Номер 19.9, страница 96 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 19. Домашние экспериментальные задания - номер 19.9, страница 96.

Условие.

19.9. Рассмотрите гальванические элементы к карманному фонарику или транзисторному приемнику. Запишите напряжение каждого элемента. Установите, как эти элементы соединены в вашем радиоприборе, и нарисуйте схему. Подключите вольтметр сначала к одному элементу, а затем к батарее элементов; сравните значения напряжения.

Решение.

Данная задача представляет собой практическое задание. Ниже приведено развернутое описание шагов для его выполнения и ожидаемые результаты на примере карманного фонарика, использующего три гальванических элемента (батарейки).

1. Рассмотрите гальванические элементы и запишите напряжение каждого элемента.

В большинстве бытовых приборов, таких как карманные фонарики или транзисторные приемники, используются стандартные гальванические элементы. Наиболее распространенные типы — это AA (пальчиковые), AAA (мизинчиковые), C (средние) или D (большие). На корпусе каждого такого элемента производитель указывает его номинальное напряжение. Для самых распространенных солевых или щелочных (алкалиновых) батареек это значение составляет 1,5 Вольта.

Ответ: Номинальное напряжение одного стандартного гальванического элемента (например, типа АА) составляет $U_{ном} = 1.5$ В.

2. Установите, как эти элементы соединены в вашем радиоприборе, и нарисуйте схему.

Для увеличения общего напряжения питания в большинстве устройств элементы соединяют последовательно. При последовательном соединении положительный полюс (+) одного элемента соединяется с отрицательным полюсом (-) следующего. Вы можете убедиться в этом, посмотрев на батарейный отсек: полярность установки каждой батарейки указана так, чтобы они образовывали цепочку.

Электрическая схема для трех гальванических элементов, соединенных последовательно, будет выглядеть следующим образом. Условное обозначение гальванического элемента — это две параллельные черты, одна из которых длинная и тонкая (положительный полюс, +), а другая короткая и толстая (отрицательный полюс, -).

Ответ: Элементы в карманном фонарике соединены последовательно. Схема соединения приведена выше.

3. Подключите вольтметр сначала к одному элементу, а затем к батарее элементов; сравните значения напряжения.

Для этого пункта проведем мысленный эксперимент, результаты которого будут соответствовать реальным измерениям.

Дано:
Количество элементов, $n = 3$
Номинальное напряжение одного элемента, $U_{ном} = 1.5$ В

Найти:
Измеренное напряжение одного элемента $U_1$.
Измеренное напряжение батареи элементов $U_{общ}$.
Сравнить $U_{общ}$ и $n \cdot U_1$.

Решение:
1. Подключаем вольтметр к полюсам одного гальванического элемента (красный щуп к "+", черный к "-"). Если элемент новый, вольтметр покажет напряжение, немного превышающее номинальное, например, $U_1 \approx 1.6$ В. Если элемент уже использовался, напряжение будет ниже, около $1.2 - 1.5$ В. Для расчетов примем, что мы измерили напряжение, близкое к номинальному: $U_1 = 1.5$ В.

2. Собираем батарею из трех элементов, соединяя их последовательно, как в фонарике. Подключаем вольтметр к крайним полюсам получившейся батареи (к минусу первого элемента и плюсу последнего).

3. Теоретически, при последовательном соединении источников тока их общее напряжение равно сумме напряжений каждого источника:$U_{общ} = U_1 + U_2 + ... + U_n$
Если все элементы одинаковы, то формула упрощается:$U_{общ} = n \cdot U_1$
Подставим наши значения:$U_{общ} = 3 \cdot 1.5 \text{ В} = 4.5$ В

4. Вольтметр, подключенный к батарее из трех последовательно соединенных элементов, покажет значение, близкое к 4.5 В. Таким образом, измеренное значение общего напряжения будет примерно в три раза больше, чем напряжение одного элемента.

Сравнение: $U_{общ} \approx n \cdot U_1$. Наше измеренное значение напряжения батареи ($ \approx 4.5$ В) равно произведению количества элементов (3) на измеренное напряжение одного элемента ($ \approx 1.5$ В).

Ответ: Напряжение одного элемента составляет примерно 1.5 В. Напряжение батареи из трех таких элементов, соединенных последовательно, составляет примерно 4.5 В, что в три раза больше напряжения одного элемента. Это подтверждает, что при последовательном соединении общее напряжение равно сумме напряжений отдельных элементов.