A;
1000 W
OdpowiedŸ: Napiêcie 230 V jest œmiertelne w przypadku mokrej skóry.
Karta pracy 8
U (V)
I (A)
R (W)
10
5
2
230
0,92
250
230
0,023
10000
poprawnie przekszta³cony wzór
R=
U
I
I=
U
R
U = IR
Karta pracy 9
1.
2W
4W
I
I
8V
U
8V
=
= 1,5 A.
Rz
6W
2.
OdpowiedŸ: R z = R 1 + R 2 = 6W, I =
3.
OdpowiedŸ: R z' = R 1 + 4R 2 = 12W, R z' = 2 R z .
83
4.
5.
I'=
U
8V
2
=
= A
'
12 W 3
Rz
OdpowiedŸ: Natê¿enie pr¹du p³yn¹cego w obwodzie po zmianie oporu zmniejszylo siê
2
i wynosi I ' = A.
3
Dokoñcz podany wniosek: zwiêkszaj¹c opór odbiorników w po³¹czeniu szeregowym (przy
niezmienionym napiêciu) zmniejsza siê natê¿enie pr¹du p³yn¹cego w tym obwodzie.
Karta pracy 10
1.
12 V
1W
2W
4W
1
1
1
1
4
, Rz = W
=
+
+
Rz
R1 R2 R3
7
3.
OdpowiedŸ:
4.
OdpowiedŸ: I 1 = 12 A, I 2 = 6 A, I 3 = 3 A.
Karta pracy 11
2V
2V
50 W
50 W
4V
100 W
4
100
8V
84
A
Karta pracy 12
12 V
9A
12 W
12V
2A
6W
6A
2W
12V
Karta pracy 13
16 V
3
8A
3
8V
3
2W
I
2 W
3
I
4A
3
4W
4A
I
8V
Karta pracy 14
6V
2V
75 W
25 W
50 W
2A
25
4V
50 W
I
6A
25
8A
25
12V
12 V
85
Karta pracy 15
Rodzaj odbiornika energii
elektrycznej
Energia elektryczna w tym odbiorniku zostaje zamieniona na:
¿arówka
energiê wewnêtrzn¹ ¿arz¹cego siê w³ókna
suszarka do w³osów
energiê wewnêtrzn¹ spirali grzejnej, ciep³o przekazywane
powietrzu, pracê silnika
odbiornik radiowy
energiê akustyczn¹
odbiornik telewizyjny
energiê fal elektromagnetycznych
mikser
pracê mechaniczn¹
energiê wewnêtrzn¹ spirali, potraw i naczyñ
pralka
pracê mechaniczn¹
winda
pracê mechaniczn¹
¿elazko
energiê wewnêtrzn¹ spirali, ciep³o przekazywane ubraniom
i powietrzu.
czajnik elektryczny
energiê wewnêtrzna elementu grzejnego i wody
energiê wewnêtrzn¹ potraw i naczyñ
Karta pracy 16
1.
kuchenka elektryczna pracowa³a przez 3 godziny,
W = P ×t = 2 kW × 3h = 6kWh.
1 kWh 0,4 z³
x z³
6 kWh
x = 6 kWh 0,4 z³
1 kWh
2.
3.
= 2,40 z³
suszarka do w³osów pracowa³a przez 15 minut,
1
W = 1 kW × h = 0,25 kWh, x = 0,10 z ³
4
cztery ¿arówki 60 W œwieci³y po 8 godzin,
W = 0,06 kW × 8 h = 0,48 kWh, x = 0,19 z ³
4.
radioodbiornik by³ w³¹czony przez 1 godzinê,
W = 0,01kW × 1h = 0,01 kWh, x = 0,40 z ³
5.
telewizor (o mocy 100W) by³ w³¹czony przez 4 godziny,
W = 0,1 kW × 4h = 0,4 kWh, x = 0,16 z ³
6.
czajnik elektryczny (o mocy 1200 W) pracowa³ przez 3 minuty.
1
W = 1,2 kW ×
h = 0,06 kWh, x = 0,24 z ³
20
86
OdpowiedŸ: Za energiê zu¿yt¹ w ci¹gu dnia podczas pracy wymienionych urz¹dzeñ
zap³acimy 3,49 z³.
Karta pracy 17
1.
Magnesy posiadaj¹ dwa bieguny pó³nocny i po³udniowy.
2.
Bieguny jednoimienne odpychaj¹ siê od siebie.
3.
Bieguny ró¿noimienne przyci¹gaj¹ siê .
4.
Przedmioty ze stali umieszczone w polu magnetycznym staj¹ siê magnesami.
5.
Biegun pó³nocny ig³y magnetycznej ustawia siê zawsze w stronê geograficznego bieguna
pó³nocnego.
6.
Zwrot linii pola magnetycznego wskazuje biegun pó³nocny igie³ki.
7.
Substancje takie jak: aluminium, miedŸ umieszczone w pobli¿u magnesu nie ulegaja
namagnesowaniu.
8.
Na zewn¹trz magnesu linie pola zwrócone s¹ od bieguna pó³nocnego do po³udniowego
tego magnesu.
Karta pracy 18
miedziana lub aluminiowa
obracaj¹ca siê ramka
bieguny
magnesu
N
S
komutator
metalowe szczotki
87
Karta pracy 19
N
S
S
rys. 1
N
F
rys. 3
F
F
F
S
N
N
rys. 2
S
rys. 4
Karta pracy 20
N
F
I
S
S
I
N
I
F
N
F
S
rys. 2
rys. 1
S
I
F
N
rys. 3
rys. 4
F
I
I
F
linie pola
magnetycznego
rys. 6
linie pola
magnetycznego
rys. 5
F
I
I
rys. 7
88
F
linie pola
magnetycznego
rys. 8
linie pola
magnetycznego
Karta pracy 21
F
I
I
F
linie pola
magnetycznego
rys. 2
linie pola
magnetycznego
rys. 1
I
I
F
linie pola
magnetycznego
F
rys. 3
rys. 4
linie pola
magnetycznego
Karta pracy 22
1.
Kierunek pr¹du p³yn¹cego przez przewodnik zosta³ Ÿle zaznaczony. Przyjêto oznaczaæ
kierunek pr¹du od + do –.
2.
W lewo.
3.
Ramka odchyli siê w stronê magnesu. Do wyznaczenia kierunku i zwrotu si³y elektrodynamicznej dzia³aj¹cej na ramkê stosujemy regu³ê lewej d³oni.
Karta pracy 23
S
N
S
N
A
N
S
N
S
A
89
S
N
S
N
S
N
S
A
N
A
Karta pracy 24
S
N
S
N
N
S
A
S
N
A
90
A
S
N
N
S
N
S
N
S
A
Rozwi¹zania zadañ z zeszytu
przedmiotowo-æwiczeniowego 3B
do podrêcznika „Zrozumieæ Œwiat” czêœæ 3
91
11. O pr¹dzie elektrycznym
11.1. Pr¹d elektryczny w metalach. Napiêcie elektryczne.
III. Fizyka wokó³ nas
Do poni¿szej tabeli wpisz znane ci przyk³ady urz¹dzeñ elektrycznych, w których wykorzystuje siê
odpowiednie skutki przep³ywu pr¹du elektrycznego.
Skutek przep³ywu pr¹du elektrycznego
cieplny
piec elektryczny, kuchenka elektryczna, poduszka
elektryczna, ¿elazko, suszarka do w³osów
wykonanie pracy mechanicznej
silnik elektryczny (mikser, malakser, sokowirówka,
krajalnica do chleba)
emisja œwiat³a
¿arówka, œwietlówka
oddzia³ywanie magnetyczne
elektromagnes (g³oœnik, s³uchawki
dzwonek elektryczny, gong)
reakcje chemiczne
akumulator, urz¹dzenia do poz³acania, posrebrzania,
niklowania itp.
Do zacisków woltomierza dorysuj przewody tak, aby
woltomierz wskazywa³ napiêcie miêdzy koñcami AB
przewodnika.
A
radiowe,
B
5
V
10
0
2.
Przyk³ady urz¹dzeñ elektrycznych
BATTERY
3R12A
4,5V
IV. „Fizyczne rachunki”, czyli rozwi¹zujemy zadania rachunkowe (i nie tylko)
1.
92
Po do³¹czeniu koñców przewodnika do Ÿród³a napiêcia, powstaje w nim pole elektrostatyczne, powoduj¹ce uporz¹dkowany ruch elektronów swobodnych. Zak³adaj¹c, ¿e szybkoœæ
tego ruchu wynosi 0,1 mm/s oblicz, w jakim czasie elektron swobodny (poruszaj¹c siê tylko
ruchem uporz¹dkowanym) przeby³by drogê miêdzy koñcami przewodnika o d³ugoœci 1 m.
mm
m
Dane: u = 0,1
= 0,0001
s
s
Szukane: t = ?
Rozwi¹zanie:
s
s
u = Þt =
t
u
1m
t=
= 10000 s » 167min = 2h 47min
m
0,0001
s
OdpowiedŸ: Elektron swobodny drogê tê przeby³by w czasie oko³o 2h 47 min.
2.
Wykonaj odpowiednie obliczenia i uzupe³nij tabelkê.
q ( C)
U ( V)
W (J)
20
5
100
8
25
200
15
20
300
3.
Poni¿sze rysunki przedstawiaj¹ sieæ krystaliczn¹ przewodnika metalowego i ruch elektronów swobodnych wewn¹trz niego. W którym przypadku przez przewodnik p³ynie pr¹d
elektryczny? OdpowiedŸ uzasadnij.
OdpowiedŸ: Rysunek a) przedstawia uporz¹dkowany ruch elektronów swobodnych,
a wiêc przep³yw pr¹du w przewodniku. Na rysunku b) elektrony swobodne poruszaj¹ siê
chaotycznie wiêc pr¹d nie p³ynie.
V. Wykonaj doœwiadczenia domowe
1.
Przygotuj szklankê, dwa przewody odizolowane na d³ugoœci kilku centymetrów, bateriê
p³ask¹, ¿aróweczkê od latarki wraz z oprawk¹ i ³y¿kê soli kuchennej. Zbuduj obwód, jak na
rysunku. Zanurzaj¹c odizolowane przewody w:
a) wodzie,
b) wodnym roztworze soli kuchennej,
Obserwuj ¿aróweczkê.
Co zauwa¿y³eœ?
a) ¿aróweczka nie œwieci
b) ¿aróweczka œwieci
2.
Odczytaj umieszczon¹ na obudowie informacjê o wartoœci napiêæ charakteryzuj¹cycych
wymienione Ÿród³a (w stanie pe³nego na³adowania):
ogniwo galwaniczne 1,5 V
bateria p³aska 4,5 V
akumulator samochodowy 12 V.
VI. „Rozrywkowa” fizyka
1.
Rozwi¹¿ rebus.
OdpowiedŸ: Uporz¹dkowany ruch elektronów swobodnych.
2.
Rozwi¹zaniem logogryfu jest nazwa miernika elektrycznego. Do czego on s³u¿y?
1. przewód, 2. jony, 3. kulomb, 4. wiertarka, 5. wolt, 6. akumulator, 7. napiêcie, 8.
elektrony, 9. praca, 10. wewnêtrzna.
OdpowiedŸ: Woltomierz s³u¿y do pomiaru napiêcia.
93
VII. Miejsce na rozwi¹zanie zadañ z podrêcznika (str. 79) i innych zleconych przez
nauczyciela
Zadanie 1
Po dotkniêciu drucika stwierdzamy, ¿e jego temperatura wzros³a. Mamy, wiêc do czynienia z cieplnym skutkiem przep³ywu pr¹du elektrycznego.
Zadanie 2
Ig³a kompasu wychyli³a siê z pierwotnego po³o¿enia równowagi – obserwujemy magnetyczny skutek przep³ywu pr¹du elektrycznego.
Zadanie 3
Dane: q = 3 C, U = 12 V
Szukane: W = ?
Rozwi¹zanie:
W = q × U = 3 C × 12 V = 36 J
OdpowiedŸ: Si³y elektryczne wykona³y pracê 12 J.
Zadanie 4
Dane: U = 4,5 V ,
Szukane: q = ?
Rozwi¹zanie:
W = 90 J
W = q ×U Þ q =
q=
W
U
90 J
= 20 C
4,5 V
OdpowiedŸ: Si³y elektryczne przenios³y ³adunek 20 C.
Zadanie 5
Za pomoc¹ zestawu przedstawionego na rysunku 11.10 mo¿na sprawdziæ czy metal i grafit przewodz¹ pr¹d elektryczny. Mo¿na tak¿e sprawdziæ, czy ¿aróweczka jest sprawna (jeœli
wiemy na pewno, ¿e bateria jest sprawna) lub czy bateria jest sprawna (jeœli wiemy, ze
¿aróweczka jest sprawna).
11.2. •ród³a pr¹du. Obwód elektryczny
To, ¿e latarka nie œwieci mo¿e byæ m.in. spowodowane:
• zbyt ma³ym napiêciem Ÿród³a napiêcia (tj. „wyczerpane”
jedno lub kilka ogniw),
94
+
Narysuj schemat obwodu elektrycznego latarki kieszonkowej. Zastanów siê, co mo¿e byæ
przyczyn¹ tego, ¿e latarka nie œwieci, mimo, ¿e znajduj¹ siê w niej wszystkie elementy
konieczne w obwodzie elektrycznym.
_
1.
• przerwaniem („przepaleniem”) w³ókna ¿aróweczki,
• przerw¹ w obwodzie elektrycznym spowodowan¹ np. uszkodzeniem wy³¹cznika lub
innego elementu,
• niew³aœciwie w³o¿onymi do latarki ogniwami (czêsto na latarce umieszczony jest
rysunek ilustruj¹cy sposób w³o¿enia ogniw).
2.
Jak jest zbudowany akumulator, a jak ogniwo galwaniczne? Poszukaj wiadomoœci w
literaturze technicznej lub w Internecie.
OdpowiedŸ:
Ogniwo galwaniczne – ogniwo, w którym Ÿród³em pr¹du s¹ reakcje chemiczne zachodz¹ce miêdzy elektrod¹ a elektrolitem. Dwie elektrody zanurzone w elektrolicie (pó³ogniwa) tworz¹ ogniwo galwaniczne.
Ogniwo Leclanchego – najpopularniejsze ogniwo galwaniczne wystêpuj¹ce powszechnie
w handlu np. jako popularne tzw. baterie paluszki (o napiêciu 1,5 V) lub baterie p³askie
(o napiêciu 4,5 V) – trzy ogniwa po³¹czone szeregowo.
Ogniwo wystêpowaæ mo¿e w postaci mokrej, pó³suchej i suchej. Z przyczyn praktycznych w handlu wystêpuje tylko w tej ostatniej postaci. Elektroda cynkowa tworzy
kubek, wewn¹trz którego umieszcza siê grafitow¹ pa³eczkê otoczon¹ masa tlenku
manganu (IV) nas¹czon¹ roztworem salmiaku (chlorku amonu). Ca³oœæ zatapia siê mas¹
smo³owa chroni¹c¹ przed wyciekiem elektrolitu i przed wyschniêciem ogniwa. SEM
ogniwa: 1,5 V.
Akumulator elektryczny - rodzaj ogniwa galwanicznego, które mo¿e byæ wielokrotnie
u¿ytkowane i ³adowane pr¹dem elektrycznym. Wszystkie rodzaje akumulatorów gromadz¹ i póŸniej uwalniaj¹ energiê elektryczn¹ dziêki odwracalnym reakcjom chemicznym
zachodz¹cym w elektrolicie oraz na styku elektrolitu i elektrod.
W akumulatorach zachodz¹ dwa cykle pracy:
• ³adowanie – w czasie którego akumulator jest odbiornikiem energii elektrycznej,
wewn¹trz akumulatora jest magazynowana energia elektryczna, która jest przetwarzana na energiê chemiczn¹,
• praca – akumulator jest Ÿród³em pr¹du elektrycznego na skutek uwalniania zmagazynowanej wczeœniej energii elektrycznej; rezultatem pracy jest stopniowe
roz³adowanie akumulatora.
W zale¿noœci od sk³adu elektrolitu i budowy elektrod rozró¿nia siê nastepuj¹ce rodzaje
akumulatorów:
• akumulator kwasowo – o³owiowy – w którym elektrolitem jest roztwór kwasu siarkowego, katoda wykonana jest z o³owiu (z dodatkami), w formie siatki, zaœ anoda jest
wykonana z tlenku o³owiu (IV) PbO 2 na ramce o³owianej, tego rodzaju akumulatory s¹
wykorzystywane w samochodach.
• akumulator NiCd – zwany te¿ wtórn¹ bateri¹ alkaliczn¹ - w której elektrody wykonane s¹
z wodorotlenku niklu i wodorotlenku kadmu, zaœ elektrolitem s¹ pó³p³ynne lub sta³e
substancje o ró¿nym sk³adzie chemicznym, ale zawsze posiadaj¹cym silnie zasadowy
(inaczej alkaliczny) odczyn.
95
Sprawnoœæ akumulatora, czyli stosunek energii oddanej podczas pracy do energii
w³o¿onej do akumulatora w procesie ³adowania, jest zawsze mniejszy od 1. W wiekszoœci akumulatorów jest rzêdu 60 %.
1.
Na którym schemacie oznaczono prawid³owo kierunek pr¹du elektrycznego?
OdpowiedŸ: Na schemacie a prawid³owo oznaczono kierunek pr¹du.
2.
Narysuj schematy poni¿szych obwodów elektrycznych.
A
A
+
3.
_
A
+
_
Uzupe³nij schemat obwodu elektrycznego tak, aby pr¹d przep³ywa³ przez wszystkie odbiorniki
1.
Rozwi¹¿ logogryf
1. odbiornik, 2. wêgorz, 3. dodatni, 4. pr¹dnica, 5. ¿arówka, 6. woltomierz.
OdpowiedŸ: Ogniwo.
2.
Wykreœl w poni¿szej eliminatce s³owa zwi¹zane z obwodem elektrycznym. Pozosta³e litery
czytane kolejno poziomo tworz¹ rozwi¹zanie.
OdpowiedŸ: Schemet elektryczny.
nauczyciela
Zadanie 1
Obwód elektryczny latarki kieszonkowej zbudowany jest ze Ÿród³a pr¹du („baterii”), ¿aróweczki, wy³¹cznika i przewodów. Schemat elektryczny takiego obwodu jest taki sam jak
na rys. 11.14 (str. 82 podrêcznika).
11.3. Natê¿enie pr¹du
1.
96
Dlaczego na stykach zelektryfikowanych linii kolejowych wykonuje siê grube miedziane
po³¹czenia?
OdpowiedŸ: Sieæ trakcyjna sk³ada siê z sieci jezdnej i sieci powrotnej, któr¹ s¹ szyny
toru kolejowego. W celu u³atwienia przep³ywu pr¹du i uzyskania mo¿liwie ma³ej
rezystancji, szyny w stykach ³¹czy siê osobnymi ³¹cznikami szynowymi. Zapewnianie
najmniejszej rezystancji przep³ywu pr¹dów powrotnych jest bardzo wa¿ne, gdy¿ pr¹dy te
w razie napotkania du¿ej rezystancji szukaj¹ innych dróg przep³ywu poprzez ziemiê
i znajduj¹ce siê w niej rury, kable itp., jako tzw. pr¹dy b³¹dz¹ce. Wskutek dzia³ania
elektrochemicznego pr¹dy te wywo³uj¹ korozje przedmiotów metalowych znajduj¹cych
siê w ziemi, powoduj¹c du¿e straty.
1.
Je¿eli w przewodniku p³ynie pr¹d elektryczny o natê¿eniu 0,5 A, to znaczy, ¿e przez
poprzeczny przekrój tego przewodnika przep³ywa:
• w czasie 1 sekundy ³adunek 0,5 C,
• w czasie 20 sekund ³adunek 10 kulombów (10C),
• w czasie 10 sekund ³adunek 5 kulombów.
2.
W obwodzie elektrycznym, którego schemat przedstawiono na rysunku w³¹czone s¹ trzy
amperomierze. Amperomierz A 1 wskazuje natê¿enie pr¹du 0,2 A. Jakie s¹ wskazania
pozosta³ych amperomierzy? OdpowiedŸ uzasadnij.
OdpowiedŸ: Pozosta³e amperomierze wska¿¹ równie¿ 0,2 A, poniewa¿ w dowolnym
punkcie nierozga³êzionego obwodu (po³¹czenie szeregowe) natê¿enie pr¹du jest takie
samo.
3.
W akumulatorze samochodowym, w wyniku jego na³adowania, zgromadzono ³adunek
45 Ah. Oblicz natê¿enie pr¹du p³yn¹cego przez do³¹czony do akumulatora odbiornik, je¿eli
akumulator roz³adowa³ siê po up³ywie 15 godzin.
Dane: q = 45 Ah, t = 15 h
Szukane: I = ?
Rozwi¹zanie:
q 45 Ah
I= =
=3 A
t
15 h
OdpowiedŸ: Przez odbiornik p³yn¹³ pr¹d elektryczny o natê¿eniu 3 A.
Rozwi¹zaniem logogryfu jest nazwa jednostki pewnej wielkoœci elektrycznej. Jakim miernikiem elektrycznym tê wielkoœæ mierzymy?
1. natê¿enie, 2. schemat, 3. plus, 4. sekunda, 5. ¿arówka.
OdpowiedŸ: Amper jest jednostk¹ natê¿enia pr¹du. Natê¿enie pr¹du w obwodzie
mierzymy za pomoc¹ amperomierza.
nauczyciela
Zadanie 1
Dane: q = 50 C, I = 10000 A
Szukane: t = ?
97
Rozwi¹zanie:
q
q
I = Þt =
t
I
50 C
t=
= 0,005 s
10000 A
OdpowiedŸ: Wy³adowanie burzowe trwa 0,005 s.
Zadanie 2
Typowe wartoœci pojemnoœci akumulatorów wynosz¹: 45; 50; 55; 60; 65; 66; 75; 90; 95 Ah
Zadanie 3.
Po zamkniêciu obwodu przez naciœniêciu wy³¹cznika, w przewodniku zaczyna p³yn¹æ pr¹d.
Uporz¹dkowany ruch rozpoczynaj¹ równoczeœnie wszystkie elektrony swobodne w ca³ym obwodzie. Dlatego wszystkie ¿arówki zapalaj¹ siê równoczeœnie.
11.4. Prawo Ohma. Opór elektryczny
1.
Porównuj¹c instalacjê wodoci¹gow¹ z obwodem elektrycznym na zasadzie analogii (czyli
podobieñstwa) utwórz pary, przyporz¹dkowuj¹c ka¿demu pojêciu z kolumny lewej jedno
pojêcie z kolumny prawej.
1
przewód elektryczny
A
instalacja wodoci¹gowa
2
natê¿enie pr¹du elektrycznego
B
zawór (kran)
3
opór elektryczny przewodnika
C
natê¿enie pr¹du wody
4
Ÿród³o pr¹du
D
pompa
5
obwód elektryczny
E
ciœnienie wody
6
napiêcie elektryczne
F
opór hydrauliczny rury
7
przep³yw pr¹du w przewodniku
G
rura
8
wy³¹cznik
H
przep³yw wody w rurze
OdpowiedŸ: 1 – G, 2 – C, 3 – F, 4 – D, 5 – A, 6 – E, 7 – H, 8 – B.
IV. „Fizyczne rachunki”, czyli rozwi¹zujemy zadania rachunkowe (inie tylko)
1.
Za pomoc¹ zasilacza pr¹du sta³ego zmieniano napiêcie na odbiorniku, dokonuj¹c równoczeœnie pomiaru napiêcia i natê¿enia pr¹du. Stosuj¹c dla tego odbiornika prawo Ohma
uzupe³nij poni¿sz¹ tabelê.
U ( V)
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
I ( A)
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
98
2.
Po w³¹czeniu do Ÿród³a pr¹du odbiornika o oporze R = 5 W pop³yn¹³ przez niego pr¹d o natê¿eniu I = 2 A. Oblicz natê¿enie pr¹du, gdy napiêcie miêdzy zaciskami odbiornika wzroœnie
dwukrotnie? Czy zmieni siê wówczas opór odbiornika? OdpowiedŸ uzasadnij.
OdpowiedŸ: Je¿eli napiêcie miêdzy koñcami odbiornika wzroœnie dwukrotnie, to zgodnie
z prawem Ohma natê¿enie p³yn¹cego w nim pr¹du równie¿ wzroœnie dwukrotnie (tzn.
wyniesie 4 A). Opór odbiornika jest sta³y.
V. Wykonaj doœwiadczenie domowe nr 6 (str. 158): „Jak zmienia siê natê¿enie pr¹du
w obwodzie przy zmianie oporu obwodu?”
Wynik obserwacji: ¯arówka œwieci³a jaœniej w przypadku, gdy przewód dotyka³ wciêcia
wykonanego w po³owie d³ugoœci o³ówka.
Jasnoœæ œwiecenia ¿arówki informuje nas o wartoœci natê¿enia pr¹du. Natê¿enie pr¹du
w obwodzie by³o najwiêksze w przypadku, gdy ¿aróweczka by³a pod³¹czona bezpoœrednio
do baterii, a najmniejsze w przypadku, gdy w obwód ¿aróweczki w³¹czona by³a ca³a
d³ugoœæ o³ówka.
Wyjaœnienie zaobserwowanych zjawisk na podstawie prawa Ohma.
Z prawa Ohma wynika, ¿e im wiêkszy jest opór obwodu elektrycznego, tym mniejsze jest
natê¿enie p³yn¹cego w nim pr¹du. Natê¿enie pr¹du by³o najmniejsze, gdy w obwód
elektryczny w³¹czona by³a ca³a d³ugoœæ grafitowego prêta o³ówka, gdy¿ wtedy opór
obwodu by³ najwiêkszy. Natê¿enie pr¹du by³o najwiêksze, gdy ¿aróweczka by³a w³¹czona bezpoœrednio do baterii – wtedy opór obwodu by³ najmniejszy.
Rozwi¹¿ logogryf. Co oznacza s³owo bêd¹ce jego rozwi¹zaniem? Od czego ta nazwa
pochodzi?
1. opornik, 2. bateria, 3. przewody, 4. wykres, 5. Simon, 6. woltomierz, 7. napiêcie,
8. natê¿enie, 9. schemat, 10. jony, 11. akumulator.
OdpowiedŸ: Rezystancja pochodzi od angielskiego s³owa resistance oznaczaj¹cego
opór.
VII. Miejsce na rozwi¹zanie zadañ z podrêcznika (str. 95 i 96) i innych zleconych przez
nauczyciela
Zadanie 1
Opór elektryczny metalowego drutu zale¿y tak¿e od budowy sieci krystalicznej metalu. Je¿eli porównamy opory przewodów wykonanych z ró¿nych metali, ale o takich samych rozmiarach geometrycznych, to oka¿e siê, ¿e wiêkszy jest opór tego przewodnika, w którym sieæ krystaliczna jest „gêstsza”, i „hamuje” ruch elektronów.
Zadanie 2
Dane: U 1 = 4,5 V , I 1 = 0,6 A, U 2 = 1,5 V
99
Szukane: I 2 = ?, R = ?
Rozwi¹zanie:
U1
4,5 V
R=
=
= 7,5 W
I1
0,6 A
I2 =
U2
1,5 V
=
= 0,2 A
R
7,5 W
OdpowiedŸ: Opór opornika wynosi 7,5 W.
Zadanie 3
Z wykresu na rysunku 11.21 odczytujemy:
dla odbiornika A: U A = 0,4V i I A = 0,02 A;
dla odbiornika B: U B = 0,8V i I B = 0,02 A.
Opory odbiorników obliczamy:
UA
RA =
= 20W
IA
RB =
UB
= 40W
IB
RB
40W
=
=2
RA
20W
OdpowiedŸ: Opór R B jest dwa razy wiêkszy od oporu R A .
Zadanie 4
Opornica suwakowa zbudowana jest z nieizolowanego drutu nawiniêtego na porcelanowym korpusie w kszta³cie walca. Po tak nawiniêtym drucie œlizga siê suwak, miejsce w którym styka siê on drutem
jest pozbawione izolacji. Zmieniaj¹c po³o¿enie suwaka zmieniamy
d³ugoœæ drutu w³¹czonego w obwód elektryczny. A to oznacza, ¿e tym
sposobem zmienia siê opór czêœci opornika w³¹czonego w obwód
elektryczny. Ilustruje to rysunek.
Zadanie 5
Przesuwaj¹c suwak w obwodzie jak na rys. 11.25 nie mo¿na
zmieniæ oporu opornic. W obwodzie tym w³¹czona jest ca³a opornica i zmiana po³o¿enia suwaka nie ma wp³ywu na jej opór. Wyjaœnia to schemat po³¹czeñ.
BATTERY
3R12A
4,5V
suwak
BATTERY
3R12A
4,5V
100
11.5. £¹czenie odbiorników w obwodach elektrycznych
11.5.1. Po³¹czenie szeregowe odbiorników
1.
W jakim celu w niektórych urz¹dzeniach elektronicznych (np. w pilotach telewizyjnych,
odbiornikach radiowych przenoœnych) stosuje siê kilka ogniw („baterii okr¹g³ych”)? Jak te
ogniwa s¹ ze sob¹ po³¹czone?
OdpowiedŸ: Ogniwa po³¹czone s¹ szeregowo, poniewa¿ napiêcie takiego Ÿród³a pr¹du
jest wiêksze. Np. po³¹czone szeregowo cztery ogniwa, ka¿de o napiêciu 1,5 V tworz¹
Ÿród³o o napiêciu 6 V.
2.
Narysuj schemat obwodu elektrycznego oœwietlenia choinkowego sk³adaj¹cego siê z 10
¿aróweczek.
1.
W obwodzie elektrycznym, którego schemat przedstawia poni¿szy rysunek, amperomierz A 1
wskazuje 0,5 A, woltomierz V1 wskazuje 9 V, a woltomierz V2 wskazuje 3 V. Jakie s¹
wskazania pozosta³ych mierników? Oblicz opory poszczególnych odbiorników i opór odbiornika zastêpczego. Wyniki obliczeñ wpisz do tabeli.
U ( V)
U 1 ( V)
U 2 ( V)
I 1 ( V)
I 2 ( V)
R 1 (W)
R 2 (W)
R z (W)
12
9
3
0,5
0,5
18
6
24
Rozwi¹zanie:
I 1 = I 2 = 0,5 A
R1 =
U1
U2
9V
3V
=
= 18 W, R 2 =
=
= 6W
I1
0,5 A
I2
0,5 A
R z = R 1 + R 2 = 18 W + 6 W= 24 W
U = U 1 + U 2 = 9V + 3V = 12V
OdpowiedŸ: Amperomierz A 2 wskazuje 0,5 A, woltomierz V wskazuje 12 V. Opory
odbiorników s¹ odpowiednio równe: R 1 = 18 W, R 2 = 6 W, oraz opór odbiornika zastêpczego wynosi R z = 24W .
2.
W obwodzie elektrycznym, którego schemat przedstawiono na rysunku zmierzono napiêcie
U 1 = 4 V oraz napiêcie U = 12 V. Wiedz¹c, ¿e R 1 = 8 W, oblicz: natê¿enie pr¹du w obwodzie, napiêcie na odbiorniku R i jego opór oraz opór odbiornika zastêpczego.
Dane: U 1 = 4 V , U = 12 V , R 1 = 8 W
101
Szukamy: I = ?, U 2 = ?, R 2 = ?,
Rz = ?
Rozwi¹zanie:
U1
4V
I=
=
= 0,5 A
R1
8W
U = U 1 + U 2 Þ U 2 = U - U 1 = 12V - 4V = 8V
R2 =
U2
8V
=
= 16 W
I
0,5 A
R z = R 1 + R 2 = 8 W + 16 W= 24 W lub R z =
U
12V
=
= 24 W
I
0,5 A
OdpowiedŸ: Natê¿enie pr¹du w obwodzie wynosi 0,5 A, a napiêcie na odbiorniku R 2
wynosi 8 V. Opór tego odbiornika jest równy 16 W, a opór zastêpczy 24 W.
3.
Oblicz wskazania woltomierzy, je¿eli R 1 = 20 W, R 2 = 30 W, R 3 = 50 W, a napiêcie U
miêdzy zaciskami Ÿród³a wynosi 50 V.
Dane: R 1 = 20 W, R 2 = 30 W, R 3 = 50 W, U = 50V
Szukamy: U 1 = ?, U 2 = ?, U 3 = ?
Rozwi¹zanie:
R z = R 1 + R 2 + R 3 = 20 W + 30 W + 50 W = 100 W
I=
U
50V
=
= 0,5 A
Rz
100 W
U 1 = I × R 1 = 0,5 A × 20 W = 10V
U 2 = I × R 2 = 0,5 A × 30 W = 15 V
U 3 = I × R 3 = 0,5 A × 50 W = 25 V
OdpowiedŸ: Napiêcia na poszczególnych opornikach wynosz¹ kolejno 10 V, 15 V, 25V.
4.
Który z oporników w obwodzie elektrycznym (jak na rysunku) ma najwiêkszy opór? Uzasadnij
odpowiedŸ.
OdpowiedŸ: Przez po³¹czone szeregowo odbiorniki p³ynie pr¹d elektryczny o takim
U
samym natê¿eniu I = . Najwiêkszy opór ma opornik, na którym jest najwiêkszy spadek
R
napiêcia. W naszym przypadku bêdzie to opornik R 2 .
5.
Korzystaj¹c z informacji umieszczonych na schemacie, oblicz napiêcie na oporniku R 2
W po³¹czeniu szeregowym, napiêcie Ÿród³a jest równe sumie napiêæ na odbiornikach:
U = U 1 +U 2 +U 3
z tego U 2 = U - U 1 - U 3 = 10V - 2V - 3V = 5V .
OdpowiedŸ: Napiêcie na oporniku R 2 jest równe 5V.
1.
102
Jaki zwi¹zek z treœci¹ niniejszego paragrafu ma rozwi¹zanie poni¿szego logogryfu?
1. po³¹czenie, 2. schemat, 3. opór, 4. telewizor, 5. natê¿enie, 6. pralka, 7. tabela.
OdpowiedŸ: W oœwietleniu choinkowym stosujemy po³¹czenie szeregowe ¿aróweczek.
11.5.2. Po³¹czenie równoleg³e odbiorników
1.
¯yrandol sk³ada siê z piêciu ¿arówek, które mo¿na w³¹czaæ za pomoc¹ podwójnego
wy³¹cznika. Po za³¹czeniu jednego wy³¹cznika œwiec¹ trzy ¿arówki, a po za³¹czeniu drugiego
œwiec¹ tak¿e pozosta³e dwie ¿arówki. Narysuj schemat tego po³¹czenia.
W1
W2
1.
W obwodzie, którego schemat przedstawiono na rysunku, natê¿enie pr¹du I 1 wynosi 0,2 A,
natê¿enie pr¹du I wynosi 0,5 A, napiêcie U Ÿród³a wynosi 6 V. Oblicz natê¿enie pr¹du I 2 ,
opory poszczególnych odbiorników oraz opór odbiornika zastêpczego. Wyniki obliczeñ wpisz
do tabeli.
U ( V)
U 1 ( V)
U 2 ( V)
I 1 ( A)
I 2 ( A)
I ( A)
R 1 (W)
R 2 (W)
R z (W)
6
6
6
0,2
0,3
0,5
30
20
12
Miejsce na obliczenia:
Dane: I = 0,5 A , I 1 = 0,2 A, U = 6 V
Szukane: I 2 = ?
I = I 1 + I 2 Þ I 2 = I - I 1 = 0,5 A - 0,2 A = 0,3 A
U1 =U2 =U = 6V
R1 =
U1
6V
=
= 30 W
I1
0,2 A
R2 =
U2
6V
=
= 20 W
I2
0,3 A
R=
2.
U
6V
1
1
1
2+ 3
5
60 W
=
= 12 W lub
=
+
=
=
ÞRz =
= 12 W
I
0,5 A
Rz
30 W 20 W 60 W 60 W
5
W obwodzie elektrycznym, którego schemat przedstawia rysunek, woltomierz wskazuje
napiêcie U = 12 V, a amperomierz natê¿enie pr¹du I = 0,6 A. Wiedz¹c, ¿e R 1 = 60 W,
oblicz: opór odbiornika R 2 , natê¿enie pr¹du w odbiornikach R 1 i R 2 oraz opór odbiornika
zastêpczego R z .
103
Dane: U = 12V , I = 0,6 A, R 1 = 60 W
Szukamy: R z = ?, l 1 = ?, I 2 = ?, R 2 = ?
Rozwi¹zanie:
U
12V
Rz = =
= 20 W
I
0,6 A
I1 =
U
12V
=
= 0,2 A
R1
60 W
I 2 = I - I 1 = 0,6 A - 0,2 A = 0,4 A
I sposób obliczenia oporu dobiornika R 2
R2 =
U
12V
=
= 30 W
I2
0,4 A
II sposób obliczenia oporu dobiornika R 2
1
1
1
=
+
Rz
R1 R2
1
1
1
1
1
3
1
1
=
=
=
=
R2
Rz R1
20 W 60 W 60 W 60 W 30 W
R 2 = 30 W
OdpowiedŸ: Opór odbiornika zastêpczego wynosi 20W. Przez odbiornik R 1 p³ynie pr¹d
o natê¿eniu 0,2 A a przez odbiornik R 2 pr¹d o natê¿eniu 0,4 A. Opór odbiornika R 2
wynosi 30W.
3.
Oblicz opór odbiornika zastêpczego dla obwodu elektrycznego, którego schemat przedstawiono na rysunku, je¿eli R 1 = 6 W, R 2 = 3 W, R 3 = 2 W.
Dane: R 1 = 6 W, R 2 = 3 W, R 3 = 2 W
Szukamy: R z = ?
Rozwi¹zanie:
1
1
1
1
=
+
+
Rz
R1 R2 R3
1
1
1
1
1+ 2+ 3
6
1
=
+
+
=
=
=
Rz
6W 3W 2W
6W
6W 1W
R z = 1W
OdpowiedŸ: Opór odbiornika zastêpczego wynosi 1W.
4.
Napiêcie zmierzone przez woltomierz wynosi 10 V, opory odbiorników wynosz¹ odpowiednio: R 1 = 20 W, R 2 = 50 W. Oblicz wskazania amperomierzy przy otwartym i przy
zamkniêtym wy³¹czniku W (zak³adamy, ¿e wskazanie woltomierza nie uleg³o zmianie).
Dane: R 1 = 20 W, R 2 = 50 W, U = 10V
Szukamy: I 1 = ?, I 2 = ?, przy otwartym i zamknietym wy³¹czniku W
104
Rozwi¹zanie:
I. Przy otwartym wy³¹czniku W
U
10V
I1 = I =
=
= 0,5 A
R1
20 W
I2 = 0
OdpowiedŸ: Przy otwartym wy³¹czniku W przez amperomierze A 1 i A p³ynie pr¹d o takim
samym natê¿eniu równym 0,5 A. Przez amperomierz A 2 pr¹d nie p³ynie.
II. Przy zamkniêtym wy³¹czniku W
U
10V
I1 =
=
= 0,5 A
R1
20 W
I2 =
U
10V
=
= 0,2 A
R2
50 W
I = I 1 + I 2 = 0,5 A + 0,2 A = 0,7 A
OdpowiedŸ: Przy zamkniêtym wy³¹czniku W przez poszczególne amperomierze p³yn¹
pr¹dy o natê¿eniach: I 1 = 0,5 A, I 2 = 0,2 A, I = 0,7 A.
5
Oblicz natê¿enie pr¹du p³yn¹cego przez opornik B. Uszereguj oporniki R A , R B , R C , R D
w kolejnoœci od najmniejszego do najwiêkszego oporu.
OdpowiedŸ: W przypadku równoleg³ego po³¹czenia odbiorników zachodzi zwi¹zek
I = I A + I B + I C + I D , sk¹d I B = I - I A - I C - I D = 10A - 1A - 2A - 4A = 3A.
Poniewa¿ U A = U B = U C = U D i U = I × R , wiêc opór tego opornika jest mniejszy, przez
który przy tym samym napiêciu p³ynie pr¹d o wiêkszym natê¿eniu. Uszeregowaniu
oporów w kolejnoœci od najmniejszego do najwiêkszego odpowiada uszeregowanie ich
wed³ug malej¹cego natê¿enia pr¹du: R D , R B , R C , R D .
6.
Analizuj¹c przep³yw pr¹du w obwodzie, którego schemat przedstawia poni¿szy rysunek,
wpisz do tabeli, która ¿arówka bêdzie œwieciæ.
Wy³¹czniki
Œwieci ¿arówka
otwarte
zamkniête
W1 , W3 , W4
W2
C, D
W2
W1 , W3 , W4
A, B, D
W1 , W4
W2 , W3
C, D
W4
W1 , W2 , W3
A, B, C, D
W2 , W3
W1 , W4
A, D
V. Wykonaj doœwiadczenie domowe nr 7 ze strony 159: „£¹czenie oporów
elektrycznych”
Wyniki obserwacji:
105
Przypadek A
Po³¹czenie szeregowe, ¿arówki œwiec¹ s³abo.
Przypadek B
Po³¹czenie równoleg³e, ¿arówki œwiec¹ mocno.
OdpowiedŸ: ¯aróweczka œwieci jaœniej, je¿eli p³ynie przez ni¹ pr¹d o wiêkszym natê¿eniu
czyli ta do której przy³o¿ono wiêksze napiêcie. W przypadku A do ka¿dej ¿aróweczki
przy³o¿one jest napiêcie równe po³owie napiêcia Ÿród³a, a w przypadku B napiêcie równe
napiêciu Ÿród³a. Oznacza to, ¿e w przypadku B natê¿enie pr¹du p³yn¹cego przez ka¿d¹
¿aróweczkê jest dwukrotnie wiêksze ni¿ w przypadku A. Jaœniej (ale jednakowo) œwieciæ
wiêc bêd¹ ¿aróweczki po³¹czone jak w przypadku B.
1.
W poni¿szym wierszu (J. Wójciak, Æwiczenia dla detektywów przyrody, Wroc³awska Oficyna
Nauczycielska, 1995) wpisz odpowiednie s³owa:
Chcia³ Bartek elektryk zmierzyæ natê¿enie
Wzi¹³ siê do roboty nie bacz¹c na zmêczenie.
Chcia³ Bartek – przechera zrobiæ to przebiegle
W³¹czy³ amperomierz ... W³aœnie ! równolegle
Zwierany tak obwód wci¹¿ sprawdza³ na nowo,
Wystarczy³o miernik w³¹czyæ szeregowo
Innym znowu razem chcia³ zmierzyæ napiêcie
Wzi¹³ siê do roboty jak zwykle zawziêcie.
Ale, jak to Bartek, nie doœæ ruszy³ g³ow¹
I w³¹czy³ woltomierz ... W³aœnie ! szeregowo
Jeœli bez awarii pomiary chcesz skoñczyæ,
Musisz równolegle woltomierz swój w³¹czyæ!
VII. Miejsce na rozwi¹zanie zadañ z podrêcznika (str. 109 i 110) i innych zleconych
przez nauczyciela
Zadanie 1
¯arówki w instalacji elektrycznej samochodu po³¹czone s¹ równolegle. Podczas w³¹czenia kolejnej ¿arówki nie obserwujemy zmiany natê¿enia œwiat³a ¿arówek ju¿ œwiec¹cych.
Równie¿ podczas wy³¹czenia jednej dowolnej ¿arówki nie zauwa¿amy zgaszenia pozosta³ych.
Zadanie 2
a) Aby otrzymaæ opór 100W nale¿y dwa oporniki po³¹czyæ szeregowo: R z = R + R = 2R =
2× 50 W = 100 W.
b)
Aby otrzymaæ opór 25 W te dwa oporniki nale¿y po³¹czyæ równolegle
st¹d R z =
106
R 50 W
=
= 25 W.
2
2
1
1 1
2
= + =
Rz
R R R
Zadanie 3
Do prawid³owej pracy ka¿dego z odbiorników w³¹czonych do domowej instalacji elektrycznej wymagane jest, aby na ka¿dym z nich by³o napiêcie 230V. Ten warunek jest spe³niony jedynie przy po³¹czeniu równoleg³ym odbiorników.
Zadanie 4
Dane: U 1 = 14V , I = 0,4 A, U = 224V
Szukane: n – liczba ¿aroweczek, R 1 = ?, R z = ?
Rozwi¹zanie:
U
224V
n=
=
= 16
U1
14V
R1 =
U1
14V
=
= 35 W
I
0,4 A
R z = n × R = 16× 35 W = 560 W
OdpowiedŸ: Trzeba po³¹czyæ szeregowo 16 ¿aróweczek. Opór ka¿dej z nich wynosi 35 W,
a opór ca³ego oœwietlenia jest równy 560W.
Zadanie 5
Podczas do³¹czania do obwodu kolejnych ¿aróweczek obserwujemy ¿e œwiec¹ one coraz
s³abiej. T³umaczymy to tym, ¿e przy zwiêkszeniu liczby ¿aróweczek po³¹czonych szeregowo
zmniejsza siê napiêcie na ka¿dej z nich, a wiêc zmniejsza siê równie¿ natê¿enie pr¹du
p³yn¹cego w obwodzie. Poniewa¿ intensywnoœæ œwiecenia ka¿dej ¿aróweczki zale¿y od natê¿enia p³yn¹cego przez ni¹ pr¹du, wraz ze zwiêkszaniem liczby ¿aróweczek po³¹czonych szeregowo bêd¹ one œwieci³y coraz „s³abiej”.
Zadanie 6
U
. Intensywnoœæ œwienR
cenia ¿aróweczki zale¿y od natê¿enia p³yn¹cego przez ni¹ pr¹du. Do³¹czanie kolejnych ¿aróweczek powoduje zmniejszanie natê¿enia pr¹du w obwodzie i tym samym dalsze zmniejszanie intensywnoœci œwiecenia ¿aróweczek, a¿ do ca³kowitego zaniku ich œwiecenia. Przy
po³¹czeniu równoleg³ym napiêcie na wszystkich ¿aróweczkach jest ca³y czas takie samo,
równe napiêciu Ÿród³a. Do³¹czanie kolejnych ¿aróweczek nie ma wp³ywu na natê¿enie pr¹du
p³yn¹cego przez ka¿d¹ z nich, dlatego wszystkie ca³y czas œwiec¹ jednakowo intensywnie.
Uwaga! Dla ¿aróweczek po³¹czonych równolegle jest to s³uszne przy za³o¿eniu, ¿e mamy
do czynienia z idealnym Ÿród³em napiêcia i nie uwzglêdniamy jego rezystancji wewnêtrznej (a tym samym spadku napiêcia na tej rezystancji).
Przy po³¹czeniu szeregowym R z = R + R + R +×××= nR oraz I =
Zadanie 7
OdpowiedŸ: Ca³kowite natê¿enie pr¹du p³yn¹cego przez bezpiecznik jest równe sumie
natê¿eñ pr¹dów p³yn¹cych przez poszczególne odbiorniki.
107
I przypadek gdy odkurzacz nie jest w³¹czony:
I = 10 A + 5 × 0,5 A = 12,5 A < 16 A – bezpiecznik nie zadzia³a
II przypadek gdy odkurzacz jest w³¹czony:
I = 12,5 A + 5 A = 17,5 A > 16 A – bezpiecznik zadzia³a.
11.6. Praca i moc pr¹du elektrycznego
1.
Do poni¿szej tabeli wpisz nazwy 5 odbiorników elektrycznych znajduj¹cych siê w twoim
mieszkaniu i odpowiednio rodzaje energii, na jakie zostaje w nich zamieniona energia
elektryczna.
Odbiornik
Otrzymana energia
¿arówka
energia wewnêtrzna drucika, energia œwietlna i ciep³o przekazane
otoczeniu
czajnik elektryczny
energia wewnêtrzna elementu grzejnego i wody
odbiornik radiowy
energia akustyczna
energia wewnêtrzna potraw i naczyñ
suszarka do w³osów
energia wewnêtrzna spirali grzejnej, ciep³o przekazane powietrzu,
praca mechaniczna (silnika)
grzejnik elektryczny
energia wewnêtrzna spirali grzejnej, ciep³o przekazane powietrzu
pralka elektryczna
praca mechaniczna, energia wewnêtrzna spirali grzejnej i wody.
2.
Baron Mûnchhausen opowiada. Pewnego razu musieliœmy przejœæ przez ogromn¹ pustyniê.
Na szczêœcie by³ z nami znakomity odkrywca wszech czasów, który podstawowe prawo fizyki
„energiê mo¿na przetwarzaæ” potrafi³ wprowadzaæ w ¿ycie. Wmontowa³ on w nasz pojazd
du¿e baterie s³oneczne i w ten sposób przemienia³ energiê s³oneczn¹ w pr¹d elektryczny.
Za jego pomoc¹ napêdza³ silnik elektryczny i w ten sposób osi¹gnêliœmy szybkoœæ 50
km/h. Prawda, czy k³amstwo? Dlaczego?
OdpowiedŸ: Prawda: energiê mo¿na przetwarzaæ. Mo¿liwe jest otrzymanie energii elektrycznej z energii promieniowania s³onecznego (baterie s³oneczne), a z energii elektrycznej – energiê mechaniczn¹ (silnik elektryczny). Baronowi mo¿na by jedynie zarzuciæ
pewn¹ nieœcis³oœæ: zamiast mówiæ: „przemienia³ energiê s³oneczn¹ w pr¹d elektryczny”
powinien by³ powiedzieæ: „przetwarza³ energiê s³oneczn¹ w energiê elektryczn¹, która
nastêpnie zosta³a zamieniona na energiê mechaniczna (kinetyczn¹)”.
1.
Wykorzystuj¹c wzory I =
P = U ×I = U ×
108
U U2
=
R
R
U
oraz U = R × I, zapisz inne postacie wzoru na moc odbiornika:
R
P = U ×I = R ×I ×I = R ×I 2
2.
Na ¿arówce widnieje napis: 60 W, 230 V.
• O czym informuje nas ten napis?
OdpowiedŸ: Napis ten informuje nas, ¿e ¿arówka ma moc 60 W i przystosowana jest do
napiêcia 230 V .
• Oblicz opór tej ¿arówki.
OdpowiedŸ: Przekszta³caj¹c wzór na moc:
2
(230V )
U2
U2
otrzymujemy R =
=
= 881,7 W
P=
P
60W
R
• Oblicz moc tej ¿arówki w³¹czonej do Ÿród³a napiêcia 115V.
OdpowiedŸ: Wykorzystuj¹c wzór P =
3.
U2
(115 V )2
mamy: P =
= 15 W
R
881,7W
Oblicz koszt energii elektrycznej zu¿ytej przez telewizor w ci¹gu miesi¹ca (tj. 30 dni).
Odbiornik jest w³¹czany do sieci przeciêtnie przez 8 godzin w ci¹gu doby. Jego moc
P = 60 W. Aktualna (tj. w roku 2006) cena 1 kWh energii elektrycznej wynosi oko³o 0,42 z³.
Rozwi¹zanie:
W = P ×t = 60 W × 30× 8 h = 14400 Wh = 14,4 kWh
OdpowiedŸ: Koszt energii elektrycznej zu¿ytej przez telewizor w czasie jednego miesi¹ca
wynosi 6,05 z³.
4. Silnik elektryczny w³¹czony do Ÿród³a napiêcia U = 230 V podniós³ w czasie 10 sekund cia³o
o masie m = 20 kg na wysokoœæ h = 10 m. Oblicz pracê silnika, jego moc i natê¿enie pr¹du
w uzwojeniu silnika.
Dane: m = 20 kg , U = 230 V , h = 10 m, t = 10 s
Szukamy: W = ?, P = ?, I = ?
Rozwi¹zanie: Praca silnika równa jest przyrostowi energii potencjalnej cia³a.
m
W = DE p = mgh = 20kg × 10 2 × 10 m = 2000J
s
W
2000 J
P=
=
= 200W
t
10 s
P = U ×I Þ I =
P
200W
=
» 0,9 A
U
230V
OdpowiedŸ: Silnik wykona³ pracê 2000 J, jego moc wynosi 200 W, a natê¿enie pr¹du
p³yn¹cego przez jego uzwojenia jest równe 0,9 A.
5.
Wykonaj odpowiednie obliczenia i uzupe³nij poni¿sz¹ tabelê.
Odbiornik
U ( V)
I ( A)
P ( W)
R (W)
A
12
2
24
6
B
5
5
25
1
109
C
30
3
90
10
D
20
0,5
10
40
E
100
2
200
50
F
20
5
100
4
6.
Na schemacie ilustruj¹cym przemiany energetyczne, jakie zachodz¹ w czajniku
elektrycznym, wpisz w prostok¹tach cyfry od 1 do 4 w takiej kolejnoœci, by odpowiada³y
kolejnym przemianom energii.
1 – energia kinetyczna uporz¹dkowanego ruchu elektronów swobodnych w spirali,
2 – energia kinetyczna chaotycznego ruchu cz¹steczek wody w czajniku,
3 – energia pola elektrycznego wytworzonego w przewodniku (spirali grzejnej) przez Ÿród³o
napiêcia,
4 – energia kinetyczna drgañ jonów dodatnich sieci krystalicznej spirali.
Rozwi¹zaniem logogryfu jest jednostka pewnej wielkoœci fizycznej. Jaka to wielkoœæ?
1. licznik, 2. energia, 3. d¿ul, 4. moc, 5. wolt, 6. ¿arówka, 7. temperatura.
OdpowiedŸ: Kilowat jest jednostk¹ mocy, 1kW = 1000 W.
nauczyciela
Zadanie 1
Oœwietlanie pomieszczenia œwiat³em ¿arówki – energia elektryczna zamienia siê w energiê wewnêtrzn¹ (ciepln¹) i œwiat³o.
Sprz¹tanie pokoju odkurzaczem elektrycznym – energia elektryczna zamienia siê na energiê mechaniczn¹ (ruch obrotowy wirnika silnika).
Gotowanie potraw na kuchni elektrycznej - energia elektryczna zamienia siê w energiê
wewnêtrzn¹ (ciepln¹).
Zadanie 2
OdpowiedŸ: przyk³ad
W odstêpie dwóch dni odczytano wskazania licznika energii:
W 1 = 12590,2 kWh
W 2 = 12594,5 kWh
„Zu¿yta” w czasie 2 dni energia wynosi
W = W 2 - W 1 , W = 12594,5 kWh - 12590,2 kWh = 4,3 kWh.
Koszt energii elektrycznej zu¿ytej w czasie 2 dni wynosi: 4,3 kWh × 0,42 z³ = 1,81 z³,
110
a w czasie 30 dni: 1,81 z³ × 15 = 27,15 z³.
Zadanie 3
Rodzaj odbiornika
Napiêcie (V)
Moc (W)
¿arówki
230
15, 40, 60, 100, 200
czajnik elektryczny
230
2000
radio tranzystorowe
9
15
grza³ka elektryczna
230
500
12
40
¿arówka samochodowa
Lekcja powtórzeniowa
Nr zadania
1.
OdpowiedŸ
A
2.
a)
b)
c)
d)
4
1
2
3
3.
4.
5.
6.
7.
8.
D
B
C
A
D
B
12. O zjawiskach magnetycznych
12.1. Pole magnetyczne magnesu sta³ego i Ziemi
1.
Z jakich materia³ów wykonywane s¹ obudowy kompasów? Czy tak¹ obudowê mo¿na
wykonaæ ze stali?
OdpowiedŸ: Obudowy kompasów wykonuje siê z materia³ów, które nie magnesuj¹ siê np.
aluminium, miedŸ lub dowolny izolator (np. plastik), natomiast nie mo¿na wykonaæ takiej
obudowy ze stali, poniewa¿ stal w pobli¿u magnesu magnesuje siê.
2.
Co to jest zorza polana? Czy mo¿na j¹ obserwowaæ w Polsce? Na te pytania odszukaj
odpowiedzi w Internecie (np.: http://astronom.pl/)
OdpowiedŸ: Zorza polarna to œwiecenie górnych warstw atmosfery ziemskiej wywo³ane
przez strumieñ wysokoenergetycznych cz¹stek pochodz¹cych ze S³oñca. Cz¹stki te
nazywane s¹ wiatrem s³onecznym, w sk³ad którego wchodz¹ protony i elektrony.
Wpadaj¹ one w atmosferê zgodnie z rozk³adem linii pola magnetycznego Ziemi –
najczêœciej w rejonie kó³ polarnych. Wysokoenergetyczne cz¹stki wiatru s³onecznego
zderzaj¹ siê z atomami gazów atmosfery ziemskiej (azotu i tlenu) jonizuj¹ je, powoduj¹c
œwiecenie gazu.
3.
Co to jest magnetoterapia? OdpowiedŸ na to pytanie poszukaj w Internecie
OdpowiedŸ: Magnetoterapia to dziedzina medycyny (naturalnej, tradycyjnej), wykorzystuj¹ca pole magnetyczne do leczenia ró¿nych schorzeñ, wspomagania kondycji, witalnoœci oraz naturalnej odpornoœci naszego organizmu. Pole magnetyczne przenika do
111
ca³ego organizmu, wp³ywaj¹c na komórkê wszystkich rodzajów tkanek naszego cia³a.
Efektem pozytywnego dzia³ania pulsuj¹cego pola magnetycznego jest aktywizacja
procesów biochemicznych, a wiêc lepszy metabolizm na poziomie komórek, tkanek
i narz¹dów.
Magnetoterapia skutecznie wspomaga leczenie takich chorób, jak:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
schorzenia reumatyczne,
zwyrodnienia stawów i koœci,
osteoporozê,
zaburzenia pracy jelit i uk³adu trawiennego,
cukrzycê,
choroby serca, kr¹¿enia krwi, mia¿d¿ycê, zakrzepicê,
stany po zawa³ach serca i udarach mózgu,
choroby uk³adu ruchowego,
choroby uk³adu nerwowego
1.
Trwa³y magnes sztabkowy przeciêto na dwie czêœci. Czy powsta³e dwie czêœci s¹ nadal
magnesami? Jeœli tak – oznacz bieguny nowo powsta³ych magnesów.
S
N
N
S
S
N
OdpowiedŸ: Po przeciêciu magnesu sztabkowego na dwie czêœci, otrzymujemy dwa
magnesy.
2.
W którym przypadku magnes przyci¹gnie do siebie kawa³ek drutu?
OdpowiedŸ: Magnes bêdzie przyci¹ga³ drut stalowy.
3. Oznacz odpowiednio bieguny magnesów.
b.
a.
N
S
N
S
N
S
S
N
V. Wykonaj doœwiadczenia domowe
1.
Nr 8 (str. 160): „Budujemy busolê”.
Wynik obserwacji: Ig³a zawsze ustawia siê w kierunku pó³noc - po³udnie.
2.
Nr 9 (str. 161): „Wykrywamy pole magnetyczne Ziemi”.
112
Wynik obserwacji: Namagnesowana krótka ig³a odchyli³a siê z pozycji poziomej w taki
sposób, ¿e jej jeden koniec skierowany by³ lekko w dó³.
Odpowiedz na pytanie: dlaczego namagnesowana ig³a nie ustawi³a siê równolegle do
powierzchni Ziemi?
OdpowiedŸ na pytanie ilustruj¹ rysunki 12.11 i 12.12 umieszczone w podrêczniku na
str. 121. Ig³a magnetyczna ustawia siê zawsze równolegle do linii pola magnetycznego.
Poniewa¿ linie ziemskiego pola magnetycznego maj¹ taki kszta³t, jakby we wnêtrzu
Ziemi znajdowa³ siê olbrzymi magnes sztabkowy, to z tego faktu wynika, ¿e linie tego
pola s¹ równoleg³e do powierzchni Ziemi w pobli¿u równika magnetycznego, a prostopad³e do jej powierzchni w pobli¿u biegunów magnetycznych.
3.
Nr 10 (str. 162): „Oddzia³ywanie magnesu na ig³ê magnetyczn¹ przez przeszkody”
Materia³, z którego wykonano przeszkodê
Czy magnes oddzia³uje na ig³ê magnetyczn¹?
ksi¹¿ka
tak
kawa³ek plastiku
tak
szyba
tak
kawa³ek tkaniny
tak
blacha stalowa
nie
blacha aluminiowa
tak
4.
Zadanie 4 (str.123)
Zbudowane urz¹dzenie mo¿na wykorzystaæ jako: kompas
Do czego s³u¿y przyrz¹d, którego nazwa jest rozwi¹zaniem logogryfu?
1. sztabkowy, 2. po³udniowy, 3. magnetyt, 4. pó³nocny, 5. stal, 6. statyw.
OdpowiedŸ: W praktyce kompas s³u¿y do wyznaczania biegunów geograficznych poprzez
wyznaczenie kierunku „pó³noc – po³udnie” ziemskiego pola magnetycznego.
nauczyciela
Zadanie 1
Ig³ê magnetyczn¹ kompasu zbli¿amy do jednego z biegunów
magnesu, wówczas wychyla siê z pierwotnego po³o¿enia. Je¿eli
w stronê magnesu wychyla siê biegun pó³nocny ig³y, to zbli¿any
biegun magnesu jest biegunem po³udniowym. Je¿eli w stronê
zbli¿anego bieguna magnesu wychyla siê biegun po³udniowy ig³y,
to ten biegun magnesu jest biegunem pó³nocnym.
S
N
N
S
113
Zadanie 2
Bierzemy do rêki jeden z prêtów i zbli¿amy go do œrodka drugiego prêta. Je¿eli stwierdzimy
przyci¹ganie to znaczy, ¿e prêt, który trzymamy w rêce jest magnesem sta³ym. Natomiast, je¿eli nie stwierdzimy oddzia³ywania to prêt, który trzymamy w rêce nie jest magnesem.
prêt
brak oddzia³ywania
prêt
przyci¹ganie
Zadanie 3
Na karcie kredytowej znajduje siê pasek, na którym namagnesowane obszary tworz¹ kod
zawieraj¹cy informacje niezbêdne do identyfikacji w³aœciciela karty. Je¿eli w pobli¿u takiej
karty znajduje siê magnes, to zachodzi niebezpieczeñstwo zniszczenia kodu magnetycznego.
12.2. Pole magnetyczne przewodnika z pr¹dem
1.
W wielu urz¹dzeniach elektrycznych (np. w instalacji elektrycznej samochodu) stosuje siê
tzw. przekaŸniki elektromagnetyczne. Przyk³ad przekaŸnika przedstawiono na rysunku. Jak
zbudowany jest i jak dzia³a taki przekaŸnik? Wjakich przypadkach w technice jest uzasadnione zastosowanie przekaŸnika?
OdpowiedŸ: PrzekaŸnik elektromagnetyczny sk³ada siê z elektromagnesu, który oddzia³uje na stalow¹ kotwiczkê w kszta³cie odwróconej litery L. Po zamkniêciu obwodu pr¹du
wy³¹cznikiem W, kotwiczka jest przyci¹gana przez elektromagnes. Obrót kotwiczki
powoduje zamkniêcie styków przekaŸnika i zamkniêcie obwodu silnika elektrycznego M.
Tego typu przekaŸniki umo¿liwiaj¹ zdalne zamykanie obwodów elektrycznych tzw.
„silnopr¹dowych”, czyli takich, w których napiêcia i natê¿enia pr¹du osi¹gaj¹ znaczne
wartoœci. Sterowanie przekaŸnika odbywa siê za pomoc¹ obwodu „s³abopr¹dowego”
w którym napiêcie i natê¿enie pr¹du jest niewielkie.
1.
Stosuj¹c regu³ê prawej d³oni wyznacz bieguny elektromagnesów i zaznacz je na rysunkach.
b.
a.
N
114
S
S
c.
N
N
S
2.
Znaj¹c zwrot linii pola magnetycznego wokó³ przewodnika z pr¹dem zaznacz kropk¹
krzy¿ykiem Ä kierunek pr¹du w tym przewodniku.
lub
3.
ak oddzia³uj¹ na siebie (przyci¹gaj¹ siê, czy odpychaj¹) s¹siednie zwoje zwojnicy, w której
p³ynie pr¹d elektryczny? OdpowiedŸ uzasadnij.
OdpowiedŸ: Ka¿dy ze zwojów zwojnicy, przez któr¹ p³ynie pr¹d elektryczny ma po jednej
stronie biegun pó³nocny a po drugiej biegun po³udniowy. Poniewa¿ zwrot pr¹du
elektrycznego we wszystkich zwojach zwojnicy jest taki sam, to s¹siednie zwoje
przyci¹gaj¹ siê.
4.
Do statywu za pomoc¹ nitki przymocowano zwojnicê (np. miedzian¹ sprê¿ynê, której jeden
koniec zanurzony jest w naczyniu z rtêci¹. Nastêpnie zbudowano taki obwód elektryczny, jak
pokazano na rysunku. Jak zachowa siê sprê¿yna po zamkniêciu obwodu? OdpowiedŸ
uzasadnij.
OdpowiedŸ: Po zamkniêciu obwodu elektrycznego zwoje sprê¿yny bêd¹ siê przyci¹gaæ i
sprê¿yna ulegnie skróceniu. Jej koniec wynurzy siê z rtêci a obwód elektryczny zostanie
przerwany. Sprê¿yna ponownie wyd³u¿y siê i ponownie zanurzy siê w rtêci. W obwodzie
pop³ynie pr¹d itd. Cykl drgañ sprê¿yny bêdzie siê powtarza³ tak d³ugo, jak d³ugo
wy³¹cznik W bêdzie zamkniêty.
V.Wykonaj doœwiadczenia domowe
1.
nr 11 (str. 163): „Pole magnetyczne wokó³ przewodnika, w którym p³ynie pr¹d”
Przypadek 1.
Dorysuj po³o¿enie ig³y magnetycznej po zamkniêciu wy³¹cznika, gdy prosty odcinek przewodnika u³o¿ony jest równolegle do ig³y magnetycznej, która ustawia siê zawsze w kierunku
po³udnika magnetycznego pola ziemskiego.
N
S
N
S
S
N
115
Przypadek 2.
Dorysuj po³o¿enie ig³y magnetycznej po zamkniêciu wy³¹cznika, gdy prosty odcinek przewodnika u³o¿ony jest prostopadle do ig³y magnetycznej.
Zmiana po³o¿enia ig³y magnetycznej po zamkniêciu obwodu elektrycznego œwiadczy o tym,
¿e wokó³ przewodnika, w którym p³ynie pr¹d elektryczny istnieje pole magnetyczne
Zmiana po³o¿enia ig³y magnetycznej po zmianie kierunku pr¹du elektrycznego w
przewodniku œwiadczy o tym, ¿e zwrot linii pola magnetycznego zale¿y od kierunku pr¹du.
2.
Nr 12 (str. 164): „Budujemy galwanometr, czyli czu³y amperomierz”
Wynik obserwacji:
Po zamkniêciu wy³¹cznika ig³a kompasu zmieni³a po³o¿enie.
Wraz ze wzrostem natê¿enia pr¹du w obwodzie (tj. liczby w³¹czonych baterii) wychylenie ig³y
staje siê wiêksze.
1.
Rozwi¹¿ logogryf, a dowiesz siê jak inaczej nazywana jest zwojnica.
1. zasilacz, 2. Oersted, 3. prawa, 4. opi³ki, 5. magnes.
OdpowiedŸ: Cewka.
nauczyciela
Zadanie 1
Elektromagnes przyci¹ga spinacz biurowy (stalowy) natomiast nie oddzia³uje na monetê,
foliê aluminiow¹ i drucik miedziany.
12.3. Si³a elektrodynamiczna
1.
2.
116
Podaj przyk³ady domowych urz¹dzeñ elektrycznych, w których zastosowano silnik elektryczny.
OdpowiedŸ: Odkurzacz, suszarka do w³osów, elektryczna maszynka do mielenia miêsa,
elektryczny m³ynek do kawy, mikser, malakser.
Si³ê elektrodynamiczn¹ wykorzystano w tzw. poduszce magnetycznej, u¿ywanej np. w poci¹gu kursuj¹cym w Chinach miêdzy Szanghajem a nowym podmiejskim lotniskiem Pudong.
W Internecie odszukaj informacje o tym poci¹gu i sporz¹dŸ krótk¹ notatkê.
OdpowiedŸ:
http://www.fizyka.net.pl/index.html?menu_file=ciekawostki%2Fm_ciekawostki.html&for
mer_url=http%3A%2F%2Fwww.fizyka.net.pl%2Fciekawostki%2Fciekawostki_t2.html
Poci¹g na poduszce magnetycznej ³¹cz¹cy Szanghaj w Chinach z nowym lotniskiem
Pudong le¿¹cym w odleg³oœci 30 km od miasta, po raz pierwszy w œwiecie wszed³ do
regularnego rozk³adu jazdy. Skróci on czas trwania jazdy z co najmniej 40 minut do
7 minut 20 sekund. Magnetyczny ekspres osi¹ga zawrotn¹ prêdkoœæ 430 km/h. To
najszybszy z poci¹gów, jakie dziœ wo¿¹ pasa¿erów na œwiecie na regularnej linii.
Szanghajski poduszkowiec unosi siê nad torem dzieki oddzia³ywaniu magnesów zainstalowanych w torze i u spodu poci¹gu. Nie ma on silnika w potocznym sensie tego s³owa.
Dodatkowe elektromagnesy umieszczone wzd³u¿ toru potrafi¹ poci¹gn¹æ wagony do
przodu lub spowolniæ je. Wszystko odbywa siê w powietrzu, niemal bez tarcia, dziêki
czemu szanghajski poduszkowiec rozpêdza siê do 300 km/h w dwie minuty na odcinku
5 km (francuski TGV potrzebuje na to a¿ 30 km). Gdy zabraknie pr¹du to dodatkowe
baterie wewnêtrzne pozwol¹ mu dojechaæ do najbli¿szej stacji.
Wg: http://www.serwisy.gazeta.pl/swiat/1,34180,1885584.html
1.
Zaznacz kierunek i zwrot si³y dzia³aj¹cej na przewodnik z pr¹dem umieszczony w polu
magnetycznym
a.
c.
F
S
N
S
N
N
S
F
b.
d.
F
N
S
F
nauczyciela
Zadanie 2
Z rysunku wynika, ¿e pr¹d elektryczny p³ynie przez oœ silnika i czeœæ tarczy zanurzon¹
w rtêci. Na tê czêœæ tarczy traktowan¹ jak przewodnik z pr¹dem, bêdzie dzia³a³a si³a
elektrodynamiczna, której zwrot mo¿emy wyznaczyæ stosuj¹c regu³ê lewej d³oni. Si³a ta spowoduje obrót tarczy.
117
12.4. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej
1.
Zjawisko indukcji znalaz³o zastosowane w alarmach informuj¹cych o próbie wyniesienia ze
sklepu towaru bez zap³acenia. Do towaru przymocowany jest zabezpieczaj¹cy go specjalny
magnes trwa³y. Uproszczony schemat urz¹dzenia przedstawiono na rysunku. Wyjaœnij
zasadê jego dzia³ania.
OdpowiedŸ: Magnes przymocowany do ka¿dego artyku³u powoduje powstanie pr¹du
indukcyjnego w zwojach drutu umieszczonych w bramce wyjœciowej. W³¹cza te¿ alarm.
Gdy klient zap³aci za towar, kasjerka usuwa magnes i wówczas wyniesienie towaru
przez bramkê nie powoduje w³¹czenia alarmu.
1.
Pr¹d indukcujny powstanie w zwojnicy tylko w przypadku, gdy:
a) magnes porusza siê w dó³,
b) magnes porusza siê do góry,
c) magnes porusza siê w dó³ i w górê,
d) magnes spoczywa.
OdpowiedŸ uzasadnij.
OdpowiedŸ: W zwojnicy pop³ynie pr¹d indukcyjny w przypadku ruchu magnesu w dó³ i w
górê. Podczas wsuwania i wysuwania magnesu wokó³ zwojnicy powstaje zmienne pole
magnetyczne, które wzbudza w niej pr¹d indukcyjny.
2.
Zaznacz kierunek pr¹du indukcyjnego w zwojnicy oraz bieguny pola magnetycznego wytworzonego przez ten pr¹d. Czêœci zwojów znajduj¹ce siê bli¿ej nas – pogrubiono.
b.
a.
N
S
N
S
mA
3.
118
S
N
S
N
mA
W chwili zamkniêcia obwodu elektrycznego (patrz rysunek) pierœcieñ miedziany lub aluminiowy na³o¿ony na wystaj¹cy ze zwojnicy rdzeñ stalowy zostaje wypchniêty do góry,
natomiast pierœcieñ stalowy pozostanie na swoim miejscu. Wyt³umacz to zjawisko.
OdpowiedŸ: W chwili zamykania obwodu elektrycznego zwojnica wytwarza zmienne pole
magnetyczne (pole to narasta), pod wp³ywem którego w pierœcieniu aluminiowym lub
miedzianym powstaje pr¹d indukcyjny. Zgodnie z regu³¹ Lenza kierunek pr¹du
indukcyjnego jest taki, ¿e pole magnetyczne wytworzone przez ten pr¹d od strony
zwojnicy ma taki sam biegun jak górny koniec zwojnicy. Poniewa¿ bieguny jednoimienne
odpychaj¹ siê, na pierœcieñ dzia³a si³a „wypychaj¹ca” go do góry. W pierœcieniu
stalowym równie¿ powstaje pr¹d indukcyjny powoduj¹cy „wypychanie” do góry.
Równoczeœnie zwojnica bêdzie przyci¹gaæ go (dzia³aj¹c jak elektromagnes). Si³a
odpychania jest jednak mniejsza od sumy si³ przyci¹gania i ciê¿aru pierœcienia, wiêc
pierœcieñ pozostaje w spoczynku.
4.
Wyjaœnij wynik obserwacji podczas wykonywania doœwiadczenia 12.2 opisanego na stronie 139.
Do wyjaœnienia zaobserwowanych zjawisk wystarczy nam znajomoœæ zjawiska indukcji
i regu³y Lenza. Zjawisko indukcji nie zachodzi w przedmiotach wykonanych z izolatora
(w naszym przypadku w plastikowej rurze).
I. Do rur wpuszczane s¹ walce mosiê¿ne
Poruszaj¹ce siê w rurach mosiê¿ne walce nie s¹ magnesami, w rurze miedzianej nie
powstaje zjawisko indukcji. Dlatego walce równoczeœnie wylatuj¹ z dolnego koñca rur.
II. Do rur wpuszczane s¹ namagnesowane walce stalowe
Spadaj¹ce walce wytwarzaj¹ zmienne pole magnetyczne. Pole to w rurze plastikowej nie
powoduje zjawiska indukcji, natomiast takie zjawisko powstaje w rurze miedzianej. Pr¹d
indukcyjny powstaje w pierœcieniach, w pobli¿u których przemieszcza siê aktualnie
magnes. Zgodnie z regu³¹ Lenza kierunek pr¹du indukcyjnego w ka¿dym pierœcieniu jest
zawsze taki, ¿e wytworzone przez niego pole magnetyczne przeciwdzia³a ruchowi
namagnesowanego walca. Gdy walec zbli¿a siê do pierœcienia (tj. gdy jest nad pierœcieniem) si³a oddzia³ywania wzajemnego obu pól jest si³¹ odpychaj¹c¹, a gdy walec
oddala siê od pierœcienia (tj. gdy jest pod pierœcieniem) si³a oddzia³ywania wzajemnego
jest si³¹ przyci¹gaj¹c¹. Dlatego ruch walca w rurze miedzianej trwa znacznie d³u¿ej,
a wylatuj¹cy magnes ma ma³¹ szybkoœæ.
2.
Rozwi¹¿ rebus
OdpowiedŸ: Zjawisko indukcji elektromagnetycznej.
12.5 Praktyczne zastosowanie zjawiska indukcji elektromagnetycznej
1.
Na rysunku poni¿ej przedstawiono schemat spawarki transformatorowej. Wyjaœnij, dlaczego uzwojenie wtórne takiego transformatora wykonane jest z przewodu o du¿ym
przekroju poprzecznym. W której pozycji winien znajdowaæ siê prze³¹cznik P, aby natê¿enie
pr¹du podczas spawania by³o najwiêksze?
OdpowiedŸ: W uzwojeniu wtórnym transformatora spawalniczego p³ynie pr¹d elektryczny
o du¿ym natê¿eniu (nawet do 200 A). Dlatego uzwojenie to winno byæ wykonane
z przewodu o du¿ym przekroju. Najwiêksze natê¿enie pr¹du w uzwojeniu wtórnym
uzyskamy, je¿eli prze³¹cznik P znajdzie siê w pozycji 4.
U1
I2
U1
z1
z1
I2
Ze wzorów
oraz
wynika, ¿e
=
=
=
U2
I1
U2
z2
z2
I1
I2 =
z 1 ×I 1
z2
119
Oznacza to, ¿e najwiêkszemu natê¿eniu pr¹du (I 2 ) w uzwojeniu wtórnym odpowiada
najwiêksza liczba zwojów uzwojenia pierwotnego (prze³¹cznik powinien byæ w pozycji 4).
1.
Ile razy w ci¹gu sekundy zmieni siê kierunek pr¹du elektrycznego wytworzonego przez
pr¹dnicê, której wirnik w postaci jednej ramki wykonuje 300 obrotów na minutê?
300
OdpowiedŸ: 300 obrotów na minutê to:
= 5 obrotów na sekundê. Oznacza to, ¿e
60
w czasie 1 sekundy kierunek pr¹du zmieni siê 10 razy.
2.
Ile obrotów w jednej sekundzie wykonuj¹ wirniki pr¹dnic wytwarzaj¹cych pr¹d elektryczny,
który u¿ywamy w naszych domach? Odszukaj tê informacjê na tabliczce danych
znamionowych któregoœ z urz¹dzeñ elektrycznych.
OdpowiedŸ: Czêstotliwoœæ pr¹du w sieci elektrycznej wynosi 50 Hz = 50 cykli/s.
Oznacza to, ¿e pr¹dnica posiadaj¹ca wirnik w postaci jednej ramki musi obróciæ siê
w czasie 1 sekundy 50 razy.
3.
Uzwojenie pierwotne transformatora pod³¹czono do Ÿród³a pr¹du sta³ego. Czy w uzwojeniu
wtórnym transformatora pop³ynie pr¹d indukcyjny? OdpowiedŸ uzasadnij.
OdpowiedŸ: Pr¹d indukcyjny w uzwojeniu wtórnym transformatora powstaje tylko wówczas gdy zmienia siê pole magnetyczne objête przez to uzwojenie. Pr¹d indukcyjny
w uzwojeniu wtórnym nie powstaje, je¿eli pole magnetyczne nie ulega zmianie, a z takim
przypadkiem mamy do czynienia, gdy przez uzwojenie pierwotne p³ynie pr¹d sta³y.
4.
Uzwojenie pierwotne transformatora posiada 50 zwojów, a uzwojenie wtórne 200. Czy ten
transformator podwy¿sza, czy obni¿a napiêcie przemienne? Oblicz najwiêksz¹ wartoœæ
napiêcia wtórnego w tym transformatorze, je¿eli najwiêksza wartoœæ napiêcia pierwotnego
wynosi 25 V.
Dane: U 1 = 25 V ,
z 1 = 50 ,
z 2 = 200.
Szukamy: U 2 = ?
Rozwi¹zanie: Ten transformator ma wiêksz¹ liczbê zwojów po stronie wtórnej, a to
oznacza, ¿e jest to transformator podwy¿szaj¹cy napiêcie. Zgodnie ze wzorem
U1
z1
=
U2
z2
U2 =
U 1 ×z2
z1
25 V × 200
= 100V
50
OdpowiedŸ: Najwiêksza wartoœæ napiêcia wtórnego wynosi 100 V.
U2 =
1.
120
Rozwi¹¿ rebus.
OdpowiedŸ: Transformator.
2.
Rozwi¹¿ logogryf
1. kompas, 2. transformator, 3. pr¹d, 4. po³udniowy, 5. energia, 6. sinusoida,
7. indukcja, 8. ramka.
OdpowiedŸ: Pr¹dnica.
nauczyciela
Zadanie 1
Dane: U 1 = 200V , U 2 = 20V , z 1 = 100.
Szukane: z 2 = ?
Rozwi¹zanie:
U1
z1
=
U2
z2
z2 =
U 2 ×z1
20V × 100
=
= 10
U1
200V
OdpowiedŸ: Uzwojenie wtórne tego transformatora powinno posiadaæ 10 zwojów.
12.6. Fale elektromagnetyczne
1.
Uruchom odbiornik radiowy, nastawiaj¹c go kolejno na odbiór programów emitowanych
przez radiostacje na falach: d³ugich, œrednich i ultrakrótkich. Porównaj jakoœæ odbioru
audycji na poszczególnych falach. Na których falach jakoœæ odbioru jest najlepsza?
OdpowiedŸ: Najlepszy odbiór audycji radiowych uzyskujemy na falach ultrakrótkich.
2.
Odszukaj na skali odbiornika radiowego litery: FM, AM i LW. Co one oznaczaj¹? Odpowiedzi
na to pytanie poszukaj w podrêczniku, literaturze technicznej lub w Internecie.
OdpowiedŸ: FM (od ang. Frequency Modulation) – modulacja czêstotliwoœciowa, czyli
kodowanie informacji w fali noœnej przez zmiany jej chwilowej czêstotliwoœci w zale¿noœci od sygna³u wejœciowego, ten sposób kodowania jest stosowany przez radiostacje nadaj¹ce swe programy w zakresie fal ultrakrótkich
AM (od ang. Amplitude Modulation) – modulacja amplitudowa czyli kodowanie informacji w fali noœnej przez zmiany jej chwilowej amplitudy w zale¿noœci od sygna³u
wejœciowego, ten sposób kodowania jest stosowany przez radiostacje nadaj¹ce swe
programy w zakresie fal œrednich i d³ugich.
LW (od ang. Long Waves) – oznacza zakres fal d³ugich.
Kto pierwszy us³yszy g³os piosenkarza trzymaj¹cego mikrofon w rêce: widz siedz¹cy w sali
koncertowej w odleg³oœci 34 m od g³oœnika, czy radios³uchacz siedz¹cy w pobli¿u g³oœnika
radiowego w mieœcie odleg³ym o 300 km? Uzasadnij odpowiedŸ
OdpowiedŸ: Fale akustyczne rozchodz¹ siê w powietrzu z szybkoœci¹ 340 m/s, st¹d na
przebycie przez te fale odleg³oœci 34 m potrzeba 0,1 s. Fale radiowe rozchodz¹ siê
121
z szybkoœci¹ 300000 km/s, st¹d na przebycie przez te fale odleg³oœci 300 km potrzeba
0,001 s. Tak wiêc, pierwszy g³os piosenkarza us³yszy radios³uchacz.
1.
Rozwi¹zaniem rebusu jest popularna nazwa domowego urz¹dzenia elektrycznego, w którym
wykorzystano fale elektromagnetyczne o du¿ej czêstotliwoœci.
OdpowiedŸ: Mikrofalówka.
Lekcja powtórzeniowa
Nr zadania
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
OdpowiedŸ
D
A
B
A
C
D
A
A
A
122

SPRAWDZIAN NR 20

Transkrypt

Podobne dokumenty

Elektryczność i magnetyzm cz. II