Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
1/17<br />
Praktikum iz eksperimentalne nastave fizike 2<br />
Fizika –informatika 2011/20<strong>12</strong><br />
<strong>Vježba</strong> <strong>12</strong><br />
STRUJNO- NAPONSKA KARAKTERISTIKA VODIČA<br />
<strong>12</strong>.1. ODREĐIVANJE I-U KARAKTERISTIKE VODIČA<br />
<strong>12</strong>.2. ODREĐIVANJE I-U KARAKTERISTIKA SERIJSKI I PARALELNO<br />
SPOJENIH TROŠILA U KRUGU<br />
<strong>12</strong>.3. OVISNOST JAKOSTI STRUJE O SERIJSKI SPOJENIM<br />
TROŠILIMA U STRUJNOM KRUGU<br />
<strong>12</strong>.4. OVISNOST JAKOSTI STRUJE O PARALELNO SPOJENIM<br />
TROŠILIMA U STRUJNOM KRUGU<br />
OVISNOST ELEKTRIČNOG OTPORA O MATERIJALU I DIMENZIJAMA<br />
VODIČA<br />
<strong>12</strong>.5. O ČEMU OVISI ELEKTRIČNI OTPOR U STRUJNOM KRUGU<br />
OHMOV ZAKON ZA CIJELI STRUJNI KRUG<br />
<strong>12</strong>.6. ODREĐIVANJE ELEKTROMOTORNE SILE IZVORA<br />
<strong>12</strong>.7. ODREĐIVANJE PADA NAPONA NA IZVORU PRI OPTEREĆENJU<br />
PROVJERAVANJE ZAKONA O OČUVANJU NABOJA<br />
<strong>12</strong>.8. MJERENJE STRUJE U SERIJSKOM SPOJU<br />
<strong>12</strong>.9. MJERENJE STRUJE U PARALELNOM SPOJU<br />
OČUVANJE ENERGIJE U STRUJNOM KRUGU<br />
<strong>12</strong>.10. ISPITAJTE NAPONSKE PRILIKE U STRUJNOM KRUGU<br />
<strong>12</strong>.11. PROVJERITE DRUGO KIRCHHOFFOVO PRAVILO<br />
Iz „Zbirke zadataka iz fizike – Priručnik za učenike srednjih škola“ autora<br />
Mikuličić-Varićak-Vernić riješite zadatke 4.71 – 4.132 (barem 60 % zadataka).<br />
Literatura:<br />
1. M. Martinis, Fizika - Valovi i čestice: Elektrodinamika, Priručnik za 2. razred<br />
srednjih škola, Školska knjiga, Zagreb, 1991.
<strong>12</strong>.1. ODREĐIVANJE STRUJNO-NAPONSKE KARAKTERISTIKE VODIČA<br />
2/17<br />
Pribor:<br />
Vodič (žarulja ili otpornik), voltmetar, ampermetar, baterija od 4,5 V, spojni<br />
vodiči, sklopka, promjenjivi otpor.<br />
Zadatak: 1. Provjerite kako jakost električne struje ovisi o električnom naponu za vodič.<br />
2. Grafički prikažite tu ovisnost.<br />
Uputa:<br />
Ovisnost jakosti električne struje o naponu između krajeva vodiča iskazujemo relacijom<br />
I = f(U).<br />
Za dani vodič te je veza poznata kao strujno naponska karakteristika. Kako odrediti I-U<br />
karakteristiku za odabrani vodič?<br />
I-U karakteristiku vodiča određujemo mjereći niz vrijednosti jakosti struje, pri odabranim<br />
vrijednostima napona između njegovih krajeva.<br />
Sastavimo krug kao na slici. Kao izvor<br />
struje upotrijebimo bateriju od 4,5 V.<br />
Zatim spojimo žaruljicu ili otpornik<br />
po izboru, promjenjivi otpornik tzv.<br />
potenciometar, mjerne instrumente<br />
voltmetar i ampermetar, sklopku i<br />
spojne žice.<br />
Slika <strong>12</strong>.1.1.<br />
Od zadanih elemenata pažljivo sastavimo strujni krug. Potenciometar podesimo tako da pri<br />
zatvaranju strujnog kruga vrijednost očitanog napona bude što manja ili nula.<br />
Ispitajte jesu li mjerni instrumenti ispravno spojeni, tj. da li je voltmetar paralelno, a<br />
ampermetar serijski povezan sa žaruljicom.<br />
Provjerite je li potenciometar podešen tako, da nakon uključivanja kruga, mjerenja počinju s<br />
najmanjim vrijednostima napona. Razmislite, zašto je uvijek poželjno takvo podešavanje<br />
potenciometra?<br />
Sklopku u strujnom krugu ne zatvarajte dok niste posve sigurni da je strujni krug ispravno<br />
sastavljen.<br />
Zatvaranjem sklopke i pažljivim podešavanjem potenciometra krugom će poteći električna<br />
struja. Uz nekoliko odabranih vrijednosti napona u području od 0 do 4,5 V, mjerite jakost<br />
struje. Mjerne podatke za napon i jakost struje upišite u tablicu, a zatim nacrtajte graf I = f(U)<br />
na I-U dijagramu.<br />
Kakovog je oblika I-U karakteristika koju ste nacrtali?<br />
Kakvu međusobnu ovisnost jakosti struje i napona pokazuje I-U karakteristika žaruljice?<br />
Iskažite tu ovisnost matematički.
3/17<br />
Za svaki par napona i jakosti struje izračunajte njihov kvocijent (U/I). Vrijednosti tih<br />
kovocijenata unesite u tablicu.<br />
Što je karakteristično za sve izračunate vrijednosti U/I? Je li to važan podatak za I-U<br />
karakteristiku? Što joj on određuje?<br />
Pogledajte sliku <strong>12</strong>.1.2. i usporedite ju sa slikom <strong>12</strong>.1.1. Koja je bitna razlika u spoju? Kada<br />
ćemo koristiti jednu, a kada drugu shemu?<br />
Slika <strong>12</strong>.1.1. Slika <strong>12</strong>.1.2.<br />
Napomena: Umjesto žarulje koristite otpornik, jer ćete naučiti u vježbi 15 kako se žarnoj niti<br />
u žarulji mijenja otpor s temperaturom tj. nije omski otpor ili žaruljicu od <strong>12</strong> V tako da kada<br />
budete vršili mjerenja žaruljica ne svijetli.
<strong>12</strong>.2. ODREĐIVANJE I-U KARAKTERISTIKA SERIJSKI I PARALELNO<br />
SPOJENIH TROŠILA U KRUGU<br />
4/17<br />
Pribor:<br />
Baterija od 4,5 V, 5 žarulja istih karakteristika, voltmetar, ampermetar, spojni<br />
vodiči, sklopka, promjenjivi otpor.<br />
Zadatak: 1. Provjerite kako jakost električne struje ovisi o serijski spojenim žaruljama.<br />
2. Provjerite kako jakost električne struje ovisi o paralelno spojenim žaruljama.<br />
3. Grafički prikažite tu ovisnost.<br />
Uputa:<br />
Mjerenje napravimo s jednom, dvije, tri, četiri i pet serijski spojenim žaruljama u strujni krug,<br />
a potom u paralelu.<br />
Slika <strong>12</strong>.2.1. Slika <strong>12</strong>.2.2.<br />
Podatke mjerenja upišite u tablicu.<br />
serijski spoj<br />
paralelni spoj<br />
mjerenje U I U I<br />
jedinica V A V A<br />
1.<br />
2.<br />
3.<br />
4.<br />
5.<br />
Nacrtajte graf I = f(U) na I-U dijagramu.<br />
Po čemu se dobiveni grafovi razlikuju?<br />
Za koji je spoj žaruljica karakteristika najstrmija, a za koji ima najmanji nagib?<br />
1. Za svaki graf izračunajte kvocijent U/I. Za to odaberite na dijagramu bilo koju<br />
vrijednost napona U iz mjernog područja, pa za svaku I-U karakteristiku očitajte<br />
odgovarajuću jakost struje I 1 , I 2 , I 3 . Izračunajmo kvocijente<br />
U<br />
U<br />
U<br />
=<br />
=<br />
=<br />
I 2<br />
I 3<br />
I 1<br />
2. Kakvu pravilnost možemo uočiti između vrijednosti kvocijenata U/I i nagiba<br />
odgovarajuće I-U karakteristike? Opišite to riječima.<br />
3. Možemo li nagib karakteristike, tj. vrijednost kvocijenata U/I povezati s otporom<br />
žaruljica u strujnom krugu? Koja I-U karakteristika upozorava na najveći otpor u<br />
strujnom krugu:<br />
- veća vrijednost kvocijenata (strmija karakteristika) upućuje na _____________ otpor u<br />
strujnom krugu<br />
- manja vrijednost kvocijenata (položenija karakteristika) upućuje na _____________<br />
otpor u strujnom krugu<br />
4. Kakav je odnos između kvocijenata U/I i električnog otpora? Iskažite ga matematički.<br />
U<br />
I 1<br />
=
<strong>12</strong>.3. OVISNOST JAKOSTI STRUJE O SERIJSKI SPOJENIM TROŠILIMA U<br />
STRUJNOM KRUGU<br />
5/17<br />
Pribor:<br />
Baterija od 4,5 V, 5 žarulja istih karakteristika, voltmetar, ampermetar, spojni<br />
vodiči, sklopka, promjenjivi otpor.<br />
Zadatak: 1. Provjerite kako jakost električne struje ovisi o serijski spojenim žaruljama.<br />
2. Grafički prikažite tu ovisnost.<br />
Uputa:<br />
Pokus izvodimo istim priborom kao i vježbu <strong>12</strong>.2., strujni krug sastavljamo redom prema<br />
shemi s jednom, dvije, tri, četiri i pet serijski spojene žaruljice.<br />
Slika <strong>12</strong>.3.1.<br />
Kako bismo isključili utjecaj napona na promjenu jakosti struje, u toku pokusa ga održavamo<br />
stalnim pomoću potenciometra R. Pokus izvodimo tako da u strujnom krugu redom<br />
povećavamo broj serijski spojenih žaruljica i svaki put očitamo jakost struje.<br />
serijski spoj<br />
mjerenje broj I<br />
jedinica žaruljica mA<br />
1. 1<br />
2. 2<br />
3. 3<br />
4. 4<br />
5. 5<br />
Ovisnost jakosti struje o broju žaruljica u svakom serijskom spoju prikažimo grafički.<br />
Što opažate, kako se mijenja jakost struje s povećanjem broja žaruljica u serijskom spoju?<br />
Ovisi li jakost struje o izboru vodiča, žaruljici i o tome koliko ih je u spoju?<br />
Ako su R 1 , R 2 , R 3 otpori žaruljica, izmjerite njihov ukupni otpor u serijskom spoju. Napišite<br />
matematičku relaciju koja ih povezuje.<br />
Objasnite zašto se jakost struje mijenja kad se povećava broj žaruljica u serijskom spoju.<br />
Napomena: koristite 5 žaruljica istih karakteristika.
<strong>12</strong>.4. OVISNOST JAKOSTI STRUJE O PARALELNO SPOJENIM TROŠILIMA<br />
U STRUJNOM KRUGU<br />
6/17<br />
Pribor:<br />
Baterija od 4,5 V, 5 žarulja istih karakteristika, voltmetar, ampermetar, spojni<br />
vodiči, sklopka, promjenjivi otpor.<br />
Zadatak: 1. Provjerite kako jakost električne struje ovisi o paralelno spojenim žaruljama.<br />
2. Grafički prikažite tu ovisnost.<br />
Uputa:<br />
Pokus izvodimo istim priborom kao i vježbu <strong>12</strong>.2., strujni krug sastavljamo redom prema<br />
shemi s jednom, dvije, tri, četiri i pet paralelno spojene žaruljice.<br />
Slika <strong>12</strong>.4.1.<br />
Provjerimo ovisnost jakosti struje o otporu vodiča.<br />
Kako bismo isključili utjecaj napona na promjenu jakosti struje, u toku pokusa ga održavamo<br />
stalnim pomoću potenciometra. Pokus izvodimo tako da u strujnom krugu redom povećavamo<br />
broj paralelno spojenih žaruljica i svaki put očitamo jakost struje.<br />
paralelni spoj<br />
mjerenje broj I<br />
jedinica žaruljica mA<br />
1. 1<br />
2. 2<br />
3. 3<br />
4. 4<br />
5. 5<br />
Ovisnost jakosti struje o broju žaruljica u svakom paralelnom spoju prikažimo grafički.<br />
1. Na temelju rezultata pokusa odredite koliki je ukupni otpor dviju paralelno spojenih<br />
žaruljica.<br />
2. Ispišite matematički izraz koji povezuje otpore paralelno spojenih žaruljica i ukupan<br />
otpor spoja.<br />
3. Zašto se u krugu povećava ukupna jakost struje paralelno spojenih žaruljica?<br />
Napomena: Koristite 5 žaruljica istih karakteristika.
7/17<br />
<strong>12</strong>.5. O ČEMU OVISI ELEKTRIČNI OTPOR U STRUJNOM KRUGU<br />
Pribor:<br />
Ovisnost električnog otpora o dimenzijama vodiča i<br />
materijalu od kojeg su načinjeni<br />
Otporna klupa s žicama različitih presjeka i materijala (duljine 1 m), voltmetar,<br />
ampermetar, baterija od 4,5 V, spojni vodiči, sklopka, promjenjivi otpor.<br />
Zadatak: 1. Provjerite kako električni otpor ovisi o poprečnom presjeku vodiča.<br />
2. Provjerite kako električni otpor ovisi o duljini vodiča.<br />
3. Provjerite kako električni otpor ovisi o materijalu od kojeg je načinjen vodič.<br />
4. Grafički prikažite ovisnost električnog otpora R o presjeku S vodiča stalne<br />
duljine.<br />
Uputa:<br />
Jedno od osnovnih svojstava vodiča je njegov električni otpor. Što je osnovni uzrok pojavi<br />
električnog otpora u metalnim vodičima?<br />
Električni otpor vodiča ovisi o njegovim geometrijskim svojstvima (duljini i poprečnom<br />
presjeku), materijalu od kojeg je načinjen i temperaturi. Tu ovisnost možemo odrediti iz I-U<br />
karakteristike vodiča, odnosno primjenom Ohmovog zakona: R=U/I=const..<br />
Kako bismo saznali kako otpor ovisi o dimenzijama vodiča i materijalu od kojega je načinjen<br />
mjeriti ćemo napone U i jakosti struje I ovim redom:<br />
- ravni vodiči jednakih duljina od istog materijala ali različitih presjeka<br />
- ravni vodiči jednakog presjeka od istog materijala ali različitih duljina<br />
- ravni vodiči jednakih duljina i jednakih presjeka ali različitih materijala<br />
Sastavimo strujni krug prema električnoj shemi:<br />
Slika <strong>12</strong>.5.1.<br />
Pažljivo provjerimo jesu li izvor struje, promjenjivi otpornik (za izbor odgovarajućeg<br />
napona), sklopka, ampermetar i žica spojeni serijski, a voltmetar u točkama a i b paralelno s<br />
vodičem. Pripazimo da napon na vodiču ne prijeđe 1,5 V.<br />
Provjerimo najprije kako otpor vodiča ovisi o poprečnom presjeku. Između točaka a i b redom<br />
uključujemo žice od istog materijala, ali različitih poprečnih presjeka koje smo prije toga<br />
izmjerili (ili piše na otpornoj klupi) i vrijednost unijeli u tablicu. Mjerne podatke o jakosti<br />
struje i naponu za svaki pojedini vodič odabranog presjeka također unesemo u tablicu 1.
8/17<br />
Tablica 1. Vodiči različitih duljina u strujnom krugu<br />
mjerenje<br />
jedinica<br />
materijal<br />
l d S I U R<br />
m mm mm 2 A V Ω<br />
1. konstantan 1 1<br />
2. konstantan 1 0,7<br />
3. konstantan 1 0,5<br />
4. konstantan 1 0,35<br />
Mjerenja ponovimo za serijski spoj dva vodiča istog presjeka, tako ćemo dobiti jedan vodič<br />
dugačak 2 m. Ispitajmo kako jakost struje ovisi o duljini vodiča. Podatke upišimo u tablicu 2.<br />
Tablica 2. Vodiči različitih duljina u strujnom krugu<br />
mjerenje<br />
jedinica<br />
materijal<br />
l d S I U R<br />
m mm mm 2 A V Ω<br />
1. konstantan 1 0,7<br />
2. konstantan 2 0,7<br />
I na kraju pogledajmo kako otpor vodiča ovisi o vrsti materijala od kojeg je načinjen.<br />
Mjerenje napravite za dva vodiča jednakih duljina i presjeka, ispunite tablicu 3 s<br />
vrijednostima za struju i napon.<br />
Tablica 3. Vodiči različitih materijala u strujnom krugu<br />
mjerenje<br />
jedinica<br />
materijal<br />
l d S I U R ρ<br />
m mm mm 2 A V Ω Ω m<br />
1. konstantan 1 0,5<br />
2. mjed 1 0,5<br />
Grafički prikažite ovisnost električnog otpora R o presjeku S vodiča stalne duljine.<br />
Analizirajmo podatke:<br />
1. Kako otpor vodiča ovisi o njegovoj duljini?<br />
Ako povećamo duljinu otpor će se ____________.<br />
2. Kako otpor vodiča ovisi o presjeku vodiča?<br />
Ako smanjimo presjek vodiča otpor će se ____________.
9/17<br />
<strong>12</strong>.6. ODREĐIVANJE ELEKTROMOTORNE SILE IZVORA<br />
Pribor:<br />
Baterija od 4,5 V, tri žarulje istih karakteristika, voltmetar, ampermetar, spojni<br />
vodiči, sklopka.<br />
Zadatak: 1. Odredite elektromotornu silu baterije od 4,5 V.<br />
2. Nacrtajte U-I ovisnost izvora struje i iz grafa odredite elektromotornu silu izvora<br />
i maksimalnu električnu struju koju može dati izvor.<br />
Uputa:<br />
Iz prijašnjih pokusa možemo<br />
zaključiti da je potreban stalni izvor<br />
struje da bi u strujnom krugu<br />
neprekidno tekla struja. Ispitajmo<br />
neke osnovne karakteristike izvora<br />
struje: elektromotornu silu i unutrašnji<br />
otpor.<br />
Prema slici sastavimo strujni krug<br />
tako da u seriju spojimo bateriju,<br />
žarulju, ampermetar i sklopku<br />
(prekidač), a u paralelu s baterijom<br />
spojimo voltmetar. Slika <strong>12</strong>.6.1.<br />
U strujni krug najprije uključimo jednu žarulju i izmjerimo struju I i napon U koji pokazuju<br />
ampermetar i voltmetar. Rezultat mjerenja upišemo u tablicu. Izračunajte pripadne otpore i<br />
također ih upišite u tablicu.<br />
mjerenje I U R<br />
jedinica A V Ω<br />
1.<br />
2.<br />
3.<br />
4.<br />
5.<br />
1. Povećajmo broj žarulja u serijskom spoju, izmjerimo struju i napon, a vrijednosti<br />
ponovo unesimo u tablicu.<br />
2. Pokušajte također s dvije, tri ili više paralelno spojenih žarulja jednake snage. Svaki<br />
put izmjerite struju i napon, a vrijednosti unesite u tablicu.<br />
3. Prema tabličnim podacima za U i I, grafički prikažite ovisnost napona o jakosti struje<br />
(U-I karakteristika).<br />
4. Kakva je ta ovisnost? Što se događa s jakošću struje, a što s naponom kada se otpor<br />
kruga povećava?<br />
5. Koja relacija iskazuje tu ovisnost napona i struje?
10/17<br />
6. Provjerite da li su u otvorenom strujnom krugu (sklopka je otvorena) izmjereni napon<br />
U i elektromotorna sila ε jednaki, tj. podudaraju li se s vrijednošću koju dobijemo kada<br />
graf produžimo do presjecišta s U-osi.<br />
7. Produžite graf do presjecišta s I-osi, te odredite maksimalnu struju I maks koju može dati<br />
izvor. Kolika je?<br />
Efikasnost izvora struje<br />
definira se kao omjer<br />
pada napona U u<br />
vanjskom krugu i<br />
elektromotorne sile<br />
izvora, dakle kao:<br />
η =<br />
U<br />
ε<br />
8. Izvor slabe struje možemo napraviti<br />
od limuna (jabuke, krumpira,…)<br />
spajalice za papir i komadića<br />
bakrene žice tako da ih ubodemo u<br />
limun. Elektroskopom možemo<br />
provjeriti postoji li napon.<br />
Pokušajte objasniti tu pojavu.<br />
Slika <strong>12</strong>.6.3.<br />
Slika <strong>12</strong>.6.3.
<strong>12</strong>.7. ODREĐIVANJE PADA NAPONA NA IZVORU PRI OPTEREĆENJU<br />
11/17<br />
Pribor:<br />
Baterija, promjenjivi otpornik, voltmetar, ampermetar, spojni vodiči, sklopka.<br />
Zadatak: 1. Odredite pad napona na izvoru pri opterećenju.<br />
2. Nacrtajte graf ovisnosti napona na stezaljkama izvora o jakosti struje<br />
opterećenja.<br />
3. Nacrtajte graf ovisnosti pada napona na izvoru o jakosti struje opterećenja.<br />
Uputa:<br />
Ohmov zakon za cijeli strujni krug<br />
Mjerimo napon izvora pri opterećenju. U zatvorenome strujnom krugu struja ne teče samo<br />
vanjskim dijelom strujnog kruga već i unutrašnjim krugom, tj. kroz sam izvor. Izvor struje,<br />
kao i svaki drugi vodič, ima električni otpor, u kojemu se pojavljuju električni gubici – izvor<br />
se grije. Sigurno ste već primijetili da su u većinu osobnih automobila ugrađeni olovni<br />
akumulatori nazivnog napona <strong>12</strong> V. Ako su sva trošila u automobilu iskopčana dok motor<br />
stoji, napon akumulatora iznosi <strong>12</strong> V. Uključimo li unutrašnju rasvjetu, napon će se neznatno<br />
smanjiti. Međutim, ako istovremeno ukopčamo i starter, vidljivo će se smanjiti osvjetljenje u<br />
automobilu. Kako protumačiti tu pojavu?<br />
Odgovor potražimo<br />
pokusom u kojem ćemo<br />
istražiti kakav je napon<br />
pri opterećenju.<br />
Sastavimo strujni krug<br />
tako da su izvor struje,<br />
ampermetar, promjenjivi<br />
otpornik i sklopke spojene<br />
serijski, a voltmetar<br />
paralelno izvoru struje<br />
kako pokazuje slika. Slika <strong>12</strong>.7.1.<br />
Mijenjamo otpor R. Time smanjujemo odnosno povećavamo opterećenje izvora sve do<br />
kratkog spoja. Valja imati na umu da mjerenje u uvjetima kratkog spoja mora biti kratkotrajno<br />
i pri krajnje malim naponima izvora (razmislite zašto).<br />
Pri svakoj vrijednosti otpora na stezaljkama izvora izmjerimo napon U i jakost struje I<br />
(opterećenje) i prikažimo grafički u U-I dijagramu.<br />
mjerenje I U<br />
jedinica A V<br />
1.<br />
2.<br />
3.<br />
4.<br />
5.<br />
Analizirajmo dobiveni dijagram.<br />
1. Gdje se na dijagramu nalazi točka koja odgovara maksimalnoj vrijednosti napona U?<br />
Tu točku označimo zvjezdicom!
<strong>12</strong>/17<br />
2. U kojim je uvjetima napon na stezaljkama izvora maksimalan?<br />
3. Kako nazivamo taj maksimalni napon i kako on nastaje?<br />
4. Pokušajte napisati relaciju koja povezuje U i I da odgovara dobivenom dijagramu.<br />
5. U kakvom su odnosu napon U opterećenog izvora i elektromotorna sila ε? Koja je<br />
vrijednost veća? Kako nazivamo razliku<br />
Kolika je i kako se može odrediti?<br />
ε-U=<br />
Koristeći se rezultatima mjerenja iz prethodnog pokusa, za svaki par mjernih podataka<br />
možemo izračunati pad napona u izvoru. Tako izračunatim vrijednostima popunite tablicu<br />
i nacrtajte ovisnost U U o struji I.<br />
mjerenje ε U U U I U U /I<br />
jedinica V V V A<br />
1.<br />
2.<br />
3.<br />
4.<br />
5.<br />
Opišite oblik dobivenog grafa.<br />
Odredite kvocijent U U /I za pojedine mjerne točke. Čemu je jednaka vrijednost tog<br />
kvocijenta?<br />
Kako bi objasnili da pri prolasku struje kroz izvor napon unutar izvora pada? Što je to<br />
unutrašnji otpor izvora R U ?<br />
Ispišite Ohmov zakon koji povezuje U U, I i R U .<br />
Obrazložite kratki spoj u pokusu. Kolika je struja kratkog spoja?<br />
Kako iz podataka o elektromotornoj sili ε i unutrašnjem otporu izvora R U možemo<br />
izračunati struju kratkog spoja?
13/17<br />
<strong>12</strong>.8. MJERENJE STRUJE U SERIJSKOM SPOJU<br />
Pribor: Baterija od 4,5 V, tri otpornika, voltmetar, četiri ampermetra, spojni vodiči,<br />
sklopka.<br />
Zadatak: 1. Odredite strujne prilike u serijskom spoju otpornika.<br />
Uputa:<br />
Strujne prilike u serijskom spoju.<br />
Želimo ispitati struje koje teku kroz trošila u serijskom spoju. Odaberimo tri otpora R 1 = 30 Ω,<br />
R 1 = 100 Ω, R 1 = 200 Ω (otpornici mogu biti i žaruljice čiji smo otpor prije odredili U-I<br />
metodom). Otpornike spojimo serijski i priključimo na izvor struje prema slici.<br />
Slika <strong>12</strong>.8.1.<br />
Voltmetrom mjerimo napon, a ampermetrima jakosti struje kroz otpornike (žarulje). Rezultate<br />
mjerenja unesemo u tablicu.<br />
ε U I I 1 I 2 I 3<br />
V V A A A A<br />
1. Što možete zaključiti analizirajući podatke iz tablice?<br />
2. Napišite relaciju koja povezuje I, I 1 , I 2 , I 3 .<br />
3. Pokušajte to objasniti.<br />
4. Koji osnovni zakon prirode pri tome morate primijeniti?<br />
Napomena:<br />
Ako pokus izvodite s žaruljicama onda trebate uzeti žaruljice različitih karakteristika i<br />
odrediti im električni otpor ommetrom.
14/17<br />
<strong>12</strong>.9. MJERENJE STRUJE U PARALELNOM SPOJU<br />
(PRVO KIRCHHOFFOVO PRAVILO)<br />
Pribor: Baterija od 4,5 V, tri otpornika, voltmetar, četiri ampermetra, spojni vodiči,<br />
sklopka.<br />
Zadatak: 1. Odredite strujne prilike u paralelnom spoju otpornika.<br />
Uputa:<br />
Pri paralelnom spajanju trošila struja se grana. Kroz svako trošilo (otpornik) teče određena<br />
struja. Odredimo u kakvom su odnosu ukupna jakost struje i jakost struje u pojedinim<br />
paralelno spojenim trošilima.<br />
Tri otpornika iz prethodnog pokusa spojimo paralelno i priključimo na izvor struje.<br />
Slika <strong>12</strong>.9.1.<br />
Mjerimo napon izvora U, ukupnu jakost struje I i pojedinačne jakosti struje kroz svaki<br />
otpornik. Rezultate mjerenja unesite u tablicu.<br />
U I I 1 I 2 I 3<br />
V A A A A<br />
Analizirajmo podatke iz tablice.<br />
Što možete zaključiti, u kakvom su međusobnom odnosu struje I 1 , I 2 , I 3 i I ?<br />
Napišite relaciju koja povezuje te struje.<br />
1. Pokušajte objasniti nalaz.<br />
2. Koji osnovni zakon prirode moramo primijeniti da bismo objasnili tu pojavu.<br />
3. Ako bismo paralelno priključili još više otpora, da li bi se ukupna jakost struje<br />
povećala? Obrazložite svoj odgovor.<br />
4. Kakvi su međusobni odnosi struja u paralelnom spoju?<br />
I<br />
I<br />
1<br />
2<br />
=<br />
I<br />
I<br />
1<br />
3<br />
=<br />
I<br />
I<br />
2<br />
3<br />
=<br />
Napomena:<br />
Ako pokus izvodite s žaruljicama onda trebate uzeti žaruljice različitih karakteristika i<br />
odrediti im električni otpor ommetrom.
15/17<br />
<strong>12</strong>.10. ISPITAJTE NAPONSKE PRILIKE U STRUJNOM KRUGU<br />
Pribor:<br />
Dvije baterije od 4,5V, četiri žarulje, voltmetar, spojni vodiči, dvije sklopke.<br />
Zadatak: 1. Ispitajte naponske prilike u strujnom krugu s više izvora struje.<br />
Uputa:<br />
Ako dio strujnog kruga napaja više izvora,<br />
naponske se prilike u tom dijelu razlikuju od<br />
onih koje smo već upoznali, kada na<br />
promatranom dijelu strujnog kruga nije bilo<br />
izvora struje.<br />
Da bismo ispitali tu razliku, načinimo pokuse<br />
sa strujnim krugom u kojem djeluju dvije<br />
elektromotorne sile.<br />
Žaruljice, baterije i prekidače spojimo prema<br />
slici. Pomoću voltmetra velikog unutrašnjeg<br />
otpora izmjerimo naponske prilike u dijelu<br />
strujnog kruga između točaka 1 i 2. Mjerimo<br />
napon U 2-1 ovim redom:<br />
1. Oba su prekidača P 1 i P 2 otvorena.<br />
2. Prekidač P 1 je otvoren, a P 2 je<br />
zatvoren.<br />
3. Oba prekidača P 1 i P 2 su zatvorena.<br />
4. Promijenimo polaritet jedne od<br />
baterija. Ponovimo mjerenja od 1 – 3.<br />
5. Isključimo jedan izvor iz strujnog<br />
kruga i ponovimo mjerenja od 1 – 3.<br />
Slika <strong>12</strong>.10.1.<br />
Mjerne podatke za pad napona na krajevima 1 i 2 unesite u tablicu tako da se razaznaju<br />
cjeline:<br />
I skup mjerenja ( ε ≠ 0 1<br />
, ε ≠ 0 ), 2<br />
II skup mjerenja (polaritet jedne od baterija je promijenjen),<br />
III skup mjerenja (jedna od baterija je isključena iz kruga),<br />
I II III<br />
U 2-1 U 2-1 U 2-1<br />
P 1 P 2 V V V<br />
0 0<br />
0 1<br />
1 0<br />
1 1<br />
P 1,2 = 0, prekidač je<br />
otvoren<br />
P 1,2 = 1, prekidač je<br />
zatvoren<br />
Pri tim se mjerenjima možemo koristiti i drugim kombinacijama, npr. zamjenom baterije ili<br />
promjenom polariteta obiju baterija.
16/17<br />
Razmislite i odgovorite<br />
1. Što smo izmjerili voltmetrom kada su oba prekidača bila otvorena?<br />
2. Što smo izmjerili voltmetrom kada je P 1 bio zatvoren, a P 2 otvoren?<br />
3. Što smo izmjerili voltmetrom kada se polaritet jedne od baterija promijenio, a<br />
prekidači P 1 i P 2 su bili zatvoreni?<br />
4. Što smo izmjerili voltmetrom kada je baterija ε 1 bila isključena iz strujnog kruga, a<br />
prekidači P 1 i P 2 zatvoreni?<br />
5. Pokušajte napisati relaciju koja povezuje pad napona između točaka 1 i 2 na shemi i<br />
napon baterije ε 1 , kada su prekidači P 1 i P 2 zatvoreni, a ε 1 = 0.<br />
6. Odredite otpor žaruljica R i unutrašnji otpor baterije, R U , U-I metodom. Primjenom I. i<br />
II. Kirchoffova pravila izračunajte jakost struje u petlji s baterijom ε 1 kada su oba<br />
prekidača zatvorena.<br />
R =<br />
R =<br />
I =<br />
U<br />
7. Ako znamo jakost struje i otpor u grani 1 – 2, možemo izračunati pad napona na dijelu<br />
1 – 2. (Slaže li se dobivena vrijednost s izmjerenom?)<br />
8. Koliku razliku u mjernim podacima opažamo kad se promijeni polaritet baterije ε 2 .<br />
Obrazložite pojavu!<br />
Koji osnovni zakon morate primijeniti da biste objasnili te pojave u strujnom krugu?
17/17<br />
<strong>12</strong>.11. PROVJERITE DRUGO KIRCHHOFFOVO PRAVILO<br />
Pribor:<br />
Dvije baterije od 4,5 V, četiri žarulje, voltmetar, spojni vodiči, sklopka.<br />
Zadatak: 1. Provjerite drugo Kirchhoffovo pravilo.<br />
Uputa:<br />
Otkrivamo drugo Kirchhoffovo pravilo.<br />
Svaki zatvoreni strujni krug (ili strujnu<br />
petlju) možemo promatrati kao niz serijski<br />
spojenih strujnih grana. Primjena zakona<br />
očuvanja energije na svaku pojedinu granu<br />
strujne petlje omogućuje nam da nađemo<br />
odnos između padova napona u pojedinim<br />
granama i elektromotornih sila koje djeluju u<br />
strujnom krugu.<br />
Odredimo tu relaciju, koja se u praksi obično<br />
naziva drugo Kirchhoffovo pravilo. Spojite<br />
elemente strujnog kruga kao prema slici.<br />
1. Voltmetrom velikog otpora (obrazložite<br />
čemu veliki otpor) uzastopce mjerimo pad<br />
napona na dionicama AB, BC, CD i DA<br />
kada je prekidač P zatvoren. Mjerne<br />
podatke unesite u tablicu. Slika <strong>12</strong>.11.1.<br />
AB<br />
BC<br />
CD<br />
DA<br />
protuspoj izvora<br />
serijski spoj izvora<br />
1.<br />
P-zatvoren<br />
2.<br />
P-otvoren<br />
3.<br />
P-zatvoren<br />
4.<br />
P-otvoren<br />
U U U U<br />
V V V V<br />
∑= ∑= ∑= ∑=<br />
2. Otvorimo prekidač P i mjerimo napon na dionicama AB, BC, CD i DA kada je<br />
prekidač P zatvoren. Rezultate mjerenja unesite u tablicu.<br />
3. Zbrojite padove napona u pojedinim granama petlje kada je prekidač P zatvoren, a<br />
zatim kada je prekidač P otvoren. Koliki je zbroj u prvome, a koliki u drugom<br />
mjerenju?<br />
Kako objašnjavate dobivene rezultate?<br />
Kako biste riječima formulirali drugo Kirchhoffovo pravilo?<br />
4. Mjerenje ponovite sa suprotnim polaritetom jedne od baterija. Što ste pritom zapazili?<br />
Možete li to objasniti?<br />
Napomena:<br />
Koristite voltmetar koji može mijenjati polaritet prekidačem ili digitalni voltmetar jer je za<br />
očekivati i negativne napone. Napon U AB nije isto što i napon U BA , razlikuju se u predznaku.