Skolēni pēta divu kvēlspuldžu virknes slēgumu. Elektriskā slēguma shēma un mērinstrumentu rādījumi redzami attēlā. Voltmetra pretestība ir ļoti liela.
1. Skolēni redz, ka spuldze P kvēlo ļoti spoži, bet spuldze Q nekvēlo. Viens no
skolēniem secina, ka spuldzes Q kvēldiegs ir pārtrūcis. Izmantojot attēlā sniegtos
datus, uzraksti vienu pierādījumu tam, ka kvēldiegs nevar būt pārtrūcis!
2. Uz abu spuldžu cokoliem rakstīts, ka to darba spriegums ir \(2,5\space\mathrm{V}\). Paskaidro, kā iegūtās \(U_1\) un \(U_2\) vērtības var palīdzēt izskaidrot skolēnu novēroto spuldžu kvēli!
Skolēni izmērīja spriegumu uz sprieguma avota \(U=3,1\space\mathrm{V}\).
3. Skolēni sprieda, ka \(U\) jābūt vienādam ar \(U_1\) un \(U_2\) summu. Vai mērījumu rezultāti apstiprina šo spriedumu? Pamato savu domu!
4. Aprēķini abu spuldžu kopējo pretestību!
5. Spuldzes saslēdz paralēlā slēgumā un pieslēdz tam pašam sprieguma avotam. Kura spuldze tagad kvēlo spožāk? Kāpēc tā?
1. Ampērmetrs rāda \(0,23\space\mathrm A\), tādēļ var secināt, ka ķēdē strāva plūst un spuldzes Q kvēldiegs nevar būt pārtrūcis. Spriegums starp spuldzes Q spailēm ir \(0,3\space\mathrm V\). Ja kvēldiegs būtu pārtrūcis, tad voltmetrs rādītu strāvas avota EDS, kas nebūtu mazāks par \(2,7\space\mathrm V\).
2. Spuldze P kvēlo spoži, jo spriegums uz spuldzes \(U_1\) ir mazliet lielāks/tuvs darba (nominālajam) spriegumam. Spuldze Q nekvēlo, jo spriegums uz spuldzes \(U_2\) ir daudz mazāks nekā darba (nominālais) spriegums.
3. \(U_\mathrm{kop}=U_1+U_2=2,7+0,3=3,0\space\mathrm V\). Atšķirība no izmērītā sprieguma starp strāvas avota spailēm ir \(0,1\space\mathrm V\).
Cēloņi var būt dažādi:
- ja ampērmetrs ir ideāls, tad mērījuma rezultāts ir saistīts ar mērījumu absolūto kļūdu, kas ir \(0,1\space\mathrm V\);
- ja ampērmetrs nav ideāls, tad spriegums starp ampērmetra spailēm ir vienāds ar \(0,1\space\mathrm V\).
4. Spuldžu kopējo pretestību nosaka no Oma likuma ķēdes posmam \(I=\frac{U}{R}\space\implies\space R=\frac{U}{I}\). Strāvas stiprums \(I\) rezistoru virknes slēgumā ir vienāds visā ķēdē. Spuldžu kopējo pretestību var aprēķināt dažādos veidos:
- nosaka \(R_{\mathrm{kop}}=\frac{U_{\mathrm{kop}}}{I}=\frac{U_1+U_2}{I}\);
- nosaka katras spuldzes pretestības \(R_1=\frac{U_1}{I}\) un \(R_2=\frac{U_2}{I}\), tālāk saskaita, iegūstot \(R_{\mathrm{kop}}=R_1+R_2\);
- izmanto spriegumu \(U_{\mathrm{SA}}\) starp strāvas avota spailēm: \(R_{\mathrm{kop}}=\frac{U_{\mathrm{SA}}}{I}\).
Aprēķini:
- \(R_{\mathrm{kop}}=\frac{U_1+U_2}{I}=\frac{2,7+0,3}{0,23}\approx13\space\Omega\);
- \(R_1=\frac{U_1}{I}=\frac{2,7}{0,23}\approx 12\space\Omega\), \(R_2=\frac{U_2}{I}=\frac{0,3}{0,23}\approx 1,3\space\Omega\), \(R_{\mathrm{kop}}=R_1+R_2=12+1,3\approx13\space\Omega\);
- \(R_{\mathrm{kop}}=\frac{U_{\mathrm{SA}}}{I}=\frac{3,1}{0,23}\approx13\space\Omega\).
Atbilde: abu spuldžu kopējā pretestība ir \(13\space\Omega\).
5. Spuldzes P pretestība \(R_1\) ir lielāka nekā spuldzes Q pretestība \(R_2\).
Virknes slēgumā abās spuldzēs plūst vienāda stipruma strāva \(I\). Jo lielāka ir patērētā jauda, jo spožāk spuldze kvēlo. Spuldzes jaudas aprēķināšanai izmanto formulu \(P=UI=I^2R\). Iegūst \(P_1>P_2\). Tāpēc spuldze P kvēlo spožāk.
Paralēlajā slēgumā abas spuldzes pieslēgtas vienādam spriegumam \(U\). Tādēļ spuldzes jaudas aprēķināšanai izmanto formulu \(P=UI=\frac{U^2}{R}\). Iegūst \(P_1
Vērtēšanas kritēriji
1. Analizē tekstu un attēlā sniegtos datus un uzraksta vienu pierādījumu tam, ka kvēldiegs nevar būt pārtrūcis – 1 punkts.
2. Salīdzina voltmetru rādījumus ar spuldžu darba spriegumu un izskaidro spuldžu dažādo kvēli – 1 punkts.
3. Skaidro mērījumu rezultātus – 1 punkts.
4. Zina rezistoru virknes slēguma likumsakarības. Zina vai atrod formulu lapā Oma likumu ķēdes posmam – 1 punkts.
Aprēķina spuldžu kopējo pretestību un pieraksta to kopā ar mērvienībām – 1 punkts.
5. Zina rezistoru paralēlā slēguma likumsakarības. Zina vai atrod formulu lapā Oma likumu ķēdes posmam un jaudas aprēķināšanas formulas – 1 punkts.
Salīdzina spuldžu jaudu un izdara secinājumu par spuldžu kvēli paralēlajā slēgumā – 1 punkts.