Ученики на Учителя.com


Проект по физике "Электрические цепи"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя
общеобразовательная школа №24 с углубленным изучением иностранных
языков» муниципального образования городской округ Симферополь Республики
Крым
ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ ПО ФИЗИКЕ
Тема: Электрические цепи
Выполнил:
Голубев Никита Владимирович,
ученик 9-Г класса
Куратор проекта:
Капустина Елена Владимировна,
учитель физики
г. Симферополь, 2021 г.
2
Содержание
Введение
1. Теоретическая часть.
1.1. Что такое электрическая цепь.
1.2. Типы электрических цепей.
1.2.1. Цепь с последовательным соединением проводников.
1.2.2. Цепь с параллельным соединением проводников.
1.2.3. Цепь со смешанным соединением проводников.
1.3. Преимущества разных видов цепей.
1.4. Как работает освещение города.
2. Практическая часть.
2.1. Создание действующего макета «Освещение городской набережной».
2.2. Основная схема конструкции.
2.3. Сборка макета и демонстрация его действия.
3. Выводы.
3
Введение.
Для практической деятельности человека использование электрической
энергии имеет очень важное значение. Актуальность проекта заключается в том,
что использование электрической энергии на производстве, в быту, на транспорте
и в других сферах жизнедеятельности человека невозможно без электрических
цепей.
Новизна выбранной темы заключается в том, что я самостоятельно
разработал наглядный макет «Освещение городской набережной», который
можно использовать в качестве демонстрационного эксперимента на уроках
физики в 8-х классах при изучении законов постоянного тока.
Цель: Научиться различать электрические цепи; узнать о преимуществах и
недостатках последовательного и параллельного соединения проводников;
показать преимущества параллельного соединения над последовательным
соединением; разработать макет «Освещение городской набережной» и провести
наглядный эксперимент по его эксплуатации в разных режимах.
Оборудование: художественный макет-рисунок городской набережной, 10
светодиодных лампочек, соединительные провода, источник тока (2 батарейки на
1,5 В), батарейный отсек, 2 выключателя.
1. Теоретическая часть.
1.1. Что такое электрическая цепь.
Электрическая цепь — совокупность устройств, элементов, которые
предназначены для протекания электрического тока.
Что может находиться на электрической цепи?
Источник тока — это устройство, создающее электрическое поле внутри
проводников, вызывающее и поддерживающее упорядоченное движение
заряженных частиц. Источником тока может быть простая батарейка,
аккумулятор в цепи постоянного тока или розетка сети переменного тока,
находящаяся под напряжением 220 В.
4
Ключ (переключатель, выключатель) — электрический коммутационный
аппарат или устройство, который применяется для замыкания или размыкания
электрической цепи.
Резистор — пассивный элемент электрических цепей, обладающий
определённым или переменным значением электрического сопротивления,
предназначенный для преобразования силы тока в напряжение и напряжения в
силу тока.
Лампочка — элемент электрических цепей, в котором электрическая
энергия преобразуется в световую энергию.
Вольтметр — это прибор, который измеряет напряжение. Стоит помнить,
что вольтметр всегда подключается параллельно к цепи, в которой ведется
измерение напряжения. Вольтметр имеет очень высокое внутреннее
сопротивление, потому что он измеряет разность потенциалов между двумя
точками цепи. Вольтметр не влияет на ток измеряемой цепи.
Амперметр — это электроизмерительный прибор, предназначенный для
измерения силы тока в электрической цепи. Амперметр, как отдельный
измерительный прибор, имеет несколько диапазонов измерения тока. Амперметр
включается всегда последовательно в цепь и только в тот момент, когда эта цепь
обесточена! Амперметр — чувствительное устройство, на которое существенно
влияет температура окружающей среды. Также амперметр имеет встроенный
предохранитель, который защищает его от скачков тока.
1.2. Типы электрических цепей.
Электрические цепи подразделяют на разветвлённые и не разветвлённые
цепи.
Ветвь — участок электрической цепи, вдоль которого протекает один и тот
же электрический ток.
Узел — место соединения ветвей электрической цепи.
Контур — последовательность ветвей электрической цепи, образующая
замкнутый путь, в которой один из узлов одновременно является началом и
концом пути, а остальные встречаются всего раз.
5
Какие есть электрические цепи?
1.2.1. Цепь с последовательным соединением проводников.
Последовательная электрическая цепь — цепь, в которой сила тока во всех
проводниках одинакова. При этом общее напряжение в цепи равно сумме
напряжений на концах каждого из проводников. Все резисторы можно заменить
одним эквивалентным резистором.
Законы последовательного соединения проводников.
1) Сила тока в данной цепи одинаковая: I = I
1
= I
2
.
2) Напряжение в цепи равно сумме напряжений на концах каждого из
проводников: U = U
1
+ U
2
.
3) Сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных
проводников: R = R
1
+ R
2
.
1.2.2. Цепь с параллельным соединением проводников.
Последовательная электрическая цепь — цепь, в которой все входящие в
нее элементы объединены двумя узлами и не имеют связей с другими узлами,
если это не противоречит условию.
Законы параллельного соединения проводников.
1) Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил тока в
отдельных параллельно соединённых проводниках: I = I
1
+ I
2
.
2) Напряжение на всех параллельно соединённых проводников одно и то
же: U = U
1
= U
2
.
3) При параллельном соединении резисторов складываются величины,
обратно пропорциональные сопротивлению:
=
+
.
1.2.3. Цепь со смешанным соединением проводников.
Смешанное соединение резисторов представляет собой сложную
электрическую цепь, в которой часть резисторов соединена последовательно, а
часть параллельно. Суть данного соединения заключается в уменьшении
количества элементов в цепи с целью упрощения схемы и, соответственно,
упрощению расчета общего сопротивления.
6
Для расчета сопротивления таких соединений, всю цепь разбивают на
простейшие участки из параллельно или последовательно соединенных
резисторов. Далее следуют следующему алгоритму:
1) Определяют эквивалентное сопротивление участков с параллельным
соединением резисторов.
2) Если эти участки содержат последовательно соединенные резисторы, то
сначала вычисляют их сопротивление.
3) После расчета эквивалентных сопротивлений резисторов
перерисовывают схему. Обычно получается цепь из последовательно
соединенных эквивалентных сопротивлений.
4) Рассчитывают сопротивления полученной схемы.
1.3. Преимущества разных видов цепей.
1) Последовательное соединение.
Преимущества.
Резисторы уменьшают ток, который цепь передает на устройство с
использованием электрической энергии. Это необходимо для защиты
чувствительных к току компонентов и регулирования тока в цепи.
Последовательное соединение позволяет получить одинаковый ток во всех
потребителях, подключить потребители с разными сопротивлениями и
допустимыми напряжениями, причем на большем сопротивлении будет большее
напряжение.
Недостатки.
Последовательное соединение имеет огромный минус: если сломается или
выключится один элемент цепи, то остальные элементы, стоящие после данного
прибора, тоже перестанут работать.
2) Параллельное соединение.
Преимущества.
Параллельное соединение используется шире, так как при отключении
одного из потребителей вся электрическая цепь продолжает работать.
7
Параллельное соединение не имеет особой проблемы с поломкой
элементов.
Недостатки.
Приходится использовать элементы цепи на одно и то же напряжение.
Главная опасность использования параллельного соединения заключена в том,
что при включении в цепь элемента с меньшим возможным напряжением этот
элемент перегорит.
1.4. Как работает освещение города.
Наружное освещение городских территорий является одним из важнейших
элементов создания комфортных условий для проживания в населенном пункте.
Цели современного уличного освещения дорог и иных зон состоят и в
безопасности жизни людей, и в повышении эстетических качеств населенного
пункта.
Существует ряд государственных норм и правил, которым подчиняется
система освещения города и деревни. Свет должен гореть практически во всех
общественно значимых зонах населенного пункта. Осветительные приборы
устанавливаются на улицах, проезжей части, зонах для пешеходов. Подсветка
бывает декоративной, применяющейся для украшения населенного пункта.
В городе обязательно применяются разные виды и формы декоративного
(архитектурного) освещения, особенно в новых районах. Обычно используются
светодиодные или галогенные лампы, прожекторы. Их устанавливают с
определенным интервалом, в особом направлении, применяя техники
заливающего света, подсветки отдельных фрагментов или фона, освещения
объекта изнутри.
Немного истории.
1914-й год был достаточно богатым на открытия в Крыму. В городе
Симферополе в этом году пошел первый трамвай, и заработали первые
электрические фонари.
Фонари осветили городские улицы 106 лет назад — 14 июня 1914 года.
Работы по их установке выполнило местное отделение акционерного Общества
8
трамваев и электричества в России — «Симферопольские электрические трамваи
и освещение», создание которого было утверждено 7 августа 1911 года.
В конце XIX в. два предпринимателя — потомственный почетный
гражданин, купец И.С. Черкес и механик Н.К. Шахвердов — на своих участках
устроили маленькие электростанции. Шахвердовская электростанция стала давать
ток в 1896 году. Работала она на двух локомобилях английского производства,
имела две динамомашины постоянного тока и распределительные щиты с
приборами.
Черкес и Шахвердов в августе 1901 года получили от строительно-
технического комитета МВД бумагу, что комитет нашел проекты «двух
центральных электрических станций удовлетворительными» и разрешил их
эксплуатацию. Скоро эти электростанции осветили некоторые центральные
улицы города, городской сад, особенно вблизи памятника Екатерине II (Рис.1), а
также магазины.
Рис. 1. Памятник Екатерине II, г. Симферополь
Всего вспыхнуло 710 ламп накаливания и 14 дуговых фонарей. 115 ламп
накаливания осветили здание Дворянского театра.
9
2. Практическая часть.
2.1. Создание действующего макета «Освещение городской
набережной».
Для наглядной демонстрации параллельного соединения светодиодных
лампочек я создал макет «Освещение городской набережной».
2.2. Основная схема конструкции.
Основная схема конструкции (Рис.2) очень проста и позволяет
продемонстрировать преимущества параллельного соединения проводников
перед последовательным соединением. Необходимо создать две ветви
параллельной электрической цепи и показать их независимую друг от друга
работу.
Рис.2. Электрическая схема конструкции макета «Освещение городской
набережной».
2.3. Сборка макета и демонстрация его действия.
В качестве декоративного элемента макета я использовал репродукцию
«Вечерняя Венеция» Гвидо Борчелли (Рис.3).
10
С оборотной стороны постера закрепил электрическую цепь из двух ветвей,
соединенных параллельно. Каждая ветвь состоит из 5-х светодиодных лампочек,
также соединенных параллельно, и выключателя. Выключатель позволяет
подключать к батарейному отсеку каждую из двух ветвей схемы отдельно.
Батарейный отсек представляет собой небольшой пластиковый контейнер,
который предназначен для размещения в нем элементов питания стандартного
типоразмера. Отсек имеет 2 ячейки, в которых размещаются элементы питания и
выходные контакты, с помощью которых отсек с установленными элементами
можно подключить к электронной схеме (готовому изделию).
В ходе эксперимента при отключении одной из ветвей электрической цепи,
вторая ветвь продолжала работать. Следовательно, осветительная цепь выполняет
свои функции.
3. Выводы.
В проектной работе разработан макет «Освещение городской набережной».
Рис.3. «Вечерняя Венеция», Гвидо Борчелли.
11
В работе представлен сравнительный теоретический анализ различных
видов электрических цепей, а также наглядно показано преимущество
параллельного соединения над последовательным соединением, в том числе при
конструировании освещения городских территорий как одного из важнейших
элементов создания комфортных условий для проживания людей в населенном
пункте.
Литература.
1. Справочник по физике и технике/ А.С. Енохович А.С. – М.: Просвещение, 1989.
– 224 с.
2. Физика. 8 класс: учебник для общеобразовательных организаций/О.Ф.
Кабардин. – М.: Просвещение, 2014. – 176 с.
3. https://crimeahistor.livejournal.com/ К 100-летию первых симферопольских
уличных электрических фонарей.
4. https://knigaelektrika.ru/ Все об электрике в доме.
Скачать материал

Физика - еще материалы к урокам: