Номер 38, страница 98, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава III. Электрические явления. Параграф 20. Применение закона Ома к параллельному и смешанному соединению проводников - номер 38, страница 98.

Условие.

38. Соберите электрическую цепь, состоящую из батарейки, двух лампочек от карманного фонарика и ключа. Различается ли накал лампочек при последовательном и параллельном их соединении? Как это можно объяснить? Нарисуйте схемы обеих цепей в тетради и запишите вывод, который вы сделали по результатам эксперимента.

Решение.

Различается ли накал лампочек при последовательном и параллельном их соединении?
Да, накал (яркость свечения) лампочек существенно различается. В ходе эксперимента можно наблюдать, что при параллельном соединении обе лампочки горят значительно ярче, чем при последовательном соединении.

Ответ: Да, накал лампочек различается. При параллельном соединении они горят ярче.

Как это можно объяснить?
Яркость свечения лампочки определяется ее мощностью $\text{P}$. Мощность электрического тока можно рассчитать по формулам $P = U \cdot I$, $P = I^2 \cdot R$ или $P = \frac{U^2}{R}$, где $\text{U}$ — напряжение на лампочке, $\text{I}$ — сила тока через нее, а $\text{R}$ — ее сопротивление. Будем считать, что лампочки одинаковые (имеют одинаковое сопротивление $\text{R}$), а напряжение батарейки равно $U_{ист}$.

1. Последовательное соединение:
При последовательном соединении общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений всех ее участков: $R_{посл} = R + R = 2R$.
Согласно закону Ома для полной цепи, сила тока в ней будет $I_{посл} = \frac{U_{ист}}{R_{посл}} = \frac{U_{ист}}{2R}$. Этот ток одинаков для обеих лампочек.
Напряжение на каждой лампочке составит: $U_{ламп} = I_{посл} \cdot R = \frac{U_{ист}}{2R} \cdot R = \frac{U_{ист}}{2}$. Таким образом, напряжение источника делится поровну между двумя одинаковыми лампочками.
Мощность, выделяемая на каждой лампочке: $P_{посл} = \frac{U_{ламп}^2}{R} = \frac{(U_{ист}/2)^2}{R} = \frac{U_{ист}^2}{4R}$.

2. Параллельное соединение:
При параллельном соединении напряжение на каждой из параллельных ветвей одинаково и равно напряжению источника: $U_{ламп} = U_{ист}$.
Сила тока, протекающего через каждую лампочку: $I_{ламп} = \frac{U_{ламп}}{R} = \frac{U_{ист}}{R}$.
Мощность, выделяемая на каждой лампочке: $P_{пар} = \frac{U_{ламп}^2}{R} = \frac{U_{ист}^2}{R}$.

Сравнивая мощности, мы видим, что $P_{пар} = 4 \cdot P_{посл}$. Поскольку мощность каждой лампочки при параллельном соединении в четыре раза больше, чем при последовательном, они и горят значительно ярче.

Ответ: Различие в яркости объясняется разной мощностью, выделяемой на лампочках. При параллельном соединении напряжение на каждой лампочке равно напряжению источника, а при последовательном — оно делится между лампочками. Это приводит к значительно большей силе тока и мощности для каждой лампочки в случае параллельного соединения.

Нарисуйте схемы обеих цепей в тетради
Схема электрической цепи с последовательным соединением лампочек:

Схема электрической цепи с параллельным соединением лампочек:

Ответ: Схемы для последовательного и параллельного соединения элементов цепи представлены на рисунках выше.

и запишите вывод, который вы сделали по результатам эксперимента.
По результатам проведенного эксперимента можно сделать следующий вывод. Яркость свечения электрических лампочек напрямую зависит от способа их включения в цепь. При параллельном соединении лампочки горят ярче, чем при последовательном. Это происходит потому, что при параллельном подключении к каждой лампочке приложено полное напряжение источника питания, что обеспечивает максимальный для данной лампочки ток и, соответственно, максимальную мощность. При последовательном же соединении общее сопротивление цепи увеличивается, а напряжение источника распределяется между всеми элементами цепи, что приводит к уменьшению тока в цепи и падению напряжения на каждой лампочке, и, как следствие, к значительному снижению их яркости.

Ответ: Способ соединения потребителей в цепи влияет на их рабочие характеристики. Параллельное соединение обеспечивает большую мощность (и яркость) для каждой из двух лампочек по сравнению с последовательным, так как напряжение на них выше, а ток через них больше.