Установка. Два одинаковых сухих гальванических элемента. Их положительные полюсы соединены между собой проводником. К их отрицательным полюсам присоединена лампочка накаливания от карманного фонаря (рис. 17).
Условие задачи. Перед вами два элемента, соединенные между собой. К их свободным полюсам прикреплена лампочка накаливания.
Почему она не светит?
Что нужно сделать для того, чтобы нить лампочки накалилась?
Дополнения. 1. Сколькими способами можно осуществить накал нити лампочки?
2. Почему при одном способе нить лампочки накаливается сильнее, чем при другом?
3. Почему установка задачи не представляет собой замкнутой электрической цепи, если она состоит из замкнутого ряда проводников?
4. Какие два условия необходимы для того, чтобы какую-либо установку можно было назвать замкнутой электрической цепью?
Решение и пояснения
70. (10, 7-й кл.) Лампочка не светит потому, что ЭДС в цепи равна нулю ( = 1 – 2 = 0, так как 1 = 2). Для того чтобы лампочка накалилась, необходимо так включить ее, чтобы в цепи действовала ЭДС.
Дополнения (1 и 2 даются вместе с задачей, 3 и 4 – после ее решения). 1. Двумя: а) сохранить соединение элементов и включить лампочку параллельно в цепь, т. е. один провод от лампы присоединить к положительным полюсам, другой – к отрицательным, и б) переключить элементы на последовательное соединение.
2. Курсовой вопрос.
3. Потому что в ней нет ЭДС.
4. Во-первых, замкнутая цепь проводников и, во-вторых, наличие в ней ЭДС.
Последовательное включение.
Установка. Используется установка задачи 69.
К ней добавляется еще одна лампочка, такая же, как и первая, с патроном и шнуром. У второй лампочки концы проводов шнура должны быть также зачищены.
Кроме того, ставится настольная электрическая лампочка, которая приключается с помощью шнура к нижним клеммам предохранителя. Обе пробки предохранителя целы.
Условие задачи. Включите вилку шнура, идущего от верхних клемм предохранителя, в стенную розетку электрической сети. Этим вы включите настольную лампу. Если перегорит одна из пробок, лампа погаснет.
Когда это происходит с квартирным предохранителем, то вся квартира погружается во мрак. Это представляет двойное неудобство: во-первых, в темноте трудно отыскать перегоревшую пробку и заменить ее новой. Во-вторых, нельзя быть уверенным, что причина, вызвавшая короткое замыкание в цепи, устранена к моменту замены пробок, причем в этом случае новая пробка также перегорит.
Как с помощью выставленных перед вами предметов можно осуществить автоматически действующий сигнализатор, который:
1) осветил бы предохранитель в момент перегорания одной или двух пробок,
2) указал бы, какая пробка предохранителя перегорела, дал бы возможность выяснить, существует ли еще в цепи короткое замыкание.
Решение и пояснения
71. (10, 7-й кл.) Одна сигнальная лампочка присоединяется к клеммам 1–3, другая к клеммам 2–4 (рис. 16). При перегорании пробок сигнальные лампочки включаются в цепь, замкнутую квартирными электрическими лампочками или приборами. При перегорании левой пробки включится левая сигнальная лампочка, при перегорании правой – правая. При коротком замыкании обе сигнальные лампочки (или одна лампочка) дают максимальный накал, не зависящий от включения или выключения квартирных лампочек или приборов.
Параллельное соединение.
Установка. Сухой элемент. Электрический звонок. Кнопка, монтированная на дощечке, в которую вделаны две клеммы. На нижней стороне дощечки укрепляется сопротивление, сделанное из тонкой изолированной проволоки высокого сопротивления. Одна клемма соединена с одним концом сопротивления, другая – с одним из контактов кнопки. Второй контакт кнопки соединяется со вторым концом сопротивления. Весь монтаж делается на нижней стороне дощечки (рис. 18). Соединительные провода.
Условие задачи. Включите в звонковую цепь кнопку таким образом, чтобы ее действие было обратным обычному: нажатая кнопка прекращала бы работу звонка, а при ненажатой кнопке звонок начинал бы звонить.
Дополнения. 1. В каком случае гальванический элемент сильнее истощается: при работе звонка или наоборот – когда звонок не звонит?
2. Проходит ли ток через звонок, когда кнопка нажата, а звонок не звонит?
Решение и пояснения
72. (7-й кл.) Кнопка включается параллельно звонку.
Дополнения (даются вместе с задачей). 1. Элемент сильнее истощается при нажатой кнопке, т. е. когда звонок не звонит.
2. Проходит, но недостаточный для того, чтобы вызвать работу звонка.
Включить сопротивления необходимо для того, чтобы при нажатой кнопке элемент не был бы замкнут накоротко.
Сопротивление имеет порядок 3–5 ом. Оно должно быть так подобрано, чтобы при нем нажатая кнопка прекращала колебания звонкового молоточка. Разумеется, чем больше будет при этом сопротивление, тем меньше будет расходоваться энергия элемента. Проще и удобнее всего свернуть изолированную проволоку высокого сопротивления в плоскую спираль, расположить ее на нижней стороне перевернутой дощечки с кнопкой и приклеить ее к дощечке.
Это дополнительное сопротивление скрыто от учащихся с единственной целью не отвлекать их внимания от основной темы и не вносить путаницы в их мысли такой деталью установки, которая совершенно не нужна для осуществления опыта. Кроме того, преподавателю будет небезынтересно выяснить, найдется ли хоть один учащийся, которому покажется такое соединение кнопки недопустимым, безграмотным, именно вследствие возникающего при нажатии ее короткого замыкания.
Разумеется, после решения задачи следует обязательно обратить внимание учащихся на дополнительное сопротивление и на причину его включения.
Замыкание цепи землей.
Условие задачи. На фасадах некоторых загородных домов натягиваются параллельными рядами вертикальные проволоки, по которым поднимаются вверх вьющиеся растения (дикий виноград, хмель и т. п.). Если к фасаду дома подходят провода, подводящие ток, то вьющиеся растения, дотянувшись до них, начинают обвивать провода на протяжении нескольких сантиметров, а иногда и половины метра. Если эти провода идут от электростанции постоянного тока, то можно наблюдать любопытное явление: растение обвивает только один провод, никогда не два. Почему?
Мало того, если осторожно снять растение с провода и насильно навить часть его на другой провод, то оно самостоятельно сматывается с провода и вновь начинает цепляться своими усиками за первый провод. После такой насильной навивки часть листьев и усиков погибает. О чем говорят эти опыты с растением?
Решение и пояснения
73. (7, 10-й кл.) Один из проводов заземляется на электрической станции. Таким образом, растение, касаясь второго провода, замыкает через себя и землю электрическую цепь. Когда усик или стебелек касаются второго провода, в них возникает электролитическое разложение токов, сопровождающееся выделением газов (главным образом, О2 и Н2). Так как газы выделяются интенсивнее в том участке поверхности стебелька, который касается провода, то поверхность его вздувается – увеличивается и стебелек заворачивается в сторону не удлиненной части. Вследствие этого он отклоняется от провода.
Сопротивление земли.
Установка. Школьный телеграфный аппарат. Ключ для него. Пять карманных батареек, последовательно соединенных (или эквивалентная им по ЭДС батарея). Головной телефон. Два квадратных железных листа примерно 30 ´ 30 см, с совершенно чистой поверхностью, не покрытой ни краской, ни маслом. К каждому листу припаяна изолированная проволока, длиной около 2 м. Моток изолированного провода. Деревянный ящик, высотой 35 см, шириной 30 см и длиной 35 см. В него должны свободно входить вертикально железные листы, расстояние между которыми оставляется около 10 см. Лейка или кувшин. Лопата. Табуретка.
Условие задачи. Возьмите вместе с товарищами все выставленные предметы и материалы и вынесите их на школьный двор или сад.
Установите на табуретке телеграфный ключ и батарею. Соедините их последовательно, но оставьте свободным один полюс батареи и один контакт (клемму) телеграфного ключа. Для замыкания цепи (при нажатом ключе) необходимо еще соединить проводником свободный полюс батареи со свободным контактом (клеммой) ключа. В качестве этого проводника используйте землю. Вложите в ящик два железных листа и, расположив их вертикально, на расстоянии приблизительно 10 см один от другого, плотно засыпьте их влажной землей до краев ящика. Теперь соедините проволоку, идущую от одного железного листа со свободным полюсом батареи, а другую проволоку, идущую от второго железного листа, со свободным контактом ключа. Нажмите ключ. Телеграфный аппарат будет бездействовать. Проверьте вашу цепь электрического тока, включив вместо телеграфного аппарата головной телефон. Каждое замыкание и размыкание -цепи ключом вызовет в телефоне щелчок. Чем же объяснить, что в вашем опыте телеграфный аппарат отказывается работать?
Вам известно, что в телеграфных линиях применяется земля в качестве второго провода, расстояние между заземлениями равно не 10 см, а сотням километров. Разница между вашим опытом и практическими установками заключается в том, что вы железные электроды зарыли в землю, а на практике их зарывают в Землю. Проверьте, имеет ли это значение. (Обратите внимание на написание слова „Земля".)
Выньте обе железные пластины из ящика. Выройте лопатой неподалеку от телеграфного аппарата яму. Ройте до тех пор, пока песок или земля в ямке не станут слегка влажными на ощупь. Тогда поставьте вертикально на дно ямки один железный лист и плотно засыпьте его землей. Полейте сверху водой. Для второй ямки, в которую должен быть зарыт лист, выберите место как можно более удаленное от первой. Это расстояние ограничивается только с одной стороны размерами двора или сада, в котором вы проводите опыты, и с другой стороны – длиной изолированной проволоки, которую дал вам учитель, свернутой в моток. Когда вы зароете в землю второй железный лист (землю сверху польете водой), можете присоединить провода от первого и второго листа к вашей установке.
Каждое нажатие ключа теперь сопровождается работой телеграфного аппарата.
Почему же сопротивление земляного проводника длиной в 10 см оказывается в сотни раз больше, чем сопротивление земляного проводника, длиной в несколько метров и даже десятков метров в вашем втором опыте?
Дополнения. 1. Как изменяется сопротивление телеграфной цепи в зависимости от размеров заземленных электродов?
2. Как изменяется сопротивление телеграфной цепи в зависимости от расстояния между заземленными электродами?
Решение и пояснения
74. (7, 10-й кл.) Сопротивление земляного проводника, как и любого иного, зависит не только от его длины, но и от площади его поперечного сечения.
Земляной проводник в ящике имел сечение порядка S1 = 103 см2. Сечение Земли во втором опыте имеет порядок S2 =1018 см2.
Если считать, что расстояние между заземлениями в первом опыте l1 = 10 см, во втором положим даже l2 = 1000 км = 108 см и удельное сопротивление земли , то будем иметь:
R1 = 
= 10–2и R2 = 10–10.
Практически сопротивление не зависит от расстояния между заземлениями и определяется главным образом сопротивлением контакта между поверхностями металлических пластинок и землей (см. решение задачи 79).
Дополнения. 1. Чем больше поверхность заземленных электродов, тем меньше контактное сопротивление, а следовательно, и общее сопротивление телеграфной цепи.
2. Практически не изменяется.
Как легко видеть из условия задачи, длина изолированного провода определяется тем максимальным расстоянием, на котором можно (в условиях школьного двора или сада) закопать электроды.
Ток в массивном проводнике.
Установка. Большая фотографическая кювета, наполненная водой. (Кювета сделана из непроводящего электрический ток материала.) На одной стороне ее в двух углах укреплены две проволочки, опущенные в воду и соединенные с помощью шнура с сетью электрического освещения. В цепь последовательно включается маломощная лампочка накаливания (рассчитанная на напряжение сети) в качестве предохранительного сопротивления. Головной телефон. Штепсельная розетка, монтированная на дощечке, от которой идут две изолированные проволоки, длиной примерно в 30 см каждая, с зачищенными концами.
Условие задачи. В ванночку (кювету) налита вода, в которую опущены две проволочки (около задней стенки), включенные в сеть городского переменного тока. Электрический ток проходит по жидкости между опущенными в нее проволочками.
Наденьте головной телефон, который включен в розетку. От розетки идут две проволочки, концы которых опустите на некотором расстоянии один от другого в воду у передней стенки ванночки.
Почему через ваш телефон, включенный в цепь в стороне от проволочек, соединенных с сетью, проходит электрический ток? (Телефон звучит.)
Этим приемом широко пользовались во время войны 1914 г. для перехватывания вражеских телефонных переговоров.
Дополнения. 1. Как изменяется сила тока в телефоне, если вы будете увеличивать и уменьшать расстояние между опущенными в жидкость концами проволок? Почему?
2. Чему равна сила тока в телефоне, если расстояние между концами проволок равно нулю? Почему?
3. Как изменяется сила тока в телефоне, если концы проволок приближать к задней стенке? Почему?
Решение и пояснения
75. (7, 10-й кл.) Линии тока расходятся по всему объему воды, как и по всему объему любого массивного проводника. Они распределяются так же, как распределяются силовые линии электрического поля между опущенными в воду проводами электрической сети.
Дополнения 1, 2 и 3. Вопросы из курса физики.
Вместо головного телефона можно использовать репродуктор, а вместо кюветы – глубокую обеденную тарелку. Таким образом, каждый учащийся, у которого дома имеется головной телефон или репродуктор, получает возможность решать задачу 75 в домашней обстановке.
Проволоки, подводящие ток к кювете, проще всего укрепить к ее краям, согнув их в виде пружинящих головных шпилек и насадив их на край.
Дата: 2019-02-19, просмотров: 222.
