Z tego filmu dowiesz się:

  • co kryje się pod pojęciem oporu elektrycznego, od czego zależy i jaka jest jego jednostka,
  • jak do obliczeń wykorzystać związek między napięciem a natężeniem prądu i oporem,
  • jak rysuje się schematy obwodów elektrycznych składających się z jednego źródła energii, jednego odbiornika, mierników i wyłączników oraz jak posługiwać się symbolami graficznymi tych elementów.

Podstawa programowa

Pobieranie materiałów

wideo ekran podsumowujący napisy

Licencja: cc-by-nc-sa.svg

Poniższe materiały są udostępnione na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne-Na tych samych warunkach 4.0 Międzynarodowej (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.pl). Możesz je wykorzystywać wyłącznie jako całość, bez rozdzielania ich na indywidualne elementy składowe. Zabronione jest wycinanie, pobieranie, modyfikowanie, edytowanie i zmienianie elementów składowych (np. grafik, tekstów, dźwięków, logotypów). Licencja CC BY-NC-SA 4.0 nie obejmuje wykorzystywania elementów składowych w utworach pochodnych. Jeśli chcesz wykorzystać ten materiał w swoim niekomercyjnym projekcie, nie zapomnij wymienić jego autorów: Pi-stacja / Katalyst Education.

Transkrypcja

Kliknij na zdanie, aby przewinąć wideo do tego miejsca.

Obiła Ci się o uszy nazwa węgorz elektryczny? Ta ryba prawidłowo nazywa się strętwa. Ale naprawdę jest elektryczna. Dzięki specjalnie zmodyfikowanym mięśniom brzusznym tworzącym ogniwa ułożone szeregowo potrafi wytworzyć prąd o napięciu ponad 600 Voltów. Używa go do ogłuszania swoich ofiar. Najciekawsze jest jednak to że gdyby strętwa żyła nie w rzece, a w morzu zapewne przehandlowałaby Volty za ampery. A swoje mięśnie ogniwa połączyłaby równolegle. W słonej wodzie już niewielkie napięcie wystarcza do porażenia ofiary bo jak się dowiesz na chemii roztwór soli to świetny przewodnik. Słodka woda jest o wiele gorszym. W tym filmie opowiem Ci o zależności napięcia i natężenia prądu. Zastanówmy się dlaczego strętwa w słonej wodzie byłaby dużo bardziej niebezpieczna. W obu przypadkach narządy elektryczne ryby wytwarzają takie samo napięcie. Weźmy osobnika, który jest w stanie osiągnąć 600 Voltów. W przypadku słodkiej wody natężenie wytworzonego przezeń prądu ma wartość około 1 ampera. W słonej wodzie miałoby ono wartość uwaga, uwaga 90 amperów. Dla porównania, przez domową suszarkę na najwyższych obrotach przepływa prąd o natężeniu około 7,5 ampera a przez czajnik elektryczny około ośmiu. Wygląda na to, że w słonej wodzie to samo napięcie generuje 90 razy bardziej dynamiczny ruch ładunków. Można by powiedzieć, że w takiej wodzie jest im łatwiej płynąć. Jest to spowodowane obecnością większej ilości nośników ładunku czyli jonów, pochodzących z rozpuszczonych w słonej wodzie soli. Elektryk czy fizyk powiedziałby że słona woda ma mniejszy opór elektryczny. Czym jest ten opór? Gdy coś nam idzie ciężko i mnożą się przed nami trudności to mówimy, że idzie nam to opornie. Podobnie z prądem. Ciężej mu płynąć przez taki ośrodek który stawia większy opór czyli przez słodką wodę niż przez słoną. W tej pierwszej powodem oporu jest brak nośników ładunku. W stałych przewodnikach takich jak metale opór wiąże się z innymi czynnikami. Długością przewodnika. Im dłuższy, tym większy opór bo prąd ma do pokonania dłuższą drogę. Przekrojem przewodnika im większy przekrój tym łatwiejszy przepływ a więc mniejszy opór. Oraz rodzajem materiału. Różne przewodniki dają różną swobodę swoim elektronom swobodnym. Te które pilnują ich bardziej mają większy opór. Jeśli ciekawi Cię ten temat zajrzyj do filmów z elektrostatyki. Odpłyńmy teraz od tematu ryb i zajmijmy się zjawiskiem oporu w obwodach elektrycznych prądu stałego czyli takiego, którego źródłem są baterie albo akumulatory przeprowadzając doświadczenie. Od czego zaczniemy? Właśnie od zbudowania obwodu. Potrzebne nam będzie trochę przewodnika czyli metalowego drutu w izolatorze kilka baterii najlepiej o takim samym napięciu woltomierz i amperomierz. U mnie będą to dwa multimetry. Jeden ustawiony na pomiar napięcia drugi natężenia. I opornik. Opornik to takie małe urządzenie którego głównym zadaniem jest właśnie stawianie oporu. Tak, jak w przypadku naszej ryby im większy opór tym mniejsze natężenie prądu zostanie wygenerowane przez to samo napięcie. Ale, ale. Wyprzedzam fakty. Zaraz wszystko zobaczysz w praktyce. Wszystkie elementy łączymy zgodnie ze schematem podłączając początkowo jedną płytkę z bateriami. Odczytujemy natężenie prądu oraz napięcie na końcach opornika. Operację powtarzamy podłączając do obwodu kolejne baterie. Podłączamy je jedna za drugą czyli szeregowo. Wtedy wytwarzane przez nie napięcia sumują się. Jeśli Cię to ciekawi to podłączenie tych samych baterii równolegle, czyli tak jak woltomierza nie zmienia napięcia za to sprawia, że całe ogniwo działa dłużej, bo jest bardziej pojemne. Wyniki naszych pomiarów notujemy w tabeli. Nasuwa Ci się jakiś wniosek? Każde zwiększenie napięcia przez dodanie kolejnej baterii pociąga za sobą wzrost natężenia. Możemy też zauważyć że dwukrotny wzrost napięcia daje dwukrotny wzrost natężenia. Czterokrotny wzrost napięcia powoduje czterokrotny wzrost natężenia i tak dalej. Jeśli nasze dane przeniesiemy na wykres gdzie oś pozioma będzie odpowiadała napięciu a pionowa natężeniu to otrzymamy linię prostą. O takiej zależności mówimy że jest liniowa. Albo inaczej, że natężenie i napięcie są do siebie wprost proporcjonalne. To jednak nie wszystko co chcę Ci pokazać. Wymienię teraz opornik w naszym obwodzie na inny i powtórzę pomiary. Kiedy naniosę nowe wartości na wykres okaże się, że wzrost natężenia nadal jest liniowy, ale tym razem prosta biegnie mniej stromo. Zmieniamy napięcie o tyle samo co w pierwszym przypadku ale wzrost natężenia przy takiej zmianie jest mniejszy. Dlaczego? Ponieważ drugi opornik miał większy opór. Podobnie jak słodka woda w porównaniu ze słoną czyli bardziej ogranicza przepływ prądu. Wartość oporu obliczamy dzieląc napięcie przez natężenie. R równa się U przez I Obojętnie dla którego punktu na naszym wykresie odczytamy te wartości opór za każdym razem otrzymamy taki sam. Niewielkie rozbieżności wyników dla poszczególnych punktów wynikają z niepewności pomiarowej urządzeń. Opór danego opornika jest więc stały niezależnie od wartości natężenia prądu. Jednostką oporu jest om który zapisujemy wielką grecką literą Omega. Nazwa jednostki pochodzi od nazwiska niemieckiego fizyka Georga Ohma który jako pierwszy zauważył zależność między natężeniem i napięciem prądu. Teraz możemy sobie wyjaśnić do czego stosuje się oporniki. Możemy nimi regulować natężenie prądu nie zmieniając jego napięcia. Dzięki temu, że opornik zamienia część energii elektrycznej na energię cieplną tak jakby wyhamowuje prąd obniżając jego natężenie. A to właśnie natężenie jest parametrem który może nam uszkodzić sprzęt jeśli będzie za wysokie. Oporniki wykorzystuje się na przykład przy podłączaniu diody LED które przy wysokim natężeniu uległyby przegrzaniu, a przez to szybkiemu przepaleniu. Teraz rozwiążmy takie zadanie. Między końcami przewodnika o oporze pięciu omów zmierzono napięcie równe 20 Voltom. Oblicz natężenie prądu płynącego przez ten przewodnik. Nasze dane to opór. R równa się 5 omów. I napięcie, U równa się 20 Voltów. Mamy obliczyć natężenie prądu. Aby je obliczyć musimy przekształcić wzór na opór. R równa się U przez I Pierwszy krok to pozbycie się ułamka. Aby to zrobić musimy wzór wymnożyć obustronnie przez I. Teraz wzór ma postać R razy I równa się U. W kolejnym kroku pozbywamy się R z lewej strony wzoru dzieląc przez nie obustronnie. Otrzymujemy I równa się U przez R Możemy też skorzystać ze znanej Ci już pewnie z innych naszych filmów piramidki. U czyli napięcie umieszczamy u góry tak jak we wzorze. I oraz R na dole. Pozioma linia oznacza kreskę ułamkową pionowa mnożenie. Z takiej piramidki wzór uzyskujemy zasłaniając to, co chcemy obliczyć. My szukamy natężenia, czyli zasłaniamy I i otrzymujemy U przez R. Podstawiamy dane do wzoru. 20 Voltów przez 5 omów daje nam 4 ampery. I tyle właśnie wynosi szukane przez nas natężenie. A teraz zmierz się samodzielnie z jeszcze jednym zadaniem. Oblicz opór opornika jeśli napięcie zmierzone na jego końcach wyniesie 2 Volty a prąd jaki przez niego płynie ma natężenie trzech amperów. Kiedy skończysz, wznów film i porównaj swoje rozwiązania z moim. Już? To sprawdzamy. Natężenie prądu płynącego przez przewodnik jest wprost proporcjonalne do napięcia przyłożonego między jego końcami. Dzieląc napięcie przez natężenie otrzymujemy stałą wartość którą nazywamy oporem. Jednostką oporu jest om. Ta lekcja, mimo swojego tematu poszła nam wyjątkowo płynnie i bez oporu. Potrzebujesz wiedzy z innych fizycznych zagadnień? Znajdziesz je na stronie pi-stacja.tv w zakładce fizyka.

Lista wszystkich autorów

Lektor: Dobrawa Szlachcikowska

Konsultacja: Anna Soliwocka

Grafika podsumowania: Patrycja Ostrowska

Materiały: Dobrawa Szlachcikowska

Kontrola jakości: Małgorzata Załoga

Napisy: Klaudia Abdeltawab, Татьяна Кравец

Animacja: Patrycja Ostrowska

Opracowanie dźwięku: Aleksander Margasiński

Produkcja:

Katalyst Education

Lista materiałów wykorzystanych w filmie:

Steven G. Johnson (CC BY-SA)
Miropa01 (CC BY-SA)
monster fish (CC BY)
Napyl Mahmood (CC BY)
Kelly Lacy (Licencja Pexels)
Sean JOHNSTON (Licencja Pexels)
AntoMes (Licencja Pexels)
padrinan (Licencja Pexels)
Catania K (CC-BY)
National Institute of Ecology (Korea Open Government License Type I)
Miropa01 (CC BY-SA)
JerzyGorecki (Licencja Pixabay)
Nara_Kim (Licencja Pixabay)
cheskapoondesignstudio (Licencja Pixabay)
OpenClipart-Vectors (Licencja Pixabay)
jaumeps99 (Licencja Pixabay)
Santeri Viinamäki (CC BY-SA)
Mediengestalter (Licencja Pixabay)
Anemone123 (Licencja Pixabay)
PublicDomainPictures (Licencja Pixabay)
Maryam62 (Licencja Pixabay)
disign (Licencja Pixabay)
Luiz-Jorge-Artista (Licencja Pixabay)
Epcole (CC BY-SA)
analogicus (Licencja Pixabay)
FindingFootage (Licencja Pixabay)
sinisamaric1 (Licencja Pixabay)
Clker-Free-Vector-Images (Licencja Pixabay)
OpenClipart-Vectors (Licencja Pixabay)
Clker-Free-Vector-Images (Licencja Pixabay)
Autor nieznany (Domena publiczna)
surang (Licencja Flaticon)
Peggy_Marco (Licencja Pixabay)
fxqf (CC BY-SA)
OpenStax (CC BY)

Licencja:

Creative Commons Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne-Na tych samych warunkach 4.0 Międzynarodowej

cc-by-nc-sa.svg