Βρέντζου Τίνα Φυσικός Μεταπτυχιακός τίτλος: «Σπουδές στην εκπαίδευση» ΜEd stvrentzou@gmail.com

Transcript

1 1 2.5 Εφαρμογές των αρχών διατήρησης στη μελέτη απλών ηλεκτρικών κυκλωμάτων Λέξεις κλειδιά: σύνδεση σε σειρά, παράλληλη σύνδεση, κόμβος, κλάδος, αντίσταση, τάση. Υπάρχουν δυο τρόποι σύνδεσης των ηλεκτρικών αντιστάσεων σ' ένα ηλεκτρικό κύκλωμα : α) η σύνδεση σε σειρά β) η παράλληλη σύνδεση Κύκλωμα σύνδεσης σε σειρά Στη σύνδεση σε σειρά η μια αντίσταση συνδέεται μετά την άλλη δηλ. το ένα λαμπάκι συνδέεται με το άλλο. Με αυτή τη σύνδεση αυξάνεται η ολική αντίσταση του κυκλώματος με αποτέλεσμα να μειώνεται η ένταση του ρεύματος και συνεπώς η φωτεινότητα στο κάθε λαμπάκι. Η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει κάθε λαμπάκι στο κύκλωμα είναι ίδια. Εάν καταστραφεί ή αφαιρεθεί ένα λαμπάκι τα υπόλοιπα δεν διαρρέονται από ρεύμα (μειονέκτημα της σύνδεσης σε σειρά). Όταν δηλαδή, δύο ή περισσότεροι αντιστάτες είναι συνδεμένοι σε σειρά, τότε ο αριθμός των ηλεκτρονίων που διέρχονται από μια διατομή του σύρματος είναι ο ίδιος, οπότε το ηλεκτρικό ρεύμα Ι που διαρρέει τους αντιστάτες θα είναι το ίδιο. Ι = Ι 1 = Ι 2 Η συνολική τάση στα άκρα του ηλεκτρικού κυκλώματος θα είναι : Τα ηλεκτρόνια δε δημιουργούνται ούτε καταστρέφονται αλλά και δε συσσωρεύονται σε κάποιο σημείο του κυκλώματος. V= V 1 +V 2 Αρχή διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου 1

2 Κύκλωμα σύνδεσης παράλληλα Στην παράλληλη σύνδεση τα λαμπάκια έχουν κοινά άκρα. Αν συνδεθούν όμοια λαμπάκια δεν μεταβάλλεται η φωτεινότητα στο κάθε λαμπάκι και το ρεύμα που διαρρέει την πηγή αυξάνεται γιατί αυξάνεται η αγωγιμότητα του κυκλώματος. Εάν καταστραφεί ένα λαμπάκι ή αφαιρεθεί τα υπόλοιπα λαμπάκια λειτουργούν. Στην παράλληλη σύνδεση το συνολικό ηλεκτρικό ρεύμα θα είναι : Ι = Ι 1 + Ι 2 Η σχέση αυτή είναι συνέπεια της αρχής διατήρησης του φορτίου. Σύμφωνα με την αρχή αυτή το φορτίο δεν παράγεται ούτε και καταστρέφεται. Η συνολική τάση στα άκρα του κυκλώματος θα είναι ίση με την τάση στα άκρα κάθε μιας αντίστασης: V = V 1 = V Συνδεσμολογία Αντιστατών Σύστημα αντιστατών είναι ένα σύνολο αντιστατών που τους έχουμε συνδέσει με οποιονδήποτε τρόπο. Ένα σύστημα αντιστατών εμφανίζει πάντοτε δύο άκρα στα οποία μπορούμε να εφαρμόζουμε την ηλεκτρική τάση. Σε ένα κύκλωμα με αντιστάτες εφαρμόζουμε ηλεκτρική τάση V στα άκρα τους και το σύστημα των αντιστατών διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα Ι, τότε η ισοδύναμη 2

3 3 αντίσταση του συστήματος θα είναι η αντίσταση R που θα ικανοποιεί το νόμο του Ωhm, δηλαδή: Αύξηση του μήκους ισοδυναμεί με R = αύξηση της αντίστασης Ισοδύναμη αντίσταση αντιστατών συνδεμένων σε σειρά Για δύο αντιστάτες συνδεμένους σε σειρά ισχύει: Ι = Ι 1 = Ι 2 V= V 1 +V 2 Οπότε V= V 1 +V 2 <=> I R = I 1 R 1 + I 2 R 2 <=> R = R 1 + R 2 Ισοδύναμη αντίσταση αντιστατών συνδεμένων παράλληλα Για δύο αντιστάτες συνδεμένους παράλληλα ισχύει: Ι = Ι 1 + Ι 2 V=V 1 = V 2 κλάδος 3

4 4 Το ρεύμα διακλαδίζεται σε επιμέρους ρεύματα και στο σημείο αυτό έχουμε κόμβο. Οπότε Ι = Ι 1 + Ι 2 <=> = + <=> = + ή R ολ = Είναι γνωστό ότι V=V 1 =V 2 όπου V η τάση στα άκρα του κυκλώματος και V 1 και V 2 οι τάσεις στα άκρα των R 1 και R 2. Αύξηση του εμβαδού διατομής ισοδυναμεί με ελάττωση της αντίστασης Αν περισσότεροι αντιστάτες είναι συνδεμένοι σε σειρά τότε η ισοδύναμη αντίσταση είναι: =

5 5 Οικιακή ηλεκτρική εγκατάσταση Στα σπίτια μας κάνουμε χρήση του ηλεκτρικού ρεύματος μέσω των ηλεκτρικών συσκευών. Για να αποφύγουμε τους κινδύνους πυρκαγιάς και ηλεκτροπληξία, οι συσκευές που χρησιμοποιούμε πρέπει να είναι σχεδιασμένες με πολλή προσοχή και να χρησιμοποιούνται προσεκτικά. Το ρεύμα που χρησιμοποιούμε στα σπίτια μας είναι εναλλασσόμενο volt. Το ρεύμα μεταφέρεται στα σπίτια μας με δυο αγωγούς. Ο ένας από αυτούς λέγεται ουδέτερος αγωγός και δεν διαρρέεται από ρεύμα ενώ ο άλλος διαρρέεται από ρεύμα και λέγεται φάση. Στις οικιακές ηλεκτρικές εγκαταστάσεις οι ηλεκτρικές συσκευές συνδέονται παράλληλα στο ηλεκτρικό δίκτυο, ώστε στα άκρα τους να υπάρχει η κανονική τάση λειτουργίας 220 volt. Το ρεύμα έρχεται στο μετρητή της ΔΕΗ και μετά διαβιβάζεται στον πίνακα διανομής. Από τον πίνακα ξεκινούν παράλληλα καλωδιώσεις για όλους τους χώρους. Αν σε μια οικιακή εγκατάσταση τεθούν σε λειτουργία όλες οι οικιακές ηλεκτρικές συσκευές και η ισχύς αυτών των συσκευών ξεπεράσει την ισχύ για την οποία είναι κατασκευασμένη η εγκατάσταση να λειτουργεί τότε τήκεται η ασφάλεια του πίνακα διανομής και διακόπτεται η παροχή ηλεκτρικού ρεύματος. Τότε λέμε ότι έχουμε υπερφόρτωση του δικτύου. Υπερφόρτωση του δικτύου μπορεί να συμβεί και σε μια ευρύτερη περιοχή. Ο υποσταθμός της ΔΕΗ που τροφοδοτεί την περιοχή έχει περιορισμένη ισχύ. Αν η κατανάλωση την υπερβεί, η παροχή ρεύματος διακόπτεται. 5