regneark

Grunnleggende Elektrisitetsark

Grunnleggende kjemi (Februar 2019).

Anonim

Grunnleggende Elektrisitetsark

Grunnleggende elektrisitet


Spørsmål 1

Hva er formålet med bryteren vist i dette skjematiske diagrammet "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00013x01.png">

Avslør svar Skjul svar

Denne enheten er kjent som en bryter, og dens formål i denne kretsen er å etablere eller avbryte den elektriske kontinuiteten til kretsen for å styre lyspæren.

Merknader:

Begynnende studenter finner ofte terminologien for brytere forvirrende, fordi ordene åpner og lukker ligner terminologien som brukes til dører, men betyr ikke det samme når de brukes i forbindelse med en bryter! For å unngå forvirring, spør elevene hvordan de kan tenke på disse vilkårene på en måte som er i samsvar med deres betydning i sammenheng med en elektrisk bryter.

En analogi å bruke for bryterens funksjon som gir mening med skjematikken, er en rullebro: når broen er nede (lukket), kan biler krysse; når broen er opp (åpen), kan biler ikke.

Spørsmål 2

Hvilken forskjell vil det gjøre hvis bryteren befinner seg i en av disse to alternative stedene i kretsen?

Avslør svar Skjul svar

Valget av bytteplasseringer vist i de to alternative diagrammene gjør ingen forskjell i det hele tatt. I begge tilfeller utfører bryteren samme kontroll over lyspæren.

Merknader:

Dette er et vanskelig konsept for noen studenter å mestre. Pass på at de alle forstår naturen av elektrisk strøm og betydningen av kontinuitet gjennom hele kretsen. Kanskje den beste måten for studenter å mestre dette konseptet er å faktisk bygge batterilampe for arbeidslampe. Påminn dem om at deres "forskning" av disse regnearkspørsmålene ikke er begrenset til boklesing. Det er ikke bare gyldig, men foretrukket for dem å eksperimentere alene, så lenge spenningene er lave nok til at det ikke foreligger noen sjokkfare.

En analogi å bruke for bryterens funksjon som gir mening med skjematikken, er en rullebro: når broen er nede (lukket), kan biler krysse; når broen er opp (åpen), kan biler ikke.

Spørsmål 3

Har denne bryteren (i lukket tilstand) lav motstand eller høy motstand mellom sine terminaler "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00027x01.png">

Avslør svar Skjul svar

En lukket bryter skal ha lav motstand mellom sine terminaler.

Merknader:

Spør elevene hva det ville bety hvis en lukket bryter faktisk målt med høy motstand mellom sine terminaler. Å vite hva målingene av en hvilken som helst elektrisk komponent burde være, er en svært viktig ferdighet for feilsøking.

Spørsmål 4

Hvordan kan du bruke en måler (eller en ledningsevne / kontinuitetstester) for å bestemme om denne elektriske bryteren er i åpen eller lukket tilstand?

Avslør svar Skjul svar

De fleste multimetre har et "motstand" måleområde ("Ohms skala") som kan brukes til å kontrollere kontinuiteten. Bruk enten en måler eller en ledningsevne / kontinuitetstester, måle mellom de to skrueterminaler på denne bryteren: Hvis motstanden er lav (god ledningsevne), er bryteren lukket . Hvis den målte motstanden er uendelig (ingen ledningsevne), så er bryteren åpen .

Merknader:

Dette er et annet spørsmål som egner seg godt til eksperimentering. En viktig viktig ferdighet for elevene å utvikle er hvordan man bruker testutstyret til å diagnostisere tilstandene til individuelle komponenter.

En billig kilde til enkle (SPST) brytere er en maskinvarebutikk: Bruk samme type bryter som brukes i husholdningens lyskontroll. Disse bryterne er svært billige, robuste, og leveres med kraftige skrueterminaler for wirefeste. Når de brukes i små batteridrevne prosjekter, er de nesten uforgjengelige!

Spørsmål 5

Bestem om lyspæren vil deaktivere for hver av følgende pauser i kretsen. Vurder bare en pause om gangen:

Velg ett alternativ for hvert punkt:
• A: de-energize / no effect
• B: deaktivere / ingen effekt
• C: deaktivere / ingen effekt
• D: deaktivere / ingen effekt
• E: deaktivere / ingen effekt
• F: deaktivere / ingen effekt
Avslør svar Skjul svar

• A: de-energize
• B: ingen effekt
• C: ingen effekt
• D: ingen effekt
• E: de-energize
• F: ingen effekt

Merknader:

Dette spørsmålet er viktig i studentens prosess for å lære feilsøking. Understreke betydningen av induktiv tenkning: å utlede generelle prinsipper fra konkrete tilfeller. Hva sier oppførselen til denne kretsen oss om elektrisk kontinuitet "regnearkpanel panel panel-standard" itemscope>

Spørsmål 6

Vist her er en forenklet representasjon av et atom : den minste delingen av materie som kan isoleres gjennom fysiske eller kjemiske metoder.

Inne i hvert atom er flere mindre biter av materie kalt partikler . Identifiser de tre forskjellige typer "elementære" partikler inne i et atom, deres elektriske egenskaper og deres respektive steder i atomet.

Avslør svar Skjul svar

Neutroner bor i sentrum ("kjernen") av atomet, som også protoner. Neutroner er elektrisk nøytrale (uten kostnad), mens protoner har en positiv elektrisk ladning. Elektroner, som ligger utenfor kjernen, har negative elektriske ladninger.

Merknader:

De fleste, om ikke alle, vil studentene være kjent med "solsystemet" -modellen av et atom, fra grunnskole og videregående utdanning. I virkeligheten er denne modellen av atomstruktur imidlertid ikke så nøyaktig. Så langt som noen vet, er det fysiske oppsettet av et atom mye, mye weirder enn dette!

Et spørsmål som kan komme opp i diskusjon er definisjonen av "charge." Jeg er ikke sikker på om det er mulig å fundamentalt definere hva "lade" er. Selvfølgelig kan vi diskutere "positive" og "negative" avgifter i operasjonelle termer: det som avgifter avviser og motsatte avgifter tiltrekker seg. Dette forteller imidlertid ikke oss hva beløpet faktisk er. Denne filosofiske quandary er vanlig i vitenskapen: å kunne beskrive hva som er noe i form av sin oppførsel, men ikke dens identitet eller natur.

Spørsmål 7

Ulike typer atomer utmerker seg ved forskjellige antall elementære partikler innenfor dem. Bestem antall elementære partikler innenfor hver av disse atomatomer:

• Karbon
• Hydrogen
• Helium
• Aluminium

Tips: Se opp hvert av elementene på et periodisk bord .

Avslør svar Skjul svar

Hvert atom av karbon er garantert å inneholde 6 protoner. Med mindre atomet er elektrisk ladet, vil det inneholde 6 elektroner for å balansere ladningen av protonene. De fleste karbonatomer inneholder 6 nøytroner, men noen kan inneholde mer eller mindre enn 6.

Hvert hydrogenatom er garantert å inneholde 1 proton. Med mindre atomet er elektrisk ladet, vil det inneholde 1 elektron også for å balansere ladningen av den ene protonen. De fleste hydrogenatomer inneholder ingen nøytroner, men noen inneholder enten en eller to nøytroner.

Hvert heliumatom er garantert å inneholde 2 protoner. Med mindre atomet er elektrisk ladet, vil det inneholde 2 elektroner for å balansere ladningen av protonene. De fleste heliumatomer inneholder 2 nøytroner, men noen kan inneholde mer eller mindre enn 2.

Hvert atom av aluminium er garantert å inneholde 13 protoner. Med mindre atomet er elektrisk ladet, vil det inneholde 13 elektroner for å balansere ladningen av protonene. De fleste aluminiumatomer inneholder 14 nøytroner, men noen kan inneholde mer eller mindre enn 14.

Mens du undersøker antall partikler i hver av disse atomtypene, kan du komme over disse begrepene: atomnummer og atommasse (noen ganger kalt atomvekt ). Vær forberedt på å diskutere hva disse to begrepene betyr.

Merknader:

Pass på å spørre elevene hvilke definisjoner de fant for "atomnummer" og "atommasse".

Det anbefales på det sterkeste at studentene søker etter periodiske tabeller for å hjelpe dem med sin forskning på dette spørsmålet. Bestilling av elementer på et periodisk bord kan provosere noen få flere spørsmål, for eksempel, "Hvorfor er de forskjellige elementene arrangert som dette" panelet for panelpanelets standardpanel "

Spørsmål 8

Av de tre typer "elementære partikler" som utgjør atomer, bestemmer hvilken type som påvirker følgende egenskaper av et element:

• Atomenes kjemiske identitet (om det er et atom av nitrogen, jern, sølv eller noe annet element).
• Atomets masse.
• Den elektriske ladningen til atomet.
• Hvorvidt det er radioaktivt (spontan disintegrasjon av kjernen).
Avslør svar Skjul svar

• Atomenes kjemiske identitet: protoner .
• Atomets masse: nøytroner og protoner, og i mindre grad elektroner .
• Atomenes elektriske ladning: elektroner og protoner (hvorvidt tallene er lik eller ikke).
• Hvorvidt det er radioaktivt: neutroner, selv om man også kan si protoner i noen tilfeller, da det ikke er noen kjent "stabile" (ikke-radioaktive) isotoper av visse elementer, identiteten av et element bestemmes strengt ved antall protoner.

Merknader:

Det slutter aldri å fascinere meg hvor mange av elementets grunnleggende egenskaper som bestemmes av et enkelt heltalltall av partikler i hvert atoms kjernen.

I svaret introduserer jeg ordet isotop . La elevene undersøke hva dette begrepet betyr. Ikke bare fortell dem!

Spørsmål 9

Det greske ordet for rav (fossilisert harpiks) er elektron . Forklar hvordan dette kom til å være ordet som beskriver en bestemt type subatomisk partikkel (elektron).

Avslør svar Skjul svar

Når et stykke amber gnides med en klut, utvikler en statisk elektrisk ladning på begge gjenstander. Tidlige eksperimenter postulerte eksistensen av et usynlig væske som ble overført mellom gulvet og kluten. Senere ble det oppdaget at små underatomiske partikler utgjorde denne "væsken", og navnet elektronen ble gitt til dem.

Merknader:

Dette spørsmålet gir en god mulighet til å diskutere elhistorien, og hvordan dens forståelse og mestring har dramatisk endret folks liv. Pass på å stille spørsmål om Benjamin Franklin og modellering av elektrisitet som væske . Vitenskapelig funn er ofte assistert av modeller, men kan også hindres av dem også. Franklin's modell av elektrisitet som væske har gjort både (konvensjonell mot elektronstrømnotasjon)!

Spørsmål 10

Hva betyr det for et objekt å ha en elektrisk ladning ? Gi et eksempel på et objekt som mottar en elektrisk ladning, og beskriv hvordan det ladede objektet kan oppføre seg.

Avslør svar Skjul svar

For at en gjenstand skal være elektrisk ladet, må den enten ha et overskudd eller et underskudd av elektroner blant dets atomer.

Et vanlig eksempel på elektrisk ladende gjenstander er å gni latexballonger mot ullklær eller pusse håret med en plastkamme. Konsekvensene av disse elektriske ladningene er svært enkle å oppleve!

Merknader:

Dette spørsmålet fører naturlig til en diskusjon om atomteori. Oppfordre elevene til å diskutere og utforske enkle modeller av atomet, og hvordan de tjener til å forklare elektrisitet når det gjelder elektronplassering og bevegelse.

Spørsmål 11

Hvor mange elektroner finnes i en coulomb av ladning?

Avslør svar Skjul svar

Det er 6, 25 x 10 18 elektroner i en coulomb av ladning. Hva ville dette virke som uten bruk av vitenskapelig notasjon? Skriv den samme figuren ved å bruke det mest hensiktsmessige metriske prefikset.

Merknader:

En liten matteomtale her: Bruk vitenskapelig notasjon til å betegne svært store (eller svært små) tall.

Spørsmål 12

Hva skjer når to gjenstander gnides sammen og statisk elektrisitet resulterer?

Avslør svar Skjul svar

Når visse kombinasjoner av materialer gnides sammen, overfører gnidningsvirkningen elektroner fra atomene av ett materiale til atomer av den andre. Denne ubalansen av elektroner etterlater det tidligere materialet en positiv ladning og sistnevnte med en negativ ladning.

Merknader:

Begrepet "positive" og "negative" virker bakover i forhold til det moderne begrepet elektroner som ladetransportører. Pass på å diskutere det historiske aspektet av denne terminologien (Benjamin Franklin's formodning), og den påfølgende betegnelsen av en elektrons individuelle ladning som "negativ".

Spørsmål 13

Det er mye lettere å "lade" et atom elektrisk enn det er å endre sin kjemiske identitet (si fra bly til gull). Hva angir dette faktumet om den relative mobiliteten til de elementære partiklene i et atom?

Avslør svar Skjul svar

Elektroner er mye lettere å fjerne fra eller legge til et atom enn protonene er. Årsaken til dette er også løsningen på paradokset av hvorfor protoner binder sammen tett i atomkernen til tross for deres identiske elektriske ladninger.

Merknader:

Diskuter med elevene betydningen av dette faktum: at elektroner kan legges til eller tas fra et atom ganske enkelt, men at protonene (og nøytroner for den saks skyld) er svært tett "bundet" i et atom. Hva kan atomer oppføre seg som om deres protoner ikke var så tett bundet som de er?

Vi vet hva som skjer med elektronene til noen atomer når stoffene gnides sammen. Hva kan skje med disse stoffene hvis protoner ikke var så tett bundet sammen som de er?

Spørsmål 14

Forklar hva de elektriske uttrykkene spenning, strøm og motstand betyr, ved å bruke dine egne ord.

Avslør svar Skjul svar

Spenning: elektrisk "trykk" mellom to forskjellige punkter eller steder.

Strøm: strømmen av elektroner.

Motstand: motstand, eller "friksjon" til strømmen av elektroner.

Spenning, strøm og motstand er knyttet gjennom Ohms lov.

Merknader:

Selv om det er enkelt nok for elevene å slå opp definisjoner for disse ordene fra noen referanser, er det viktig at de kan kaste dem inn i sine egne ord. Å huske en definisjon er ikke det samme som å forstå det, og hvis en student ikke klarer å beskrive betydningen av et begrep ved å bruke egne ord, så forstår de det definitivt ikke! Det er også nyttig å oppmuntre elevene til å gi eksempler på virkelige eksempler på disse vilkårene.

Spørsmål 15

Beskriv hva "elektrisitet" er, i dine egne ord.

Avslør svar Skjul svar

Hvis du har problemer med å formulere en definisjon for "elektrisitet", vil en enkel definisjon av "elektrisk strøm" være tilstrekkelig. Det jeg leter etter her er en beskrivelse av hvordan en elektrisk strøm kan eksistere i et fast materiale som en metalltråd.

Merknader:

Dette spørsmålet er ikke så lett å svare som det kan vises først. Sikkert er elektrisk strøm definert som "strømning" av elektroner, men hvordan strømmer elektroner gjennom et solidt materiale som kobber? Hvordan strømmer noe gjennom et solidt materiale, for den saks skyld?

Mange vitenskapelige disipliner utfordrer våre "sunn fornuft" ideer om virkeligheten, inkludert den tilsynelatende solide naturen til visse stoffer. En av de frigjørende aspektene ved vitenskapelig etterforskning er at den frigjør oss fra begrensningene i direkte følelsesoppfattelse. Gjennom strukturert eksperimentering og strenge tenkning, er vi i stand til å "se" ting som ellers ville være umulige å se. Vi kan absolutt ikke se elektroner med øynene våre, men vi kan oppdage deres tilstedeværelse med spesialutstyr, måle bevegelsen deres ved hjelp av andre effekter, og bevise empirisk at de faktisk eksisterer.

I denne forbindelse er vitenskapelig metode et verktøy for utvidelse av menneskelig evne. Studentene dine vil begynne å oppleve spenningen ved å "arbeide med det usynlige" som de undersøker strøm og elektriske kretser. Det er din oppgave som instruktør å fremme og oppmuntre denne følelsen av rart i studentens arbeid.

Spørsmål 16

Hva er forskjellen mellom materialer som er klassifisert som ledere mot de som er klassifisert som isolatorer, i den elektriske forstanden til disse ordene?

Avslør svar Skjul svar

Elektriske "ledere" gir enkel passasje av elektrisk strøm gjennom dem, mens elektriske "isolatorer" ikke gjør det. Den grunnleggende forskjellen mellom en elektrisk "leder" og en elektrisk "isolator" er hvor lett elektroner kan drive bort fra deres respektive atomer.

For en illustrasjon av elektronmobilitet innenfor en metallisk substans, undersøk ordene elektrongass og "Sea of ​​electrons" i en referanse bok for kjemikalier.

Merknader:

Det er viktig å innse at elektriske ledere og isolatorer ikke er de samme som termiske ledere og isolatorer. Materialer som er isolatorer i elektrisk forstand, kan være rettferdige ledere av varme (visse silikongeler brukt som varme- overfør væsker til varmekummer, for eksempel). Materialer som er ledere i elektrisk forstand, kan være rettvisende isolatorer i termisk forstand (f.eks. Ledende plast).

Spørsmål 17

Identifiser flere stoffer som er gode ledere av elektrisitet, og flere stoffer som er gode isolatorer av elektrisitet.

Avslør svar Skjul svar

Det er veldig enkelt å undersøke (og teste!) Om forskjellige stoffer er enten ledere eller isolatorer av elektrisitet. Jeg forlater denne oppgaven i dine dyktige hender.

Merknader:

Hvis elevene har tilgang til enkle multimetre, kan de utføre konduktivitetstester på ulike stoffer med dem. Dette er en morsom og interessant klasserom aktivitet!

Spørsmål 18

I de enkleste termer du kan tenke på, definer hva en elektrisk krets er.

Avslør svar Skjul svar

En elektrisk krets er en kontinuerlig bane for elektroner å strømme bort fra en elektrisk potensial (spenning) og tilbake igjen.

Merknader:

Selv om definisjoner er enkle å undersøke og gjenta, er det viktig at elevene lærer å kaste disse begrepene i egne ord. Be elevene å gi praktiske eksempler på "kretser" og "ikke-kretser" er en måte å sikre dypere undersøkelser av begreper enn bare term memorization.

Ordet "krets" i vernacular bruk refererer ofte til noe elektrisk. Selvfølgelig er dette ikke sant i begreps tekniske forstand. Studentene kommer til å innse at mange begreper de lærer og bruker i et elektrisitets- eller elektronikkkurs er faktisk misbrukte i felles tale. Ordet "kort" er et annet eksempel: Teknisk refererer det til en bestemt type kretsfeil. Vanligvis bruker folk det til å referere til noen form for elektrisk problem.

Spørsmål 19

Hva er forskjellen mellom DC og AC strøm? Identifiser noen vanlige kilder til hver type strøm.

Avslør svar Skjul svar

DC er en akronym som betyr Direct Current : det vil si elektrisk strøm som bare beveger seg i en retning. AC er en akronym som betyr vekselstrøm : det vil si elektrisk strøm som periodisk reverserer retning ("alternativer").

Elektrokjemiske batterier genererer DC, som også solceller. Mikrofoner genererer AC når du registrerer lydbølger (vibrasjoner av luftmolekyler). Det er mange, mange andre kilder til likestrøm og vekselstrøm enn det jeg har nevnt her!

Merknader:

Diskuter litt av historien om AC versus DC i tidlige kraftsystemer. I de tidlige dagene med elektrisk kraft i USA var det en oppvarmet debatt mellom bruk av DC mot AC. Thomas Edison mente DC, mens George Westinghouse og Nikola Tesla fortalte AC.

Det kan være verdt å nevne at nesten all elektrisk kraft i verden genereres og distribueres som vekselstrøm (vekselstrøm), og ikke som likestrøm (med andre ord, Thomas Edison mistet AC / DC-kampen!). Avhengig av nivået på klassen du underviser, kan dette være en god tid å forklare hvorfor de fleste strømforsyningssystemer bruker AC. Uansett vil elevene dine sannsynligvis spørre hvorfor, så du bør være forberedt på å ta opp dette spørsmålet på en eller annen måte (eller få dem til å rapportere egne resultater!).

Spørsmål 20

Anta at du bygger en hytte langt borte fra strømforsyning, men du ønsker å få strøm tilgjengelig for å aktivere lyspærer, en radio, en datamaskin og andre nyttige enheter. Bestem minst tre forskjellige måter du kunne generere elektrisk kraft for å levere strømforbruket ved denne hytta.

Avslør svar Skjul svar

Det finnes flere forskjellige enheter som kan produsere elektrisk kraft for denne hytta av deg:

• Motordrevet generator
• Solcelle
• Thermopile
• Vindmølle

For hver av disse enhetene, hva er dens driftsprinsipp, og hvor får den sin energi fra?

Merknader:

For hver av disse elektriske kraftkilder er det en mer grunnleggende energikilde. Folk tenker ofte feilaktig på generatorapparater som magiske energikilder, der de egentlig ikke er noe mer enn energiomformere: transformerer energi fra en form til en annen.

Spørsmål 21

Hvor kommer strømmen fra det som driver hjemmet ditt, eller skolen din, eller gatelysene langs veiene, eller de mange forretningssteder i byen din? Du vil finne at det er mange forskjellige kilder og typer kilder til elektrisk kraft. I hvert tilfelle, prøv å bestemme hvor den ultimate kilden til den energien er.

For eksempel, i en vannkraftstamme, genereres elektrisiteten når fallende vann spinner en turbin, som gjør en elektromekanisk generator. Men som driver alltid vannet til sin "oppoverbakke" beliggenhet slik at prosessen er kontinuerlig? Hva er den ultimate energikilden som blir utnyttet av dammen?

Avslør svar Skjul svar

Noen kilder til elektrisk kraft:

• Hydroelektriske dams
• Atomkraftverk
• Kull- og oljefyrte kraftverk
• Naturgassfyrte kraftverk
• Vedfyrte kraftverk
• Geotermiske kraftverk
• Solkraftverk
• Tidevanns- / bølgekraftverk
• Vindmøller

Merknader:

Et flott poeng i samtalen her er at nesten alle "kilder" av energi har en felles opprinnelse. De forskjellige "kildene" er bare variantuttrykk av samme sanne kilde (med unntak, selvfølgelig!).

Spørsmål 22

Gitt et batteri og en lyspære, vis hvordan du kobler disse to enhetene sammen med ledningen for å aktivere lyspæren:

Avslør svar Skjul svar

Dette er det enkleste alternativet, men ikke det eneste.

Merknader:

Dette spørsmålet gir studentene en god mulighet til å diskutere det grunnleggende begrepet en krets. Det er veldig enkelt å bygge, trygt og skal monteres av hver elev individuelt i klassen. Legg også vekt på hvordan enkle kretser som dette kan settes sammen hjemme som en del av "forsknings" delen av regnearket. Å undersøke svar på regnearkspørsmål betyr ikke nødvendigvis at informasjonen skal komme fra en bok! Oppmuntre til eksperimentering når forholdene er kjent for å være trygge.

Ha elevene brainstorm alle viktige konsepter som er lært i å lage denne enkle kretsen. Hvilke generelle prinsipper kan utledes fra denne bestemte øvelsen "panelpanelpanelets standardpanel"

Spørsmål 23

Tegn et elektrisk skjematisk diagram over en krets hvor et batteri gir elektrisk energi til en lyspære.

Avslør svar Skjul svar

Dette skjematiske diagrammet er ikke den eneste gyldige måten å vise et batteri som driver en lyspære:

Andre orienteringer av komponentene i diagrammet er tillatt. Det som er viktig er imidlertid at det skal være en enkelt, kontinuerlig bane for elektrisk strøm fra batteriet, til lyspæren, og tilbake til den andre terminalen på batteriet.

Merknader:

Imponere på elevene viktigheten av å lære å "kommunisere" i språket i skjematiske diagrammer. Symbolene og konvensjonene som læres her er internasjonale, og ikke begrenset til bruk i USA.

Spørsmål 24

De fleste elektriske ledninger er dekket av et gummi- eller plastbelegg som kalles isolasjon . Hva er hensikten med å ha denne "isolasjonen" som dekker metalltråden "# 24"> Avslør svar Skjul svar

Formålet med isolasjon som dekker metalldelen av en elektrisk ledning er å forhindre utilsiktet kontakt med andre strømledere, noe som kan føre til en utilsiktet elektrisk strøm gjennom de andre ledere.

Merknader:

Ikke bare er dette spørsmålet praktisk ut fra forståelsen av kretsfunksjonen, men også fra det elektriske sikkerhetsperspektivet. Hvorfor er det viktig at ledninger skal isoleres? Er overhead kraftledninger isolert som ledningene som brukes i klasseprosjekter? Hvorfor eller hvorfor ikke? Hvordan var elektriske ledninger isolert før adventen av moderne plastteknologi?

Spørsmål 25

I de tidlige dagene av elektrisk ledning ble ledninger isolert med bomull . Dette er ikke lenger akseptert praksis. Forklar hvorfor.

Avslør svar Skjul svar

Bomull, som mange naturlige fibre, er en elektrisk isolator. . . til det blir vått!

Merknader:

Dette spørsmålet gir mulighet til å diskutere elektrisk sikkerhet med hensyn til klær (ofte laget av bomull). Tørker klærne isolasjon til elektrisitet som den gamle bomullstrådisoleringen? Kan bomullsklær være klar til å isolere deg trygt fra farlig spenning?

Spørsmål 26

Hvordan kan et batteri, en lyspære og noen lengder av metalltråd brukes som en ledningsevne tester, for å teste muligheten for ulike objekter å lede strøm?

Avslør svar Skjul svar

Følgende krets ville fungere som en enkel kontinuitetstester. Bare plasser de åpne trådendene i kontakt med objektet som skal testes, og lyspæren vil indikere om objektet gjennomfører strøm i en vesentlig grad:

Merknader:

Ikke bare er dette spørsmålet en mulighet til å løse et problem, men det gir seg godt til enkle og trygge eksperimenter. Oppmuntre elevene til å bygge sine egne ledningsevne testere og teste ulike stoffer med dem.

Spørsmål 27

Anta at vi hadde en lang lengde av elektrisk kabel (fleksibel slange som inneholder flere ledninger) som vi mistenkte hadde noen ødelagte ledninger i den. Utform en enkel testkrets som kan brukes til å kontrollere hver av ledningens ledninger individuelt.

Avslør svar Skjul svar

Merknader:

En vesentlig del av elektriske / elektroniske kretsproblemer skyldes ikke noe mer komplekst enn ødelagte ledningsforbindelser, eller feil langs lengden på ledninger. Testing av kabler for trådbrudd er en veldig praktisk øvelse.

Den samme teknikken kan brukes til å "kart" ledninger fra den ene enden av kabelen til den andre, dersom ledningene ikke er fargekodede eller på annen måte gjort identifiserbare.

Spørsmål 28

Hvor lenge vil det ta for lyspæren å motta strøm når batteriet er koblet til resten av kretsen? // www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00116x01.png " >

Avslør svar Skjul svar

Omtrent 11 millisekunder (0, 0107 sekunder).

Merknader:

Elektrisitet er rask: effekten av elektronbevegelseshastighet ved omtrent lysets hastighet (186.000 miles per sekund). Faktisk gjennomsnittlig elektronhastighet, derimot, er veldig, veldig sakte. En praktisk analogi jeg har brukt til å illustrere hvordan elektroner kan bevege seg sakte, men har rask effekt, er det for et lukket hydraulikksystem. Når ventilen er åpnet, er væskebevegelsen i hele systemet umiddelbar (faktisk bevegelsen beveger seg ved lydens hastighet - veldig raskt!), Men den faktiske hastigheten til væskebevegelsen er mye langsommere.

I tillegg indikerer dobbelt-chevron symbolene et elektrisk kontaktpar (plug og jack, mann og kvinne).

Spørsmål 29

En 22-gauge metalltråd med tre meter i lengde inneholder omtrent 28, 96 x 10 21 "fri" elektroner innenfor sitt volum. Anta at denne ledningen er plassert i en elektrisk krets som utfører en strøm som er lik 6.25 × 10 18 elektroner per sekund. Det vil si hvis du var i stand til å velge et sted langs lengden på denne ledningen og kunne telle elektroner som de drev av det stedet, ville du telle 6, 250, 000, 000, 000, 000, 000, 000 elektroner som passerer hvert sekund. (Dette er en rimelig hastighet for elektrisk strøm i en ledning av denne størrelsen.)

Beregn gjennomsnittshastigheten av elektroner gjennom denne ledningen.

Avslør svar Skjul svar

Gjennomsnittlig elektronhastighet = 0, 000647 fot per sekund, eller 6, 47 × 10 -4 ft / s. Dette er veldig sakte: bare 0, 00777 tommer per sekund, eller 0, 197 millimeter per sekund!

Merknader:

Til tross for den hurtige utviklingen av effektene av elektronbevegelse gjennom en krets (dvs. omtrent lysets hastighet), er den elektroniske hastigheten ekstremt langsom ved sammenligning.

Basisstallene som brukes i denne beregningen er som følger:

• Antall gratis elektroner per kubikkmeter metall (et eksempel tatt fra 15. utgave, 1983, volum 6, side 551) = 10 29 elektroner per m 3 . Metaltypen ble ikke spesifisert.
• 22 gauge har en diameter på 0, 025 tommer.

Spørsmål som dette kan være utfordrende for studenter uten sterk matematikk eller vitenskapelig bakgrunn. En problemløsningstrategi jeg har funnet veldig nyttig er å forenkle betingelsene til et problem til en løsning blir åpenbar, bruk deretter det forenklede eksempelet for å etablere et mønster (ligning) for å oppnå en løsning gitt noen innledende parametere. For eksempel, hva ville være den gjennomsnittlige elektronhastigheten hvis strømmen var 28, 96 × 10 21 elektroner per sekund, den samme figuren som antall gratis elektroner som bor i ledningen? Selvfølgelig vil strømningshastigheten være en ledningslengde per sekund, eller 3 fot per sekund. Endre nå dagens hastighet slik at den er noe nærmere den som er oppgitt i problemet (6.25 × 10 18 ), men likevel enkelt nok til å beregne mentalt. Si, halv første sats: 14, 48 × 10 21 elektroner per sekund. Selvfølgelig, med en strømningshastighet halv så mye, vil hastigheten også være halvparten: 1, 5 fot per sekund i stedet for 3 fot per sekund. Noen få iterasjoner av denne teknikken skal avsløre et mønster for løsning:

v = 3 Jeg


Q

Hvor,

v = Gjennomsnittlig elektronhastighet (fot per sekund)

I = Elektrisk strøm (elektroner per sekund)

Q = Antall elektroner inneholdt i ledning

Det er også svært nyttig å ha kunnskapsrike studenter demonstrere sine løsningsmetoder foran klassen slik at andre kan lære nye metoder for problemløsing.

Spørsmål 30

Hva refererer symbolene med spørsmålstegnene ved siden av dem til? I den viste kretsen vil lyspæren bli aktivert?

Avslør svar Skjul svar

Disse er bakkesymboler, og de kan enten referere til tilkoblinger til en vanlig leder (for eksempel metallkabinettet til en bil- eller kretskapsling), eller selve jorda (vanligvis via metallstenger drevet inn i smuss).

Merknader:

Spør elevene om de relative leddene til metallkassett versus smuss (jordjord). Er en nåværende bane dannet av to metall chassis grenser tilsvarende en nåværende bane dannet av to jord grenser "panelet panel panel default panel"

Spørsmål 31

Vist her er en forenklet representasjon av et kraftverk og et hus, med strømkilden vist som et batteri, og den eneste elektriske lasten i huset er en enkelt lyspære:

Hvorfor skulle noen bruke to ledninger til å føre strøm fra et kraftverk til et hus, som vist, da de bare kunne bruke en ledning og et par jordforbindelser, slik som dette? // www.beautycrew.com.au//sub. allaboutcircuits.com/images/quiz/00075x02.png ">

Avslør svar Skjul svar

Dette er ikke en praktisk løsning, selv om det bare krever at halvparten av ledninger skal distribuere elektrisk kraft fra kraftverket til hvert hus! Grunnen til at dette ikke er praktisk er at jorden (smuss) ikke er en god nok leder av elektrisitet. Ledninger av metall utfører elektrisitet langt mer effektivt, noe som resulterer i mer elektrisk kraft levert til sluttbrukeren.

Merknader:

Diskuter det faktum at selv om jorden (smuss) er en dårlig ledere av elektrisitet, kan det fortsatt være i stand til å gjennomføre nivåer av nåværende dødelig for menneskekroppen! Mengden strøm som er nødvendig for å lyse opp en lyspære til husholdningen er vanligvis langt over dødelighetsverdiene for menneskekroppen.

Spørsmål 32

Hva er nettopp en kortslutning ? Hva betyr det hvis en krets blir kortsluttet ? Hvordan skiller dette seg fra en åpen krets?

Avslør svar Skjul svar

En kortslutning er en krets som har svært liten motstand, noe som tillater store mengder strøm. Hvis en krets blir kortsluttet, betyr det at en sti for nåværende som tidligere har betydelig motstand, har blitt omgått av en bane som har ubetydelig (nesten null) motstand.

Omvendt er en åpen krets en hvor det er en pause som hindrer at noen strøm går gjennom det hele tatt.

Merknader:

Diskuter med studentene noen av de potensielle farene ved kortslutning. Det vil da være tydelig hvorfor en "kortslutning" er en dårlig ting. Spør elevene om de kan tenke på en realistisk omstendighet som kan føre til kortslutning.

Jeg har lagt merke til i flere år med undervisningelektronikk at begrepet "kort" eller "kortslutning" ofte brukes av nye studenter som generiske etiketter for enhver type kretsfeil, i stedet for den spesifikke tilstanden som nettopp er beskrevet. Dette er en vane som må korrigeres, dersom studentene skal kommunisere intelligent med andre i yrket. Å si at en komponent "shorted" betyr en veldig bestemt ting: det er ikke et generisk uttrykk for noen form for kretsfeil.

Spørsmål 33

Hva ville måtte skje i denne kretsen for at den skulle bli kortere ? Med andre ord, bestem hvordan du lager en kortslutning ved hjelp av komponentene som vises her:

Avslør svar Skjul svar

Merknader:

I virkeligheten er selvfølgelig kortslutninger vanligvis ting som må unngås. Diskuter med elevene hvorfor kortslutning er generelt uønsket, og hvilken rolle trådisoleringen spiller for å forhindre dem.

Spørsmål 34

Når lynnedslag rammer, kan nærliggende magnetiske kompassnåler settes til jerk som svar på elektrisk utladning. Ingen kompassnålavbøyning oppstår under akkumulering av elektrostatisk ladning foran lynbolten, men bare når bolten faktisk treffer. Hva angir dette fenomenet om spenning, strøm og magnetisme "# 34"> Gi svar svar Skjul svar

Tilstedeværelsen av en elektrisk strøm vil produsere et magnetfelt, men bare tilstedeværelsen av en spenning vil ikke. For mer detaljer om den historiske bakgrunnen til denne vitenskapelige funn, undersøk Hans Christian Oersteds arbeid i tidlig 1820-tall.

Merknader:

Oppdagelsen av elektromagnetisme var intet mindre enn revolusjonerende i Oersteds tid. Det banet vei for utvikling av elektriske motorer, blant annet nyttige elektriske enheter.

Spørsmål 35

Akkurat som elektrisitet kan utnyttes for å produsere magnetisme, kan magnetisme også utnyttes for å produsere elektrisitet. Sistnevnte prosess er kjent som elektromagnetisk induksjon . Utform et enkelt eksperiment for å utforske fenomenet elektromagnetisk induksjon.

Avslør svar Skjul svar

Kanskje den enkleste måten å demonstrere elektromagnetisk induksjon er, er kanskje å bygge en enkel krets dannet av en ledningspole og en sensitiv elektrisk meter (en digital måler er foretrukket for dette eksperimentet), og deretter flytte en magnet forbi trådspolen. Du bør merke en direkte korrelasjon mellom magnetens stilling i forhold til spolen over tid, og mengden spenning eller strøm som er indikert av måleren.

Merknader:

Mange studenter antar feilaktig at elektromagnetisk induksjon kan skje i nærvær av statiske magnetfelt. Dette er ikke sant. Det enkle eksperimentelle oppsettet som er beskrevet i avsnittet "Svar" for dette spørsmålet, er tilstrekkelig til å fjerne den myten, og for å belyse elevers forståelse av dette prinsippet. For øvrig er denne aktiviteten en fin måte å få studentene til å tenke i kalkulatoriske termer: relaterer en variabel til endringsraten over tid til en annen variabel.

Spørsmål 36

En stor lydhøyttaler kan tjene til å demonstrere både prinsippene for elektromagnetisme og elektromagnetisk induksjon . Forklar hvordan dette kan gjøres.

Avslør svar Skjul svar

Jeg vil ikke fortelle deg hvordan du skal sette opp eller gjøre eksperimentet, men jeg vil vise deg en illustrasjon av en typisk lydhøyttaler:

"Voice coil" er festet til den fleksible høyttalerkonene, og er fri til å bevege seg langs magnetens lange akse. Magneten er stasjonær, festet solidt til metallrammen til høyttaleren, og er sentrert midt i talespolen.

Dette eksperimentet er mest imponerende når en fysisk stor (dvs. "woofer") høyttaler brukes.

Oppfølgingsspørsmål: Identifiser noen mulige feilpunkter i en høyttaler som ville hindre at det fungerer som det skal.

Merknader:

Siden ikke alle har klar tilgang til en stor høyttaler for denne typen eksperiment, kan det bidra til at en eller to "woofer" -høyttalere er plassert i klasserommet for at elevene skal eksperimentere med under denne fasen av diskusjonen. Når som helst du kan oppmuntre elevene til å sette opp improviserte eksperimenter i klassen med det formål å utforske grunnleggende prinsipper, er det en god ting.

Spørsmål 37

Hva tror du kan skje hvis noen skulle forsiktig trykke på kjeglen til en av disse høyttalere "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00080x01.png">

Avslør svar Skjul svar

Prøv dette eksperimentet selv, ved hjelp av et langt par ledninger for å skille de to høyttalerne fra hverandre med en betydelig avstand. Lytt og følg høyttaleren på slutten mens noen andre kraner på den andre høyttaleren, og deretter handler roller.

Merknader:

Ikke bare viser dette eksperimentet de to prinsippene for elektromagnetisme og elektromagnetisk induksjon, men det viser også hvor enkelt det er å sette opp et enkelt lyddrevet lydtelefoni-system.

Det anbefales på det sterkeste å ha et identisk par "woofer" -høyttalere plassert i klasserommet for dette eksperimentet, samt en lang lengde av tvillingledekabel (et gammelt stykke skjøteledning virker bra for dette formålet, med alligator- klipp "jumper" ledninger for å gjøre tilkoblingene).

Spørsmål 38

Anta at noen mekanisk kobler en elektrisk motor til en elektrisk generator, så kobler de to enhetene sammen elektrisk sammen for å lage en evigvarende maskin:

Hvorfor vil ikke denne forsamlingen spinne for alltid, når den er startet? # 38 "> Gi svar svar Skjul svar

Dette vil ikke fungere fordi verken motoren eller generatoren er 100% effektiv.

Merknader:

Det enkle svaret på dette spørsmålet er at "loven om bevaring av energi (eller den andre loven om termodynamikk) forbyr det, " men å citerer en slik "lov" forklarer egentlig ikke hvorfor evigvarende maskiner er dømt til feil. Det er viktig for elevene å innse at virkeligheten ikke er bundet til de fysiske "lovene" forskerne sett; heller, det vi kaller "lover" er egentlig bare beskrivelser av regelmessigheter sett i naturen. Det er viktig å understreke kritisk tenkning i et spørsmål som dette, for det er ikke mer intellektuelt moden å nekte muligheten for en begivenhet basert på dogmatisk overholdelse av en lov enn det er å naivt tro at alt er mulig.

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Neste regneark →