Soros kapcsolás - 3. Elektromosságtan és optika

Soros kapcsolás
A gondolkodásfejlesztés lehetőségei: számítások elvégzése adott törvények felhasználásával, kapcsolat az informatika tantárggyal
DRS. 19.38.
„A 12 V-os akkumulátorra 12 V-os, 25 W-os fogyasztót és vele sorosan 100 ohmos tolóellenállást kapcsolunk. Hogyan változik a fogyasztón folyó áram erőssége, amikor az érintkező mozgatásával az ellenállást változtatjuk?
Ábrázoljuk diagramban a fogyasztón folyó áram erősségét a változó ellenállás függvényében!”
További kérdések:
Ábrázoljuk a fogyasztón eső feszültséget a változó ellenállás függvényében!
Ábrázoljuk a fogyasztóra jutó teljesítményt a változó ellenállás függvényében!
Milyen általános megállapításokat tudunk megfogalmazni az elektromos áramkörökkel és azok célszerű alkalmazásával kapcsolatban? Milyen kapcsolást érdemes alkalmazni a mindennapokban a különböző esetekben? Mikor célszerű a sorost, mikor a párhuzamos kapcsolást?
Megoldás:
Mielőtt elkezdjük az összefüggéseket felírni, gondoljuk végig, hogy milyen függvényekre számítunk az egyes esetekben!
A fogyasztóval soros kapcsolásban lesz még egy ellenállás. Tehát az eredő ellenállás nagyobb lesz, ezért csökkenni fog a teljes áramkörben, és így a fogyasztón átfolyó áram erőssége. Minél nagyobb a bekapcsolt ellenállás, annál kisebb lesz az áramerősség.
Számítsuk ki a fogyasztó ellenállását!
, innen Ω
Ebből szépen látszik, hogy r növekedésével I értéke csökken.
Számítsuk ki az összefüggés segítségével az áramerősség maximális és minimális értékeit!
Maximális az áramerősség, ha r = 0.
A.
Minimális az áramerősség, ha a teljes tolóellenállás az áramkör része, tehát r = 1000 ohm.
A.
Az áramerősség függése a tolóellenállástól a következőképp írható fel:
. Ezt a függvényt kell ábrázolni. Az Excel ábra elkészítéséhez válasszunk 10 ohmmal növekvő ellenállásértékeket!
Azonban érdemes tovább vizsgálódnunk az áramkörben! Érdemes a plusz ellenállás függvényében megnézni a fogyasztóra eső feszültséget, továbbá a fogyasztó teljesítményének alakulását is!
A fogyasztóra eső feszültség arányos a fogyasztó ellenállásával, mely Ufogyasztó = I.R –ként számítható. De az áramerősség értéke változik a fenti függvény szerint. Tehát ha a plusz ellenállás minél nagyobb része van bekötve az áramkörbe, a fogyasztóra egyre kisebb feszültség fog jutni.
Ezt úgy is beláthatjuk, hogy soros kapcsolásesetében az akkumulátor feszültsége két ellenálláson oszlik el. Minél nagyobb az áramkörbe bekapcsolt plusz ellenállás, annál kisebb hányad jut a fogyasztóra.
További kérdés volt, hogy miként is alakul a fogyasztó teljesítménye az áramkörben. A fogyasztókra ugyan a teljesítményük van ráírva, de tudnunk kell azt, hogy az csak akkor igaz, ha a megjelölt feszültségre kapcsoljuk. Tehát ha kisebb feszültség esik a fogyasztóra, akkor a teljesítménye is kisebb lesz! És ebben az esetben is ez a helyzet. Pfogyasztó = Ufogyasztó.I = I2.R, ahol az áramerősség értéke változik a fenti függvény szerint. Tehát az várható, hogy a fogyasztó teljesítménye még jobban fog csökkenni, mint az áramerősség a plusz ellenállás függvényében.
Az Excel-t az ábrák elkészítéséhez 10 ohmonként növekvő ellenállásértékekkel számoltattuk.
Az ábrákból szépen látható, hogy csökken a fogyasztóra jutó feszültség, és egyre kisebb lesz a teljesítménye is a körbe sorosan kapcsolt plusz ellenállás növekedésével. Ezért a mindennapi életben a különböző fogyasztókat párhuzamosan szokás kapcsolni. Továbbá nem kell mindennek bekapcsolva lenni, ha párhuzamos kapcsolást használunk. Hiszen ha a soros kapcsolás esetében bárhol megszakítjuk az áramkört, akkor egyik fogyasztó sem tud működni.
Ellenben vannak olyan esetek, amikor célszerű a soros kapcsolást alkalmazni. Például ha kapcsolót helyezünk el, illetve ilyen az olvadóbiztosító. Ezt a több párhuzamos kapcsolást tartalmazó áramkör főágában szokás elhelyezni, mely sorosan kapcsolódik az áramforráshoz. Ha túl nagy az áramerősség (egy meghatározott áramerősségnél túlmelegedik), akkor annak hatására megolvad és megszakítja az áramkört, megelőzve ezzel a vezetékek melegedése által előállható tüzet.
|