Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia:

RY08pqsFu5oYO1

Ćwiczenie 1

Które stwierdzenia dotyczące źródeł energii elektrycznej są prawdziwe?

Cechą własną źródła napięciowego jest siła elektromotoryczna.
Cechą własną źródła prądowego jest siła elektromotoryczna.
Cechą własną idealnego źródła prądowego jest natężenie prądu zasilającego podłączony odbiornik.
Procesy powodujące wytworzenie energii elektrycznej przez źródło są nieodwracalne.
Cechą własną źródła energii elektrycznej jest jego sprawność.
Opór wewnętrzny źródła nie zależy od oporu podłączonego odbiornika.
Moc wydzielana na oporze wewnętrznym zależy od oporu podłączonego odbiornika.
Każde źródło, zarówno napięciowe jak i prądowe wytwarza napięcie poruszające ładunki elektryczne w dołączonym obwodzie.

Ćwiczenie 2

Do obu rysunków dopasuj odpowiadające im nazwy źródeł i charakterystyk, przeciągając kafelki we właściwe miejsca.

RXGvitfsYJS1A

Rysunek składa się z dwóch części opisanych wielkimi literami A i B. Rysunek A przedstawia układ współrzędnych, na którego osi poziomej odłożono natężenie prądu oznaczone literą wielkie I, a na osi pionowej napięcie oznaczone literą wielkie U. Pośrodku osi pionowej zaznaczono punkt i zapisano jego współrzędną grecką literą epsilon. Od tego punktu narysowano ukośną linię skierowaną w prawo i dół pod niewielkim kątem do poziomu. Rysunek B przedstawia układ współrzędnych, na którego osi poziomej odłożono napięcie oznaczone literą wielkie U, a na osi pionowej natężenie prądu oznaczone literą wielkie I. Pośrodku osi pionowej zaznaczono punkt i zapisano jego współrzędną literą wielkie I. Od tego punktu narysowano ukośną linię skierowaną w prawo i dół pod niewielkim kątem do poziomu.

R1Pz6eDFrY715

typ charakterystyki, rodzaj źrodła

rys	A	B
typ charakterystyki
rodzaj źrodła

R1bzoEEc742Up1

Ćwiczenie 3

Ćwiczenie 4

R19gNflC8sFdy

Rozładowany akumulator telefonu komórkowego ma siłę elektromotoryczną $E$ = 4 V i opór wewnętrzny $r$ = 1 Ω. Ile telefonów połączonych równolegle możemy ładować jednocześnie, jeśli dysponujemy zasilaczem o sile elektromotorycznej $E_{0}$ = 6 V, oporze wewnętrznym $R$ = 0,1 Ω i maksymalnym dopuszczalnym prądzie $I_{0}$ = 10 A?

Odpowiedź: ............

Jeżeli podłączonych telefonów komórkowych jest $n$ , to używając oznaczeń z rysunku, możemy napisać:

I_{0} = n I

oraz dla każdego oczka zawierającego zasilacz i jeden telefon komórkowy:

E_{0} - E = I_{0} R + I r

Otrzymujemy więc:

n = \frac{I_{0} r}{E_{0} - E - I_{0} R}

Ćwiczenie 5

Wyznacz sprawność źródła napięciowego, zasilającego obwód prądem o natężeniu $I$ = 2 A, na podstawie jego charakterystyki.

RnGQJLSWmKqgF

W układzie współrzędnych na osi poziomej odłożono natężenie prądu oznaczone literą wielkie I w amperach w zakresie od zera do dziewięciu amperów, a na osi pionowej napięcie oznaczone literą wielkie U w woltach w zakresie od zera do siedmiu woltów. Wykres to odcinek skierowany ukośnie w prawo i dół. Punkt początkowy odcinka znajduje się na osi pionowej i jego współrzędna wynosi sześć woltów. Punkt końcowy odcinka znajduje się na osi poziomej i jego współrzędna wynosi osiem amperów.

R12yb2CeKaD0Z

Odpowiedź: ............%

Sprawność źródła napięciowego wynosi:

η = \frac{P_{u ż}}{P_{0}} = \frac{U_{w y}}{E} = \frac{E - I r_{}}{E} = 1 - I \frac{r_{}}{E} = 1 - \frac{I}{I_{z}}

$P_{0}$ oznacza w tym wzorze całkowitą moc wytwarzaną przez źródło, a $P_{u ż}$ – moc użyteczną, oddawaną do obwodu, czyli $P_{0}$ pomniejszoną o moc wydzielaną na oporze wewnętrznym źródła $r_{}$ . $I_{z}$ oznacza prąd zwarcia zacisków baterii, który można odczytać z wykresu jako punkt przecięcia charakterystyki z osią poziomą (czyli wartość $I$ dla $U$ = 0). Więcej na ten temat można przeczytać w materiale „Charakterystyka napięciowo‑prądowa źródła napięcia”. W sytuacji zwarcia, cały prąd płynie przez opór wewnętrzny źródła. Stąd wynika zależność $I_{z}$ od $E$ i $r_{}$ , wywiedziona z prawa Ohma.

$\eta=1-\frac{I}{I_Z}=1-\frac{2}{8}=0,75=75\ \text{%}$

Ćwiczenie 6

R1YrYSaj2knly

Cztery jednakowe źródła napięcia o SEM $E$ = 10 V i oporze wewnętrznym $r$ = 1 Ω połączono, by zasilić elektromagnes o oporze $R$ = 1 Ω, wymagający dużego natężenia prądu zasilającego. Jak połączyć źródła, by natężenie to było największe?

Wszystkie źródła równolegle.
Wszystkie źródła szeregowo.
Po dwa źródła szeregowo w gałąź, a gałęzie równolegle.
Po dwa źródła równolegle, a tak utworzone baterie szeregowo.

Poniżej obliczono natężenie prądu w każdym przypadku.

Wszystkie źródła szeregowo:

RWVQ2a2T3hFCo

Rysunek przedstawia obwód elektryczny w kształcie prostokąta. Na górnej krawędzi prostokąta narysowano cztery jednakowe źródła napięciowe połączone szeregowo. Każde ze źródeł to dwa pionowe, równoległe odcinki, które symbolizują bieguny ogniwa. Lewy odcinek jest krótki i gruby, prawy długi i cienki. Nad każdym źródłem zapisano litery epsilon przecinek małe r. Prawy biegun źródła połączony jest z lewym biegunem sąsiedniego źródła. Na dolnej krawędzi prostokąta narysowano podłużny, wąski, poziomy prostokąt symbolizujący opornik. W prostokącie zapisano literę wielkie R. Strzałki na przewodach wskazują kierunek przepływu prądu w kierunku ruchu wskazówek zegara. Natężenie prądu w obwodzie oznaczono literą wielkie I.

I = \frac{4 E}{R + 4 r} = 8 A

Wszystkie źródła równolegle:

R9NRmTxQd7MeJ

Rysunek przedstawia cztery jednakowe źródła umieszczone w pionie jeden pod drugim. Każde ze źródeł to dwa pionowe, równoległe odcinki, które symbolizują bieguny ogniwa. Lewy odcinek jest krótki i gruby, prawy długi i cienki. Nad każdym źródłem zapisano litery epsilon przecinek małe r. Lewe bieguny tych źródeł, czyli krótkie i grube odcinki dwóch źródeł połączone są ze sobą. Podobnie prawe bieguny tych źródeł, czyli długie i cienkie odcinki połączone są ze sobą. Na przewodach wychodzących z prawych biegunów źródeł narysowano strzałki wskazujące kierunek przepływu prądu w prawo. Nad strzałkami zapisano wartość natężenia w każdym przewodzie w postaci ułamka wielkie I dzielone przez cztery. Pod źródłami narysowano podłużny, wąski, poziomy prostokąt symbolizujący opornik. W prostokącie zapisano literę wielkie R. Narysowano strzałkę na przewodzie z prawej strony opornika skierowaną w lewo. Nad strzałką zapisano wartość natężenia: wielkie I.

I = \frac{4 E}{4 R + r} = 8 A

Po dwa źródła szeregowo w gałąź, a gałęzie równolegle:

RzGu9z5CVj5Iv

Rysunek przedstawia obwód elektryczny w kształcie prostokąta przedzielonego na pół poziomym odcinkiem. Na górnej krawędzi prostokąta narysowano dwa jednakowe źródła połączone szeregowo. Na odcinku leżącym wewnątrz prostokąta również narysowano dwa jednakowe źródła połączone szeregowo. Nad każdym źródłem zapisano litery epsilon przecinek małe r. Na górnej krawędzi prostokąta na przewodzie łączącym prawy biegun lewego źródła z lewym biegunem prawego źródła narysowano strzałkę skierowaną w prawo wskazującą kierunek przepływu prądu. Nad strzałką zapisano wartość natężenia w przewodzie w postaci ułamka wielkie i dzielone przez dwa. Taką samą strzałkę skierowaną w prawo narysowano na przewodzie między źródłami połączonymi szeregowo na odcinku leżącym wewnątrz prostokąta. Natężenie prądu w tym przewodzie również wynosi wielkie I dzielone przez dwa. Na dolnej krawędzi prostokąta narysowano podłużny, wąski, poziomy prostokąt symbolizujący opornik. W prostokącie zapisano literę wielkie R. Strzałka na przewodzie z prawej strony opornika skierowana jest w lewo. Nad strzałką zapisano wartość natężenia: wielkie I.

I = \frac{2 E}{R + r} = 10 A

Po dwa źródła równolegle, a tak utworzone baterie szeregowo:

RsZVe8XSPDqdu

Rysunek przedstawia obwód elektryczny w kształcie prostokąta. Na górnej krawędzi prostokąta narysowano dwie baterie połączone szeregowo. Każda bateria przedstawiona jest jako kwadrat, na którego górnej i dolnej krawędzi znajduje się jedno źródło. Nad każdym źródłem zapisano litery epsilon przecinek małe r. Lewe bieguny tych źródeł, czyli krótkie i grube odcinki dwóch źródeł połączone są ze sobą. Podobnie prawe bieguny tych źródeł, czyli długie i cienkie odcinki połączone są ze sobą. W obu bateriach na poziomych przewodach wychodzących z prawych biegunów źródeł narysowano strzałki skierowane w prawo wskazujące kierunki przepływu prądu. Natężenia prądów oznaczono ułamkiem wielkie i dzielone przez dwa. Oba kwadraty połączone są poziomym przewodem leżącym na górnej krawędzi dużego prostokąta. Na tym przewodzie narysowano strzałkę skierowaną w prawo wskazującą kierunek przepływu prądu. Natężenie prądu oznaczono literą wielkie I. Na dolnej krawędzi prostokąta narysowano podłużny, wąski, poziomy prostokąt symbolizujący opornik. W prostokącie zapisano literę wielkie R. Strzałka na przewodzie z prawej strony opornika skierowana jest w lewo. Nad strzałką zapisano wartość natężenia: wielkie I.

I = \frac{2 E}{R + r} = 10 A

Ćwiczenie 7

RCcA1kQrcfKDe

Źródła napięcia o sile elektromotorycznej $E$ i oporze wewnętrznym $r$ każde, połączono szeregowo po $n$ źródeł w gałęzi, a następnie $m$ utworzonych tak gałęzi połączono równolegle. Jakie jest natężenie prądu zasilającego opór zewnętrzny o wartości $R$ z takiej baterii?

$I = \frac{m n E}{R + n r}$
$I = \frac{m E}{R + n r}$
$I = \frac{m E}{R + r}$
$I = \frac{n E}{R + n r}$

Natężenie prądu płynącego w jednej gałęzi zawierającej $n$ źródeł możemy obliczyć następująco:

I_{j e d n} = \frac{n E}{R + n r}

Całkowity prąd płynący przed opornik zewnętrzny będzie wynosił

I = m I_{j e d n} = \frac{m n E}{R + n r}

Ćwiczenie 8

Chemiczne źródła napięcia mają najczęściej ściśle określoną siłę elektromotoryczną, opór wewnętrzny i maksymalną moc, jaką można z nich czerpać. Aby ich użyć do zasilania obwodów wymagających konkretnych parametrów, trzeba je łączyć w baterie. Jakie zalety mają, Twoim zdaniem, szeregowe, równoległe i kombinowane połączenia ogniw w baterie zasilające? Przygotuj swoje argumenty i porównaj je z odpowiedzią.

Grafika interaktywna

Dla nauczyciela