Połączenie szeregowe

Podstawy programowe: KS3, GCSE (Resistance), cycle 4, Sek I, AP2, IB B.5

Otwórz pełną wersję ↗

Cel

Sprawdzić, że w obwodzie szeregowym natężenie prądu jest wszędzie takie samo, a napięcia na poszczególnych elementach i opory się sumują.

Układ

Źródło 9 V, amperomierz i oporniki 100 Ω, 220 Ω i 470 Ω połączone szeregowo. Nad każdym opornikiem jest osobny woltomierz.

Przebieg doświadczenia

1. Zapisać wskazania amperomierza i trzech woltomierzy.
2. Dodać napięcia na opornikach i porównać sumę z napięciem źródła.
3. Dla każdego opornika obliczyć natężenie prądu \(I = U / R\) i porównać je ze wskazaniem amperomierza.
4. Obliczyć opór zastępczy \(R = (U_1 + U_2 + U_3) / I\) i porównać go z sumą \(R_1 + R_2 + R_3\).
5. Zmniejszyć napięcie źródła do 4,5 V i powtórzyć pomiary.

Oczekiwany wynik

Natężenie prądu wynosi około 11,4 mA. Napięcia wynoszą 1,14 V, 2,50 V i 5,35 V; ich suma to około 8,99 V — prawie całe napięcie źródła. \(U / R\) dla wszystkich trzech oporników daje te same 11,4 mA. Opór zastępczy wynosi 8,99 V / 11,4 mA ≈ 790 Ω — tyle, ile suma 100 + 220 + 470 Ω. Napięcia dzielą się proporcjonalnie do oporów. Przy 4,5 V napięcia i natężenie prądu są o połowę mniejsze, a ich stosunki i opór zastępczy pozostają takie same.

Pytania

1. Na którym oporniku napięcie jest największe i dlaczego?
2. Ile wynosi opór zastępczy dwóch oporników 100 Ω połączonych szeregowo?

Odpowiedzi

1. Na oporniku 470 Ω, około 5,35 V. Przez wszystkie trzy oporniki płynie prąd o tym samym natężeniu, około 11,4 mA, więc zgodnie z \(U = I \cdot R\) napięcie jest największe na największym oporze.
2. Przy połączeniu szeregowym opory się sumują: \(R = R_1 + R_2\) = 100 + 100 = 200 Ω.