Зависимость силы тока в проводнике от сопротивления.

Анализ анимации - Закон Ома

... Работая с предыдущей анимацией, было наивно предположено о нахождении самого антинаучного интерактивного пособия - иллюстрирующего как нельзя работать в кабинете физике! А зря, поскольку кладезь "Класс!ных" анимаций для уроков физики, демонстрирующих "запредельные образовательные и воспитательные эффекты" был найден по презентации сайта Балдиной Елены Александровны, учителя физики г. Санкт-Петербург в разделе "Электрические явления". Активная ссылка на источник «Класс!ная физика»: http://class-fizika.ru/z/08_class.html.

Ниже представлена одна из множества таких "Класс!ных" анимаций, демонстрирующая вопиющие нарушения техники безопасности в кабинете физики во время проведения экспериментальных исследований...

Первые два слайда пропускаем в виду отсутствия информации отличающейся от бумажного носителя.

Сборка электрической цепи отличником

Третий слайд интерактивного учебника гипнотизирует и интригует своим описанием: «Экспериментально установим соотношение между силой тока, напряжением и сопротивлением цепи, собрав электрическую цепь из источника тока, лампы, амперметра, вольтметра и ключа…»

увеличить изображениеВозникает вопрос: "Как с помощью перечисленных элементов электрической цепи можно установить соответствие между силой тока, напряжением и сопротивлением?"

Для получения ответа на поставленный вопрос будем выступать в роли ученика - отличника, от чьего имени и попытаемся собрать электрическую цепь по предложенной принципиальной схеме и поэкспериментировать с ней. Приступаем к сборке электрической цепи в следующем порядке: плюс гальванического элемента подключаем, согласно принципиальной схемы, к пустому зажиму ключа, другой зажим которого соединяем с плюсовой клеммой амперметра, а его минусовую клемму соединяем с контактом лампочки и плюсом вольтметра. Далее минус вольтметра, соединяем со свободным контактом лампочки, который затем замыкаем на отрицательный электрод гальванического элемента и, проверив все соединения - замыкаем ключ...

... и над амперметром с вольтметром появляются струйки черного дыма, сопровождаемые ярко красным сообщением: "Цепь собрана не по схеме" - с которым не согласиться ни один практикующий учитель физики, поскольку очевидно - цепь соответствуетпринципиальной схеме на 100%

ВНИМАНИЕ: Все дальнейшие способы сборки электрических цепей в действительности неработоспособны, в то время как данная интерактивная анимация представляет их правильно собранными и верно работающими, в связи с чем, нужно понимать, что выводы, сделанные от лица ученика шуточно - ироничные и не имеют отношения к реальности :-)

Сборка электрической цепи гуманитарием

Поскольку с первого раза правильно собрать электрическую цепь у нас не получилось, для получения ответа на поставленный вопрос попробуем собрать электрическую цепь со второй попытки но уже в качестве "ученика-гуманитария максимально удаленного от физики", порывшись в подсознании которого находим мысль вроде: "...схема собирается последовательно от плюса к минусу...". Сказано, сделано: К положительной клемме гальванического элемента, подключаем левый контакт лампочки, а правый к минусовой клемме вольтметра, плюс которого соединяем с плюсовой клеммой амперметра. Осталось подключить минусовую клемму амперметра к ключу, который, в свою очередь соединяем на минус источника тока и замыкаем ключ...

Боюсь даже предположить какой вывод сделает наш экспериментатор. Не исключено и такое толкование данного эксперимента, что "при последовательном соединении лампочка вырабатывает напряжение в три вольта, раз вольтметр показывает 4,5 вольта..." :-)

Сборка электрической цепи троечником

3Другому иследователю - экспериментатору, предположим, "твердому троечнику", может прийти мысль: "...плюс надо соединять на минус...". Грешно будет ее не проверить, раз уж в наших руках оказался такой чудный интерактивный учебник, поэтому спешим соединить плюс источника тока с минусовой клеммой вольтметра, а его плюсовую клемму соединяем с лампочкой, другой контакт которой включаем с плюсом амперметра и далее по рисунку...

вывод к которому придет данный экспериментатор: "...при последовательном соединении лампочки с вольтметром, амперметром и гальваническим элементом она вырабатывает напряжение 3 В при силе тока 0,2 А...":-)

Исследование возможности передачи энергии с помощью одного провода

Продолжая экспериментировать с данной анимацией "можно исследовать 4 возможность передачи электроэнергии с помощью всего одного провода", в отличии от классического способа где необходимо иметь два проводника.

Для проведения этого эксперимента достаточно минус источника питания соединить с любой клеммой ключа или амперметра, причем положение ключа значения не имеет, т.е. - неважно замкнут он или разомкнут. Плюсовую клемму источника тока соединяем с лампочкой и плюсом вольтметра, а другую клемму лампочки соединяем с минусом вольтметра и все - лампочка загорается, вольтметр показывает напряжение - 4,5 В.

ВАЖНО: если собрать цепь сразу после перехода на третий слайд, как показано на рисунке, может появиться надпись - «Цепь собрана не по схеме», во избежание этого необходимо вначале эксперимента положительный полюс гальванического элемента подключать к правой клемме лампочки, и только после подключения вольтметра и загорания лампочки его можно перебросить на левую. Больше проводник не трогать, поскольку третий перенос проводника чреват возгоранием приборов... :-)

... другиё находки... в разработке :-)

... Измерёние напряжения на клеммах гальванического элемента... в разработке :-)

Определение зависимости силы тока от напряжения

Заголовок четвертого слайда предлагает в качестве источника тока выбрать батарею напряжением 1.5 В., но Батарея может иметь напряжение 1.5 В. только в том случае, если составляющие ее элементы соединить параллельно. На четвертом слайде изображено три батареи, но все они состоят из последовательно соединенных элементов. Получается, что поставленная автором задача для отличника - невыполнима, поскольку он не найдет на анимации батарею на 1.5 В.

БатареяВ обиходе батарейкой обычно не совсем корректно называют одиночные гальванические элементы (например, типа АА), которые в источниках питания устройств соединяются в батарею для получения необходимого напряжения. Использование термина «батарейка» в технической литературе не рекомендуется, а стало быть и в образовательной тем более.

Автор анимации, конечно, мог и на куске мела написать - батарея, но ведь мел от этого не стал бы батареей, зато автора при этом можно было бы назвать мошенником, изготовившим котрафакт и призвать к уголовной ответственности, поскольку настоящая батарея выглядела так, как показано справа и имела напряжение 4,5 В.

В виду того, что мышкой не удалось захватить ничего кроме гальванического элемента, взял его. Снимая показания амперметра, неожиданно понял, что имею дело с каким-то "хамелеоном", а не амперметром, поскольку точно помню, что плюсовая клемма у амперметра на предыдущем слайде была справа, как и положено, а здесь она каким-то образом поменялась местами с отрицательной клеммой. Но для чего!?

Долго искал объяснение, оправдывающее столь радикальную смену полярности клемм и смог найти только одно - повидимому это было авторское желание уменьшить количество пересечений проводников, поскольку он знал, что собранная электрическая схема не должна содержать пересечений проводников, а "сориентироваться среди трех сосен не удалось, поэтому их и спилили".

Кроме того, на исправленной анимации электрической схемы изображена батарея, собранная из трех гальванических элементов на 1.5 В, а над ней показано, как выглядит нормальная аккумуляторная батарея из трех банок (проводники в настоящих аккумуляторных батареях, соединяющие отдельные банки делают как можно короче, с банальной целью уменьшения сопротивления шины и ее массы).

А вы случайно не знаете, где можно взять такую лампочку, чтобы при подключении ее к одному гальваническому элементу, затем к батарее на 4.5 В., и на 9 В., и на 12 В. она не перегорела, и не подтолкнет - ли такой виртуальный эксперимент юного исследователя к проверке светимости лампочки от карманного фонарика при подключении в городскую сеть...

Рассмотрим еще один слайд, пятый. Здесь проблемы появляются уже с первой строки, которая гласит: «Проверим, как зависит сила тока в цепи от сопротивления при постоянном напряжении в цепи».

1. - Получается, что - то вроде утверждения, что масло масленое.
2. - Проверяют обычно гипотезу, а зависимость - устанавливают
3. - Для поддержания постоянного напряжения в цепи необходимо, как минимум, наличие реостата, которого в предложенной схеме почему-то нет, и нет никакой ему альтернативы

Устраняя перечисленные недостатки разобранной строки, предлагаем ее заменить на следующую: «Установим опытным путем зависимость силы тока в замкнутой цепи от ее сопротивления при постоянном напряжении» …

Пробуем снять виртуальную вольтамперную характеристику с помощью предложенной схемы для предложенных сопротивлений и получаем следующие результаты:.

При R1 = 3 Ом - амперметр показал: I1 = 1,5 А, а U1 = 4,5 В
При R2 = 9 Ом - амперметр показал: I2 = 0,5 А, а U2 = 4,5 В - кстати, заводского сапротивления на 9 Ом в природе вообще нет
При R3 = 15 Ом - амперметр показал: I3 = 0,3 А, а U3 = 4,5 В

Вас ничего не смущает, проблема возникает вот из за чего, имеем замкнутую цепь, следовательно, при расчетах нужно пользоваться уравнением I = ЭДС/(R+r), а нам, "видимо, подсовывают расчеты значений как для участка цепи " I = U/R => 4,5/3 =1,5 хотя напряжение U на сопротивлении R не может быть равным 4,5 В., поскольку это напряжение на клеммах батареи из гальванических элементов без нагрузки.

опытПо рисунку видно, что имеем три ориентировочно угольно - цинковых элемента, включенных последовательно в батарею, следовательно, их общее ЭДС равно 1,5*3 = 4,5 В.

Внутреннее сопротивление таких элементов в зависимости от конструкции лежит в пределах 0,25-0,7 Ом вначале разряда и 1,4 – 5 Ом в конце. Свой выбор остановим на среднем от начального значения, т.е. внутреннее сопротивление каждого элемента 0,47 ~ 0.5 Ом, следовательно, общее внутреннее сопротивление примерно r = 0,5 * 3 = 1,5 Ом.

А нам остается только рассчитать действительную силу тока для предложенных сопротивлений: I1 = ЭДС/(R1+r) = 4,5 / (3+1,5) = 1 А. зная сопротивление R1 и силу тока I1, протекаемого через него, рассчитаем напряжение на концах данного сопротивления U1 = I1*R1 = 1*3 = 3 В....

При желании, аналогичным образом можно доказать несостоятельность показаний полученных с помощью предложенной схемы и для других сопротивлений, но мы этого делать не будем, поскольку компьютер и сам это понимает, а иначе как объяснить, что на последней сцене данного слайда "он пишет - Не верно! ". А далее, вновь идет спорная мысль: "Опыт показывает, что сила тока в проводнике обратно пропорциональна сопротивлению проводника"

1. - вновь масло масленное
2. - Опыт показывает - сомневаюсь, что вам этот опыт что-нибудь показал
3. - Какая связь между графиком ломаной линии и обратной пропорциональностью

Если бы графиком была гипербола, а не ломаная, построенная без вашего участия, то можно было бы сделать вывод: "График показывает, что сила тока в проводнике обратно пропорциональна его сопротивлению", а так, возникает лишь только риторический вопрос, что это за такие элементы исследовательской работы, дающие результаты противоречащие реальным, зачем и кому они нужны...

Познакомиться с виртуальным оборудованием и его условным обозначением можно здесь

  © Северобайкальск, Russia
Александр Козлов, 2006-2018