Κατεβάστε την άσκηση σε .pdf αρχείο εμπλουτισμένη και με φωτογραφίες κάνοντας κλικ εδώ

- 3^ηεργαστηριακή άσκηση: Χρήση πολύμετρων - Πειραματική επαλήθευση των κανόνων του Kirchhoff

(1) Να γίνει εξοικείωση των μαθητών με τη χρήση των πολύμετρων (χρήση ως αμπερόμετρα και ως βολτόμετρα)

(2) Να γίνει πειραματική επαλήθευση των κανόνων, όπως περιγράφονται στο βιβλίο (εικόνα 2.3-15 και 2.3-19)

[ημερήσια & εσπερινά: 14^η ώρα ? Νοέμβριος]

1. Εξοικείωση με τη χρήση των πολύμετρων

*   Παρατηρήστε το πολύμετρο, πριν πιέσετε το πλήκτρο ON/OFFγια να το θέσετε σε λειτουργία.

- Στο πολύμετρο το COM είναι ο αρνητικός πόλος.

- Στον αρνητικό πόλο συνδέουμε το μαύρο καλώδιο και στο θετικό το κόκκινο (χωρίς αυτό να έχει κάποια αξία στις μετρήσεις μας).

- Ανάλογα με το αν θέλουμε να μετρήσουμε ένταση ηλεκτρικού ρεύματος (λειτουργία ως αμπερόμετρο ) ή τάση (λειτουργία ως βολτόμετρο) επιλέγουμε την κατάλληλη θέση στον περιστροφικό διακόπτη, όπως και στην υποδοχή που θα χρησιμοποιήσουμε σα θετικό πόλο. Αν πχ θέλουμε να μετρήσουμε ένταση ηλεκτρικού ρεύματος μέχρι 2Α (DC) θα περιστρέψουμε τον διακόπτη στη θέση 2 της κλίμακας A? και θα χρησιμοποιήσουμε σα θετικό πόλο την υποδοχή που σημειώνεται με Α (ή mA).

- Αν το χρησιμοποιούμε ως αμπερόμετρο το συνδέουμε σε σειρά στο προς μέτρηση ηλεκτρικό δίπολο, ενώ αν το χρησιμοποιούμε ως βολτόμετρο παράλληλα σ? αυτό.

*   Μέτρηση της τιμής μιας αντίστασης με πολύμετρα.

- Συναρμολογείστε το κύκλωμα του σχήματος, που αποτελείται από τροφοδοτικό ή μπαταρία, αντίσταση και αμπερόμετρο σε σειρά και βολτόμετρο παράλληλα στην αντίσταση (προσέχοντας τις πολικότητες των πολύμετρων).

- Επιλέξτε τις κατάλληλες κλίμακες στα πολύμετρα (ώστε να λειτουργούν σαν αμπερόμετρο και βολτόμετρο στην περιοχή τιμών που σας ενδιαφέρει).

- Επιλέγοντας μια τάση τροφοδοσίας (στο τροφοδοτικό) καταγράψτε τις  τιμές τάσης και έντασης από τις ενδείξεις των οργάνων.

- Το πηλίκο των ενδείξεων είναι η αντίσταση (R=V/I).

Σημείωση: Θα μπορούσατε να επιβεβαιώσετε τη μέτρησή σας υπολογίζοντας την αντίσταση με τη βοήθεια του ωμόμετρου (συνδέοντας τα άκρα της αντίστασης στους ακροδέκτες του πολύμετρου, ρυθμίζοντας κατάλληλα την κλίμακά του στο Ω και θετικό πόλο το V/Ω το πολύμετρο μετρά απευθείας και αντιστάσεις).

2. Πειραματική επαλήθευση 1ου κανόνα του Kirchhoff

*   Θα χρειαστείτε δύο αντιστάτες (πχ 120Ω και 220Ω), τρία πολύμετρα (σε λειτουργία αμπερομέτρου), τροφοδοτικό συνεχούς τάσης, διακόπτη και καλώδια.

- Συναρμολογείστε το κύκλωμα της εικόνας 2.3-15. Με Χ συμβολίζονται οι αντιστάτες.

- Βάλτε σε λειτουργία τα όργανα, επιλέγοντας τις κατάλληλες κλίμακες στα πολύμετρα και καταγράψτε τις ενδείξεις των οργάνων. Τι παρατηρείτε;

- Παρατηρούμε ότι: I = I₁ + I₂

*   Εξήγηση: Αποδείξατε πειραματικά τον 1^ο κανόνα του Kirchhoff: «Δηλαδή, το άθροισμα των εντάσεων των ρευμάτων, που εισέρχονται σ' ένα κόμβο, ισούται με το άθροισμα των εντάσεων των ρευμάτων, που εξέρχονται απ' αυτόν. Σ(I_εισ)=Σ(I_εξ). Ο 1^ος κανόνας του Kirchhoff είναι συνέπεια της αρχής διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου.»

3. Πειραματική επαλήθευση 2ου κανόνα του Kirchhoff

*   Θα χρειαστείτε δύο αντιστάτες (πχ 120Ω και 220Ω), τρία πολύμετρα (σε λειτουργία βολτομέτρου), τροφοδοτικό συνεχούς τάσης, διακόπτη και καλώδια.

- Συναρμολογείστε το κύκλωμα της εικόνας 2.3-19. Με Χ συμβολίζονται οι αντιστάτες.

- Βάλτε σε λειτουργία τα όργανα, επιλέγοντας τις κατάλληλες κλίμακες στα πολύμετρα και καταγράψτε τις ενδείξεις των οργάνων. Τι παρατηρείτε;

- Παρατηρούμε ότι: V= V₁+ V₂

*   Εξήγηση: Αποδείξατε πειραματικά το 2^ο κανόνα του Kirchhoff: «Δηλαδή, κατά μήκος μιας κλειστής διαδρομής σ' ένα κύκλωμα το αλγεβρικό άθροισμα των διαφορών δυναμικού ισούται με μηδέν. Σ(ΔV) = 0. Ο 2ος κανόνας του Kirchhoff είναι συνέπεια της αρχής διατήρησης της ενέργειας.»

Φύλλο εργασίας

1^η άσκηση

Υλικά:

1. Τροφοδοτικό χαμηλής και υψηλής τάσης (ΗΛ.620.0)

2. Καλώδια (ΗΛ.170.0) και ρευματολήπτες (ΗΛ.151.0)

3. Δύο πολύμετρα ψηφιακά (ΗΛ.760.0)

4. Αντίσταση 100Ω

Διαδικασία:

1.            Παρατηρήστε το πολύμετρο, πριν πιέσετε το πλήκτρο ON/OFFγια να το θέσετε σε λειτουργία.

- Στο πολύμετρο το COM είναι ο αρνητικός πόλος. Συνδέστε ένα καλώδιο στην υποδοχή COM και αφήστε το εκεί για όλες τις μετρήσεις σας.

- Ο περιστροφικός διακόπτης στο κέντρο του πολύμετρου τοποθετείται στην κατάλληλη θέση της αντίστοιχης κλίμακας, ανάλογα με το τι θέλετε να μετρήσετε. Αντίστοιχα επιλέγετε και την υποδοχή που θα χρησιμοποιήσετε σα θετικό πόλο.

? Αν μετράτε ένταση ηλεκτρικού ρεύματος (λειτουργία ως αμπερόμετρο) έως 2Α (DC) τοποθετείται στη θέση 2 της κλίμακας A? και θα χρησιμοποιήσετε σα θετικό πόλο την υποδοχή που σημειώνεται με Α (ή mA).

? Αν μετράτε ένταση ηλεκτρικού ρεύματος (λειτουργία ως αμπερόμετρο) έως 4Α (DC) τοποθετείται στη θέση 20 της κλίμακας A? και θα χρησιμοποιήσετε σα θετικό πόλο την υποδοχή που σημειώνεται με 20Α.

Η υποδοχή 20Α και στα συνεχή και στα εναλλασσόμενα ρεύματα επιλέγεται μόνο όταν έχετε ηλεκτρικά ρεύματα μεγαλύτερα των 2Α. Σε όλες τις άλλες περιπτώσεις ηλεκτρικών ρευμάτων, που επιλέγετε μικρότερες των 2Α κλίμακες στον περιστροφικό διακόπτη είτε στην κλίμακα DC (A?) είτε στην AC (Α~), θα χρησιμοποιείτε σα θετικό πόλο την υποδοχή που σημειώνεται με Α (ή mA).

? Αν μετράτε τάση ηλεκτρικού ρεύματος (λειτουργία ως βολτόμετρο) έως 20V(DC) τοποθετείται στη θέση 20 της κλίμακας V? και θα χρησιμοποιήσετε σα θετικό πόλο την υποδοχή που σημειώνεται με V/Ω.

? Αν μετράτε τάση ηλεκτρικού ρεύματος (λειτουργία ως βολτόμετρο ) έως 200V (ΑC) τοποθετείται στη θέση 200 της κλίμακας V~ και θα χρησιμοποιήσετε σα θετικό πόλο την υποδοχή που σημειώνεται με V/Ω.

2.            Συναρμολογείστε το κύκλωμα του σχήματος, που αποτελείται από τροφοδοτικό, αντίσταση και αμπερόμετρο σε σειρά και βολτόμετρο παράλληλα στην αντίσταση (προσέχοντας τις πολικότητες των πολύμετρων, που θα χρησιμοποιηθούν το ένα σαν αμπερόμετρο έως 2Α DC και το άλλο ως βολτόμετρο έως 20VDC).

- Επιλέγοντας τάση τροφοδοσίας 2VDC(στο τροφοδοτικό στην κλίμακα 0?20V/6A) καταγράψτε τις  τιμές τάσης και έντασης από τις ενδείξεις των οργάνων.

- Το πηλίκο των ενδείξεων είναι η αντίσταση (R=V/I). Τι παρατηρείτε;

Συμφωνεί το αποτέλεσμά σας με την αναγραφόμενη τιμή της αντίστασης (πάνω στην αντίσταση ή στη συσκευασίας της).

2^η άσκηση

Υλικά:

1. Τροφοδοτικό χαμηλής και υψηλής τάσης (ΗΛ.620.0)

2. Καλώδια (ΗΛ.170.0) και ρευματολήπτες (ΗΛ.151.0)

3. Δύο αντιστάσεις 120Ω και 220Ω

4. Τρία πολύμετρα ψηφιακά (ΗΛ.760.0)

Διαδικασία:

- Συναρμολογείστε το κύκλωμα της εικόνας 2.3-15. Στη θέση ΒΖ του κλάδου που διαρρέεται από ρεύμα I₁ συνδέστε την αντίσταση των 120Ω και στη θέση ΒΗ του κλάδου που διαρρέεται από ρεύμα I₂ συνδέστε την αντίσταση των 220Ω.

- Ρυθμίστε τα πολύμετρα να λειτουργούν ως αμπερόμετρα DC έως 2Α.

- Βάλτε σε λειτουργία (ΟΝ) τροφοδοτικό και πολύμετρα και δώστε από το τροφοδοτικό τάση 3V.

- Καταγράψτε τις ενδείξεις των οργάνων. Τι παρατηρείτε;

3^η άσκηση

Υλικά:

1. Τροφοδοτικό χαμηλής και υψηλής τάσης (ΗΛ.620.0)

2. Καλώδια (ΗΛ.170.0) και ρευματολήπτες (ΗΛ.151.0)

3. Δύο αντιστάσεις 120Ω και 220Ω

4. Τρία πολύμετρα ψηφιακά (ΗΛ.760.0)

Διαδικασία:

- Συναρμολογείστε το κύκλωμα της εικόνας 2.3-19. Στη θέση ΑΒ του κλάδου που συνδέεται με το βολτόμετρο V₁ συνδέστε την αντίσταση των 120Ω και στη θέση ΒΓ του κλάδου που συνδέεται με το βολτόμετρο V₂ συνδέστε την αντίσταση των 220Ω.

- Ρυθμίστε τα πολύμετρα να λειτουργούν ως βολτόμετρα DC έως 20V.

- Βάλτε σε λειτουργία (ΟΝ) τροφοδοτικό και πολύμετρα και δώστε από το τροφοδοτικό τάση 4V.

- Καταγράψτε τις ενδείξεις των οργάνων. Τι παρατηρείτε;

Κατεβάστε την άσκηση σε .pdf αρχείο εμπλουτισμένη και με φωτογραφίες κάνοντας κλικ εδώ

ΥΛΙΚΑ ΠΟΥ ΑΠΑΙΤΟΥΝΤΑΙ:

1.         Βάσεις παραλληλόγραμμες (ΓΕ.010.0)

2.         Ράβδοι μεταλλικές (ΓΕ.030.Χ)

3.         Σύνδεσμοι απλοί (ΓΕ.020.0)

4.         Μάζες (ΓΕ.100.Χ)

5.         Τροχαλίες απλές (ΜΣ.080.0)

6.         Νήμα

7.         Ηλεκτρονικός ζυγός (ΓΕ.130.0)

8.         Μιλιμετρέ χαρτί

9.         Μοιρογνωμόνιο (ΓΕ.200.0)

10.       Μολύβι

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ:

1.         Κάνουμε στο νήμα τρεις θηλιές, δύο στις άκρες του και μία στο μέσον.

2.         Περνάμε το νήμα από τις δύο τροχαλίες που έχουμε στερεωμένες στο ίδιο ύψος, σε δύο ράβδους με βάσεις.

3.         Κρεμάμε δύο ίδια βάρη στα άκρα του νήματος και το νήμα μεταξύ των τροχαλιών ισορροπεί οριζόντιο (δύο αντίθετες δυνάμεις με σημείο εφαρμογής τον κόμπο της θηλιάς στο μέσον του νήματος). Τα βάρη δεν είναι απαραίτητο να βρίσκονται στο ίδιο ύψος και αν τα μετακινήσουμε υψηλότερα ή χαμηλότερα η ισορροπία δεν επηρεάζεται.

4.         Διπλασιάζουμε τα βάρη και το νήμα συνεχίζει να ισορροπεί οριζόντιο.

5.         Κρεμάμε στη μεσαία θηλιά ένα βάρος, μετράμε τη γωνία με το μοιρογνωμόνιο, σχεδιάζουμε με κλίμακα τις δυνάμεις σε μιλιμετρέ χαρτί.

6.         Επαναλαμβάνουμε με διάφορα βάρη στις τρεις θέσεις και επιβεβαιώνουμε τον κανόνα ότι, ισορροπούν οι τρεις δυνάμεις όταν οι συνισταμένη των δύο είναι αντίθετη της τρίτης.

7.         Τοποθετούμε στην αριστερή θηλιά 4 βάρη, στη δεξιά 3, στη μεσαία 5 και παρατηρούμε ότι ισορροπούν με το νήμα να σχηματίζει γωνία είναι 90?.

Κατεβάστε την άσκηση σε .pdf αρχείο εμπλουτισμένη και με φωτογραφίες κάνοντας κλικ εδώ

- 2^ηεργαστηριακή άσκηση: Εκτροπή μαγνητικής βελόνας - Κατασκευή ηλεκτρομαγνήτη

Κατά τη διδασκαλία των μαγνητικών αποτελεσμάτων του ηλεκτρικού ρεύματος οι μαθητές να εμπλακούν σε πειράματα εκτροπής μαγνητικής βελόνας λόγω ηλεκτρικού ρεύματος και να κατασκευάσουν ηλεκτρομαγνήτη.

[ημερήσια & εσπερινά: 12^η ώρα ? Νοέμβριος]

1. Εκτροπή μαγνητικής βελόνας

*   Συναρμολογείστε διάταξη με τροφοδοτικό και δύο μονωτικούς στύλους, που συνδέονται με τεντωμένο οριζόντιο καλώδιο, σε κωνικές βάσεις. Κάτω από το καλώδιο και παράλληλα σ? αυτό βρίσκονται η μαγνητική βελόνη σε βάση ή μια μαγνητική πυξίδα.

- Τροφοδοτείστε το κύκλωμα με ρεύμα. Τι παρατηρείτε;

- Η βελόνη εκτρέπεται (πείραμα Oersted).

*   Συνδέστε τους πόλους ενός πηνίου με τροφοδοτικό και διακόπτη σε σειρά.

- Κοντά στο πηνίο τοποθετείστε μια πυξίδα.

Τροφοδοτείστε με ρεύμα το κύκλωμα κλείνοντας το διακόπτη. Τι παρατηρείτε;

*   Η βελόνη της πυξίδας εκτρέπεται γιατί το πηνίο μετατράπηκε σε μαγνήτη.

*   Εξήγηση: Αυτό οφείλεται στη σχέση του ηλεκτρισμού με το μαγνητισμό:  «Ενώ ετοιμαζόταν για μια βραδινή διάλεξη στις 21 Απριλίου 1820, ο ?rsted ετοίμαζε ένα πείραμα, όταν κάτι τον εξέπληξε: Πρόσεξε ότι η βελόνα μιας πυξίδας απέκλινε από το μαγνητικό βορρά όταν το ηλεκτρικό ρεύμα από τη μπαταρία που  χρησιμοποιούσε έρεε ή σταματούσε. Αυτή η στροφή της βελόνας τον έπεισε ότι σε όλες τις πλευρές ενός σύρματος που μεταφέρει ηλεκτρικό ρεύμα δημιουργούνται μαγνητικά πεδία. Αυτό το πείραμα, που έμεινε στην Ιστορία της Επιστήμης ως Πείραμα του ?rsted, επιβεβαίωσε την άμεση σχέση του ηλεκτρισμού με το μαγνητισμό.»

2. Κατασκευή ηλεκτρομαγνήτη

*   Θα χρειαστείτε ένα πηνίο (πχ 1200 σπειρών), πυρήνα σχήματος U, τροφοδοτικό συνεχούς τάσης και καλώδια.

*   Τοποθετήστε το πηνίο στον πυρήνα σχήματος U.

- Συνδέστε τους πόλους του πηνίου με καλώδια με το τροφοδοτικό (0-20V/DC).

- Δώστε μία τάση στο τροφοδοτικό και πλησιάστε το άκρο του πυρήνα σχήματος U (όχι αυτό που έχει το πηνίο, αλλά το άλλο) σε μεταλλικά αντικείμενα. Τι παρατηρείτε;

*   Τα αντικείμενα που μπορούν να μαγνητιστούν έλκονται από τον πυρήνα.

*   Εξήγηση: Κατασκευάσαμε έναν ηλεκτρομαγνήτη: «Όταν το πηνίο διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα, ο πυρήνας μαγνητίζεται και συμπεριφέρεται σαν φυσικός μαγνήτης. Το σημαντικό όμως είναι ότι μόλις διακοπεί η παροχή ρεύματος, ο ηλεκτρομαγνήτης χάνει τις μαγνητικές του ιδιότητες. Με άλλα λόγια έχουμε ένα μαγνήτη, ισχυρότερο από τους φυσικούς και το βασικότερο, με μαγνητικές ιδιότητες μόνο για όσο θέλουμε εμείς.»

Φύλλο εργασίας

1^η άσκηση

Υλικά:

1. Τροφοδοτικό χαμηλής και υψηλής τάσης (ΗΛ.620.0)

2. Καλώδια (ΗΛ.170.0) και ρευματολήπτες (ΗΛ.151.0)

3. Μονωτικοί στύλοι (ΗΛ.040.0)

4. Μαγνητική βελόνη σε βάση (ΜΑ.020.0) ή μαγνητική πυξίδα (ΜΑ.025.0)

Διαδικασία:

- Συνδέστε με καλώδια το τροφοδοτικό με δύο μονωτικούς στύλους, που συνδέονται με τεντωμένο οριζόντιο καλώδιο, σε κωνικές βάσεις. Κάτω από το καλώδιο κοντά και παράλληλα σ? αυτό τοποθετείστε τη μαγνητική βελόνη σε βάση ή την πυξίδα.

- Τροφοδοτείστε το κύκλωμα με ρεύμα (χαμηλής τάσης). Τι παρατηρείτε;

2^η άσκηση

Υλικά:

1. Τροφοδοτικό χαμηλής και υψηλής τάσης (ΗΛ.620.0)

2. Καλώδια (ΗΛ.170.0) και ρευματολήπτες (ΗΛ.151.0)

3. Πηνίο 1200 σπειρών (ΗΛ.352.0)

4. Πυρήνας σχήματος U (ΗΛ.360.0)

5. Διακόπτης απλός μαχαιρωτός (ΗΛ.200.0)

Διαδικασία:

- Τοποθετήστε το πηνίο στον πυρήνα σχήματος U.

- Συνδέστε τους πόλους του πηνίου με καλώδια με το τροφοδοτικό (0-20V/DC).

- Δώστε μία τάση στο τροφοδοτικό και πλησιάστε το άκρο του πυρήνα σχήματος U (όχι αυτό που έχει το πηνίο, αλλά το άλλο) σε μεταλλικά αντικείμενα. Τι παρατηρείτε;