Oświetlenie klatki schodowej

Podstawy programowe: KS3, Sek I, cycle 4

Otwórz pełną wersję ↗

Cel

Zrozumieć, jak działa obwód, w którym jedną żarówkę można włączać i wyłączać z dwóch miejsc, tak jak światło na klatce schodowej albo w długim korytarzu.

Układ

Źródło 4,5 V, dwa przełączniki i żarówka 4,5 V / 1 W. Biegun dodatni źródła jest połączony z zaciskiem wspólnym pierwszego przełącznika, a zacisk wspólny drugiego — z żarówką. Zaciski „1” i „2” przełączników są połączone na krzyż dwoma żółtymi przewodami: „1” pierwszego z „2” drugiego, „2” pierwszego z „1” drugiego. Drugi przełącznik jest odwrócony do góry nogami. Oba noże są na stykach „1”, żarówka nie świeci.

Przebieg doświadczenia

1. Przełożyć nóż pierwszego przełącznika na drugi styk: przeciągnąć uchwyt albo wybrać położenie na karcie parametrów.
2. Przełożyć nóż drugiego przełącznika.
3. Ponownie przełożyć nóż pierwszego, a potem drugiego. Po każdym kroku zapisać, czy żarówka świeci.
4. Prześledzić drogę prądu wzdłuż przewodów dla każdego położenia noży.

Oczekiwany wynik

Żarówka świeci, gdy noże są na stykach o różnych numerach, i gaśnie, gdy numery są takie same. Każde przełożenie któregokolwiek noża zmienia jej stan.

Pierwszy	Drugi	Żarówka
1	1	nie świeci
2	1	świeci
2	2	nie świeci
1	2	świeci

Pytania

1. Dlaczego zwykłe wyłączniki z dwoma zaciskami nie nadają się do takiego obwodu?
2. Dlaczego żarówka gaśnie, gdy oba noże są na stykach o tym samym numerze?
3. Co się stanie, jeśli na jednym z przełączników zamienić miejscami żółte przewody?

Odpowiedzi

1. Zwykły wyłącznik może tylko połączyć albo przerwać jeden przewód. Dwa takie wyłączniki połączone szeregowo zapalają żarówkę tylko wtedy, gdy oba są zamknięte, a dwa połączone równolegle — zawsze, gdy zamknięty jest którykolwiek z nich, więc w niektórych położeniach jeden wyłącznik nie może zmienić tego, co ustawił drugi. Przełącznik przenosi prąd z jednego żółtego przewodu na drugi i dzięki temu każdy z przełączników może żarówkę zarówno zapalić, jak i zgasić.
2. Żółte przewody się krzyżują, więc styk „1” jednego przełącznika jest połączony ze stykiem „2” drugiego. Gdy oba noże są na „1”, prąd płynie od pierwszego noża żółtym przewodem do styku „2” drugiego przełącznika, gdzie nie ma noża, i obwód jest otwarty; gdy oba noże są na „2”, to samo dzieje się wzdłuż drugiego przewodu.
3. Przewody łączą wtedy styki o tych samych numerach, „1” z „1” i „2” z „2”. Tabela się odwraca: żarówka świeci, gdy numery są takie same, i nie świeci, gdy się różnią, a każde przełożenie nadal ją zapala albo gasi.