11.02.2014 Views

Vježba 12

Vježba 12

Vježba 12

SHOW MORE
SHOW LESS

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.

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!