Basic Electric Worksheet

Basic Electricity - Ohm's Law Worksheet Review and Resistence (Juni 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Basic Electric Worksheet

Basic Electricity


Spørgsmål 1

Hvad er formålet med kontakten vist i dette skematiske diagram "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00013x01.png">

Reveal svar Skjul svar

Denne enhed er kendt som en switch, og dens formål i dette kredsløb er at etablere eller afbryde kredsløbets elektriske kontinuitet for at styre lyspæren.

Bemærkninger:

Begyndende studerende finder ofte terminologien for kontakterne forvirrende, fordi ordene åbner og lukker ligner den terminologi, der anvendes til døre, men betyder ikke helt det samme, når de bruges i forbindelse med en switch! For at undgå forvirring spørg eleverne, hvordan de kan tænke på disse vilkår på en måde, der er i overensstemmelse med deres mening i forbindelse med en elektrisk switch.

En analogi til at bruge til switchens funktion, der giver mening med skematikken, er en trækkebro: når broen er nede (lukket), kan biler krydse; når broen er op (åben), kan biler ikke.

Spørgsmål 2

Hvilken forskel vil det få, hvis kontakten er placeret i en af ​​disse to alternative steder i kredsløbet?

Reveal svar Skjul svar

Valget af switch steder vist i de to alternative diagrammer har ingen betydning. I begge tilfælde udfører kontakten den samme kontrol over lyspæren.

Bemærkninger:

Dette er et vanskeligt begreb for nogle studerende at mestre. Sørg for, at de alle forstår elstrømmenes natur og vigtigheden af ​​kontinuitet i hele kredsløbet. Måske den bedste måde for eleverne at beherske dette koncept er at faktisk opbygge arbejdsbatteri-switch-lampe kredsløb. Påmind dem om, at deres "forskning" af disse regnearkspørgsmål ikke er begrænset til boglæsning. Det er ikke kun gyldigt, men det foretrækkes, at de selv kan eksperimentere, så længe spændingerne er lave nok til, at der ikke er risiko for stød.

En analogi til at bruge til switchens funktion, der giver mening med skematikken, er en trækkebro: når broen er nede (lukket), kan biler krydse; når broen er op (åben), kan biler ikke.

Spørgsmål 3

Er denne switch (i lukket tilstand) lav modstand eller høj modstand mellem dens terminaler "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00027x01.png">

Reveal svar Skjul svar

En lukket switch skal have lav modstand mellem sine terminaler.

Bemærkninger:

Spørg eleverne, hvad det ville betyde, hvis en lukket skifte faktisk måles med høj modstand mellem sine terminaler. At vide, hvad målingerne af en hvilken som helst elektrisk komponent burde være, er en meget vigtig færdighed til fejlfinding.

Spørgsmål 4

Hvordan kan du bruge en måler (eller en ledningsevne / kontinuitetstester) for at afgøre, om denne elektriske kontakt er i åben eller lukket tilstand?

Reveal svar Skjul svar

De fleste multimetre har et "modstand" måleområde ("Ohms skala"), som kan bruges til at kontrollere kontinuiteten. Brug enten en måler eller en ledningsevne / kontinuitetstester, måle mellem de to skrueterminaler på denne kontakt: Hvis modstanden er lav (god ledningsevne), så er kontakten lukket . Hvis den målte modstand er uendelig (ingen ledningsevne), så er kontakten åben .

Bemærkninger:

Dette er et andet spørgsmål, der egner sig godt til eksperimentering. En vitalt vigtig færdighed for eleverne at udvikle er, hvordan man bruger deres testudstyr til at diagnosticere tilstanden af ​​individuelle komponenter.

En billig kilde til enkle (SPST) switche er en hardware butik: Brug den samme type switch, der bruges til husholdningens lyskontrol. Disse omskiftere er meget billige, robuste og leveres med kraftige skrueterminaler til ledningsfastgørelse. Når de bruges i små batteridrevne projekter, er de næsten uforgængelige!

Spørgsmål 5

Bestem, om lyspæren vil slukke for hver af følgende pauser i kredsløbet. Overvej kun en pause ad gangen:

Vælg en mulighed for hvert punkt:
• A: de-energize / no effect
• B: deaktivere / ingen effekt
• C: de-energize / no effekt
• D: de-energize / no effect
• E: de-energize / no effect
• F: deaktivere / ingen effekt
Reveal svar Skjul svar

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

Bemærkninger:

Dette spørgsmål er et vigtigt element i elevernes proces med at lære fejlfinding. Fremhæv betydningen af ​​induktiv tænkning: udlede generelle principper fra specifikke tilfælde. Hvad fortæller dette kredsløbs opførsel os om elektrisk kontinuitet "panelpanelpanelets standardpanel" standardkopi>

Spørgsmål 6

Vist her er en forenklet repræsentation af et atom : den mindste fordeling af materie, der kan isoleres gennem fysiske eller kemiske metoder.

Inde i hvert atom kaldes flere mindre bit af materiale partikler . Identificere de tre forskellige typer af "elementære" partikler inde i et atom, deres elektriske egenskaber og deres respektive placeringer i atomet.

Reveal svar Skjul svar

Neutroner ligger i kernens centrum ("kerner"), ligesom protoner. Neutroner er elektrisk neutrale (gratis), mens protoner har en positiv elektrisk ladning. Elektroner, der ligger uden for kernen, har negative elektriske ladninger.

Bemærkninger:

De fleste, hvis ikke alle, vil eleverne være bekendt med "solsystem" -modellen af ​​et atom, fra grundskole og sekundær videnskabsuddannelse. I virkeligheden er denne model af atomstruktur imidlertid ikke så præcis. Så vidt nogen ved, er det fysiske layout af et atom meget, meget mere skræmmende end dette!

Et spørgsmål, der kan komme op i diskussionen, er definitionen af ​​"charge." Jeg er ikke sikker på, om det er muligt at fundamentalt definere, hvad "charge" er. Selvfølgelig kan vi diskutere "positive" og "negative" afgifter i operationelle termer: at ligesom afgifter afviser og modsatte afgifter tiltrækker. Dette fortæller imidlertid ikke rigtigt hvad opladningen faktisk er. Denne filosofiske dilemma er almindelig inden for videnskab: at kunne beskrive hvad der er hvad angår dens opførsel, men ikke dens identitet eller natur.

Spørgsmål 7

Forskellige typer af atomer skelnes mellem forskellige antal elementære partikler i dem. Bestem antallet af elementære partikler inden for hver af disse typer af atomer:

• Carbon
• Hydrogen
• Helium
• Aluminium

Tip: Se op på hvert af disse elementer på et periodisk bord .

Reveal svar Skjul svar

Hvert carbonatom garanteres at indeholde 6 protoner. Medmindre atomen er elektrisk ladet, indeholder den også 6 elektroner for at afbalancere protonernes ladning. De fleste carbonatomer indeholder 6 neutroner, men nogle kan indeholde mere eller mindre end 6.

Hvert hydrogenatom er garanteret at indeholde 1 proton. Medmindre atomen er elektrisk ladet, indeholder den også 1 elektron for at afbalancere ladningen af ​​den ene proton. De fleste hydrogenatomer indeholder ingen neutroner, men nogle indeholder enten en eller to neutroner.

Hvert heliumatom er garanteret at indeholde 2 protoner. Medmindre atomen er elektrisk ladet, indeholder den også 2 elektroner for at afbalancere protonernes ladning. De fleste heliumatomer indeholder 2 neutroner, men nogle kan indeholde mere eller mindre end 2.

Hvert atom af aluminium er garanteret at indeholde 13 protoner. Medmindre atomen er elektrisk ladet, vil den også indeholde 13 elektroner for at afbalancere protonernes ladning. De fleste aluminiumatomer indeholder 14 neutroner, men nogle kan indeholde mere eller mindre end 14.

Mens du undersøger antallet af partikler inden for hver af disse atomtyper, kan du komme på tværs af disse termer: atomnummer og atommasse (undertiden kaldet atomvægt ). Vær rede til at diskutere hvad disse to udtryk betyder.

Bemærkninger:

Sørg for at spørge dine elever om hvilke definitioner de har fundet for "atomnummer" og "atommasse".

Det anbefales stærkt, at eleverne opsøger periodiske tabeller for at hjælpe dem med deres forskning i dette spørgsmål. Ordren af ​​elementer på et periodisk bord kan fremkalde et par yderligere spørgsmål, som f.eks. "Hvorfor er de forskellige elementer arrangeret som denne panelpanel" standard "itemscope>

Spørgsmål 8

Af de tre typer "elementære partikler", der udgør atomer, bestemmer hvilken type (r) der påvirker følgende egenskaber af et element:

• Atomernes kemiske identitet (om det er et nitrogenatom, jern, sølv eller et andet element).
• Atomets masse.
• Atomets elektriske ladning.
• Hvorvidt det er radioaktivt (spontan desintegration af kernen).
Reveal svar Skjul svar

• Atomernes kemiske identitet: protoner .
• Atomets masse: neutroner og protoner, og i mindre grad elektroner .
• Atomets elektriske ladning: elektroner og protoner (uanset om tallene er lige eller ej).
• Hvorvidt det er radioaktivt: neutroner, selvom man også kan sige protoner i nogle tilfælde, da der ikke er nogen kendt "stabil" (ikke-radioaktiv) isotoper af visse elementer, hvor identiteten af ​​et element bestemmes strengt ved antallet af protoner.

Bemærkninger:

Det ophører aldrig med at fascinere mig, hvor mange af elementernes grundlæggende egenskaber der bestemmes af et simpelt heltalstælling af partikler inden for hvert atoms kerne.

I svaret introducerer jeg ordet isotop . Lad eleverne undersøge hvad dette udtryk betyder. Fortæl dem ikke bare!

Spørgsmål 9

Det græske ord for rav (fossiliseret harpiks) er elektron . Forklar, hvordan dette kom til at være ordet, der beskriver en bestemt type subatomisk partikel (elektron).

Reveal svar Skjul svar

Når et stykke guber gnides med en klud, udvikles en statisk elektrisk ladning på begge genstande. Tidlige eksperimenter postulerede eksistensen af ​​en usynlig væske, der blev overført mellem den gule og kluden. Senere blev det opdaget, at små subatomære partikler udgjorde denne "væske", og navnet elektron blev givet til dem.

Bemærkninger:

Dette spørgsmål giver en god mulighed for at diskutere elhistoriens historie, og hvordan dens forståelse og beherskelse har ændret menneskers liv dramatisk. Sørg for at stille spørgsmål om Benjamin Franklin og modelleringen af ​​elektricitet som væske . Videnskabelig opdagelse er ofte assisteret af modeller, men kan også være forhindret af dem også. Franklin's model af elektricitet som væske har gjort både (konventionel versus elektronstrøm notation)!

Spørgsmål 10

Hvad betyder det for et objekt at have en elektrisk opladning ? Giv et eksempel på et objekt, der modtager en elektrisk ladning, og beskriv hvordan det opladede objekt kan opføre sig.

Reveal svar Skjul svar

For at en genstand skal være elektrisk ladet, skal den have enten et overskud eller et underskud af elektroner blandt dets atomer.

Et almindeligt eksempel på elektrisk opladende genstande er at gnide latexballoner mod uldtøj eller børste dit hår med en plastkamme. Konsekvenserne af disse elektriske ladninger er meget lette at opfatte!

Bemærkninger:

Dette spørgsmål fører naturligvis til en diskussion om atomteorien. Opmuntre dine elever til at diskutere og udforske simple modeller af atomet, og hvordan de tjener til at forklare elektricitet med hensyn til elektronplacering og bevægelse.

Spørgsmål 11

Hvor mange elektroner er indeholdt i en coulomb af ladning?

Reveal svar Skjul svar

Der er 6, 25 × 10 18 elektroner i en coulomb af ladning. Hvad ville det se ud som uden brug af videnskabelig notation? Skriv den samme figur ved hjælp af det mest hensigtsmæssige metriske præfiks.

Bemærkninger:

En lille matematisk gennemgang her: Brug videnskabelig notation til at angive meget store (eller meget små) tal.

Spørgsmål 12

Hvad sker der, når to genstande gnides sammen og statisk elektricitet resulterer?

Reveal svar Skjul svar

Når visse kombinationer af materialer gnides sammen, elektroniserer gnidningsvirkningen elektronerne fra atomer af et materiale til atomer af den anden. Denne ubalance af elektroner efterlader det tidligere materiale en positiv ladning, og sidstnævnte med en negativ ladning.

Bemærkninger:

Begreberne "positive" og "negative" synes bagud i forhold til det moderne koncept af elektroner som ladetransportører. Sørg for at diskutere det historiske aspekt af denne terminologi (Benjamin Franklin's formodning) og den efterfølgende betegnelse af en elektrons individuelle ladning som "negativ".

Spørgsmål 13

Det er meget lettere at "lade" et atom elektrisk end det er at ændre sin kemiske identitet (sig fra bly til guld). Hvad angiver denne kendsgerning om den relative mobilitet af de elementære partikler inden for et atom?

Reveal svar Skjul svar

Elektroner er meget lettere at fjerne fra eller tilføje til et atom end protoner er. Årsagen til dette er også løsningen på paradokset af, hvorfor protoner binder sammen tæt i kernen af ​​et atom trods deres identiske elektriske ladninger.

Bemærkninger:

Diskuter med dine elever betydningen af ​​denne kendsgerning: at elektroner kan tilføjes eller tages fra et atom ret let, men at protoner (og neutroner for den sags skyld) er meget tæt "bundne" inden for et atom. Hvad kan atomer opføre sig, hvis deres protoner ikke var så tæt bundet, som de er?

Vi ved hvad der sker med elektronerne i nogle atomer, når stoffer gnides sammen. Hvad kan der ske med disse stoffer, hvis protoner ikke er så tæt bundet sammen som de er?

Spørgsmål 14

Forklar, hvad de elektriske udtryk spænding, strøm og modstand betyder, ved hjælp af dine egne ord.

Reveal svar Skjul svar

Spænding: elektrisk "tryk" mellem to forskellige punkter eller steder.

Nuværende: strømmen af ​​elektroner.

Modstand: modstand, eller "friktion" til strømmen af ​​elektroner.

Spænding, strøm og modstand er relateret gennem Ohms lov.

Bemærkninger:

Selvom det er nemt nok for eleverne at slå op definitioner for disse ord fra et hvilket som helst antal referencer, er det vigtigt, at de kan kaste dem i deres egne ord. At huske en definition er ikke den samme som virkelig at forstå det, og hvis en studerende ikke er i stand til at beskrive betydningen af ​​et udtryk ved at bruge deres egne ord, så forstår de det absolut ikke! Det er også nyttigt at opmuntre eleverne til at give eksempler på egentlige eksempler på disse vilkår.

Spørgsmål 15

Beskriv, hvad "elektricitet" er, i dine egne ord.

Reveal svar Skjul svar

Hvis du har svært ved at formulere en definition for "elektricitet", vil en simpel definition af "elektrisk strøm" være tilstrækkelig. Hvad jeg leder efter her er en beskrivelse af, hvordan en elektrisk strøm kan eksistere inden for et fast materiale som en metaltråd.

Bemærkninger:

Dette spørgsmål er ikke så let at svare som det måske først vises. Bestemt er elektrisk strøm defineret som "strømmen" af elektroner, men hvordan "strømmer" elektronerne gennem et fast materiale som kobber? Hvordan strømmer noget gennem et solidt materiale, for den sags skyld?

Mange videnskabelige discipliner udfordrer vores "sunde fornuft" ideer om virkelighed, herunder den tilsyneladende solide natur af visse stoffer. Et af de frigørende aspekter af videnskabelig undersøgelse er, at det frigør os fra begrænsningerne af direkte følelsesopfattelse. Gennem struktureret eksperimentering og stringent tænkning er vi i stand til at "se" ting, der ellers ville være umulige at se. Vi kan bestemt ikke se elektroner med vores øjne, men vi kan opdage deres tilstedeværelse med specielt udstyr, måle deres bevægelse ved indledning fra andre effekter og bevise empirisk, at de faktisk eksisterer.

I den henseende er den videnskabelige metode et redskab til udvidelse af menneskets evne. Dine elever vil begynde at opleve spændingen ved at "arbejde med det usynlige", da de undersøger elektricitet og elektriske kredsløb. Det er din opgave som instruktør at fremme og opmuntre denne følelse af undre i dine elevernes arbejde.

Spørgsmål 16

Hvad er forskellen mellem materialer klassificeret som ledere versus dem klassificeret som isolatorer, i disse ords elektriske betydning?

Reveal svar Skjul svar

Elektriske "ledere" giver nem passage af elektrisk strøm gennem dem, mens elektriske "isolatorer" ikke gør det. Den grundlæggende forskel mellem en elektrisk "leder" og en elektrisk "isolator" er, hvor nemt elektroner kan glide væk fra deres respektive atomer.

For en illustration af elektronmobilitet inden for et metallisk stof undersøges udtrykkene elektrongas og "Sea of ​​electrons" i en kemikaliebogen.

Bemærkninger:

Det er vigtigt at indse, at elektriske "ledere" og "isolatorer" ikke er de samme som termiske "ledere" og "isolatorer." Materialer, som er isolatorer i elektrisk forstand, kan være retfærdige ledere af varme (visse siliconegeler, der anvendes som varme- overførsel væsker til varme dræn, for eksempel). Materialer, der er ledere i elektrisk forstand, kan være egnede isolatorer i termisk forstand (f.eks. Ledende plast).

Spørgsmål 17

Identificer flere stoffer, der er gode ledere af elektricitet, og flere stoffer, der er gode isolatorer af elektricitet.

Reveal svar Skjul svar

Det er meget nemt at undersøge (og teste!), Om forskellige stoffer er enten ledere eller isolatorer af elektricitet eller ej. Jeg forlader denne opgave i dine meget kompetente hænder.

Bemærkninger:

Hvis eleverne har adgang til simple multimetre, kan de udføre konduktivitetstest på forskellige stoffer med dem. Dette er en sjov og interessant klasseværelse aktivitet!

Spørgsmål 18

I de enkleste termer du kan tænke på, definerer, hvad et elektrisk kredsløb er.

Reveal svar Skjul svar

Et elektrisk kredsløb er en hvilken som helst kontinuerlig bane for elektroner at strømme væk fra en elektrisk potentialkilde (spænding) og tilbage igen.

Bemærkninger:

Selv om definitioner er nemme at undersøge og gentage, er det vigtigt, at eleverne lærer at kaste disse begreber i deres egne ord. At bede elever om at give praktiske eksempler på "kredsløb" og "ikke-kredsløb" er en måde at sikre en dybere undersøgelse af begreberne end blot term memorisering.

Ordet "kredsløb" i sprogbrug betyder ofte noget elektrisk. Dette er selvfølgelig ikke rigtigt i den tekniske betydning af udtrykket. Studerende vil indse, at mange termer, de lærer og bruger i et el- eller elektronikkursus, faktisk er misbrugt i fælles tale. Ordet "kort" er et andet eksempel: det refererer teknisk til en bestemt type kredsløbsfejl. Men generelt bruger folk det til at henvise til enhver form for elektrisk problem.

Spørgsmål 19

Hvad er forskellen mellem DC og AC elektricitet? Identificer nogle almindelige kilder til hver type elektricitet.

Reveal svar Skjul svar

DC er en akronym, der betyder Direct Current : det vil sige elektrisk strøm, der kun bevæger sig i en retning. AC er en akronym, der betyder vekselstrøm : det vil sige elektrisk strøm, der regelmæssigt vender retning ("alternativer").

Elektrokemiske batterier genererer DC, ligesom solceller. Mikrofoner genererer AC, når der registreres lydbølger (vibrationer af luftmolekyler). Der er mange, mange andre kilder til DC og AC elektricitet end det jeg har nævnt her!

Bemærkninger:

Diskuter lidt af AC-DC's historie i tidlige strømsystemer. I de tidlige dage af elkraft i USA var der en opvarmet debat mellem brugen af ​​DC mod AC. Thomas Edison kæmpede for DC, mens George Westinghouse og Nikola Tesla fortalte AC.

Det kan være værd at nævne, at næsten al elkraft i verden genereres og distribueres som AC (vekselstrøm), og ikke som DC (med andre ord, Thomas Edison tabte AC / DC kamp!). Afhængigt af niveauet af den klasse, du underviser, kan det være en god tid at forklare, hvorfor de fleste strømforsyningssystemer bruger AC. Uanset hvad vil dine elever sandsynligvis spørge hvorfor, så du bør være parat til at behandle dette spørgsmål på en eller anden måde (eller få dem til at rapportere deres egne resultater!).

Spørgsmål 20

Antag at du bygger en hytte langt væk fra el-service, men du ønsker at have elektricitet til rådighed for at aktivere lyspærer, en radio, en computer og andre nyttige enheder. Bestem mindst tre forskellige måder, du kunne generere elektrisk strøm til at levere elforsyningsbehovet ved denne hytte.

Reveal svar Skjul svar

Der er flere forskellige enheder, der er i stand til at producere elektrisk strøm til denne hyttestue:

• Motordrevet generator
• Solcelle
• Thermopile
• Vindmølle

For hver af disse enheder, hvad er dens driftsprincip, og hvor får den sin energi fra?

Bemærkninger:

For hver af disse elektriske "kilder" er der en mere grundlæggende energikilde. Mennesker tænker ofte på generatoraggregater som magiske energikilder, hvor de egentlig ikke er mere end energiomformere: transformerer energi fra en form til en anden.

Spørgsmål 21

Hvor kommer elektriciteten fra det, der styrer dit hjem, eller din skole, eller streetlights langs veje eller de mange forretningssteder i din by? Du vil opdage, at der er mange forskellige kilder og typer af elektriske kilder. Prøv i hvert tilfælde at bestemme, hvor den ultimative kilde til denne energi er.

For eksempel i en vandkraft dækkes elen, når faldende vand spinder en turbine, som drejer en elektromekanisk generator. Men hvad fører vandet løbende til sit "opadgående" sted, så processen er vedvarende? Hvad er den ultimative energikilde, der udnyttes af dæmningen?

Reveal svar Skjul svar

Nogle kilder til elektrisk strøm:

• Vandkraftige dæmninger
• Atomkraftværker
• Kul- og oliefyrede kraftværker
• Naturgasfyrede kraftværker
• Træfyrede kraftværker
• Geotermiske kraftværker
• Solkraftværker
• Tidevands- / bølgekraftværker
• Vindmøller

Bemærkninger:

Et godt samtalepunkt her er, at næsten alle "energikilder" har en fælles oprindelse. De forskellige "kilder" er kun variant udtryk af samme ægte kilde (med undtagelser, selvfølgelig!).

Spørgsmål 22

På baggrund af et batteri og en pære viser du, hvordan du vil forbinde disse to enheder sammen med ledningen for at tænde for lyspæren:

Reveal svar Skjul svar

Dette er den enkleste mulighed, men ikke den eneste.

Bemærkninger:

Dette spørgsmål giver eleverne en god mulighed for at diskutere det grundlæggende koncept for et kredsløb. Det er meget nemt at opbygge, sikre og skulle samles af hver elev individuelt i klassen. Læg også vægt på, hvordan simple kredsløb som denne kan samles hjemme som en del af "research" -delen af ​​regnearket. At undersøge svar på regnearkspørgsmål betyder ikke nødvendigvis, at oplysningerne skal komme fra en bog! Opmuntre eksperimenter, når betingelserne er kendt for at være sikre.

Få eleverne brainstorm alle de vigtige begreber, der er lært i at lave dette enkle kredsløb. Hvilke generelle principper kan udledes af denne særlige øvelse "panelpanelets panelpanel"

Spørgsmål 23

Tegn et elektrisk skematisk diagram af et kredsløb, hvor et batteri giver elektrisk energi til en pære.

Reveal svar Skjul svar

Dette skematiske diagram er ikke den eneste gyldige måde at vise et batteri, der driver en pære:

Andre orienteringer af komponenterne i diagrammet er tilladt. Det betyder imidlertid, at der er en enkelt, kontinuerlig sti for elektrisk strøm fra batteriet, til pæren og tilbage til den anden terminal på batteriet.

Bemærkninger:

Imponer eleverne på vigtigheden af ​​at lære at "kommunikere" i skematiske diagrammer. Symbolerne og konventionerne, der læres her, er internationale, og ikke begrænset til brug i USA.

Spørgsmål 24

De fleste elektriske ledninger er dækket af en gummi- eller plastbelægning kaldet isolering . Hvad er formålet med at have denne "isolering", der dækker metaltråden "# 24"> Reveal svar Skjul svar

Formålet med isolering, der dækker metaldelen af ​​en elektrisk ledning, er at forhindre utilsigtet kontakt med andre ledere af elektricitet, hvilket kan resultere i en utilsigtet elektrisk strøm gennem disse andre ledere.

Bemærkninger:

Ikke alene er dette spørgsmål praktisk ud fra forståelsen af ​​kredsløbsfunktionen, men også fra det elektriske sikkerhedsperspektiv. Hvorfor er det vigtigt, at ledninger skal isoleres? Er overheadledninger isoleret som ledningerne i klasseværelsesprojekter? Hvorfor eller hvorfor ikke? Hvordan blev elektriske ledninger isoleret før fremkomsten af ​​moderne plastteknologi?

Spørgsmål 25

I de tidlige dage af elektriske ledninger var trådene isoleret med bomuld . Dette er ikke længere accepteret praksis. Forklar hvorfor.

Reveal svar Skjul svar

Bomuld, som mange naturlige fibre, er en elektrisk isolator. . . indtil det bliver vådt!

Bemærkninger:

Dette spørgsmål giver mulighed for at diskutere elektrisk sikkerhed med hensyn til tøj (ofte lavet af bomuld). Kan tørt tøj tilbyde isolering til elektricitet som gammeldags bomuldstrådisolering? Kan bomuldstøj pålides for at isolere dig sikkert fra farlig spænding?

Spørgsmål 26

Hvordan kunne et batteri, en pære og nogle længder af metaltråd bruges som ledningsevne tester for at teste forskellige objekters evne til at lede elektricitet?

Reveal svar Skjul svar

Følgende kredsløb ville fungere som en simpel kontinuitetstester. Placer blot de åbne trådender i kontakt med objektet, der skal testes, og lyspæren vil indikere, om objektet udfører elektricitet i nogen væsentlig grad:

Bemærkninger:

Ikke alene er dette spørgsmål en mulighed for at løse et problem, men det giver sig godt til enkle og sikre eksperimenter. Opmuntre eleverne til at opbygge deres egen ledningsevne testere og teste forskellige stoffer med dem.

Spørgsmål 27

Antag, at vi havde en lang længde af elektrisk kabel (fleksibel slange indeholdende flere ledninger), som vi mistænkte havde nogle ødelagte ledninger i den. Design et simpelt testkredsløb, som kan bruges til at tjekke hvert enkelt kabels ledninger individuelt.

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

En væsentlig del af elektriske / elektroniske kredsløbsproblemer skyldes intet mere komplekst end brudte ledningsforbindelser eller fejl langs længden af ​​ledninger. Testning af kabler til trådbrud er en meget praktisk øvelse.

Den samme teknik kan bruges til at "kortlægge" ledninger fra den ene ende af kablet til den anden, hvis ledningerne ikke er farvekodede eller på anden måde identificerbare.

Spørgsmål 28

Hvor længe vil det tage for lyspæren at modtage strøm, når batteriet er forbundet til resten af ​​kredsløbet "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00116x01.png" >

Reveal svar Skjul svar

Ca. 11 millisekunder (0, 0107 sekunder).

Bemærkninger:

Elektricitet er hurtig: Virkningerne af elektron bevægelse rejser ved omtrent lysets hastighed (186.000 miles per sekund). Den faktiske gennemsnitlige elektronhastighed er på den anden side meget, meget langsom. En praktisk analogi, jeg har brugt til at illustrere, hvordan elektroner kan bevæge sig langsomt, men har hurtig virkning, er det for et hydrauliksystem med lukket sløjfe. Når ventilen åbnes, er væskebevægelsen i hele systemet øjeblikkelig (bevægelsen skrider faktisk i takt med lyden gennem væsken - meget hurtigt!), Men den faktiske hastighed af væskebevægelsen er meget langsommere.

I øvrigt angiver dobbelt-chevron symbolerne et elektrisk stikpar (stik og stik, mand og kvinde).

Spørgsmål 29

En 22-gauge metaltråd med tre fødder indeholder ca. 28, 96 × 10 21 "fri" elektroner inden for dens volumen. Antag, at denne ledning er placeret i et elektrisk kredsløb, der fører en strøm svarende til 6, 25 × 10 18 elektroner pr. Sekund. Det vil sige, hvis du var i stand til at vælge en plet langs længden af ​​denne ledning og kunne tælle elektroner, da de drev af det sted, ville du tælle 6, 250, 000, 000, 000, 000, 000, 000 elektroner, der passerer hvert sekund. (Dette er en rimelig sats for elektrisk strøm i en ledning af denne størrelse.)

Beregn gennemsnitshastigheden af ​​elektroner gennem denne ledning.

Reveal svar Skjul svar

Gennemsnitlig elektronhastighed = 0, 000647 fod per sekund eller 6, 47 × 10 -4 ft / s. Dette er meget langsomt: kun 0, 00777 tommer per sekund, eller 0, 197 millimeter per sekund!

Bemærkninger:

På trods af den hurtige udvikling af virkningerne af elektron bevægelse gennem et kredsløb (dvs. ca. lysets hastighed) er den faktiske elektronhastighed ekstremt langsom ved sammenligning.

Basisfigurer anvendt i denne beregning er som følger:

• Antal gratis elektroner pr. Kubikmeter metal (et eksempel taget fra 15. udgave, 1983, bind 6, side 551) = 10 29 elektroner pr. M 3 . Metaltypen blev ikke specificeret.
• 22 gauge har en diameter på 0, 025 tommer.

Spørgsmål som dette kan være udfordrende for studerende uden en stærk matematisk eller videnskabelig baggrund. En problemløsningstrategi, jeg har fundet meget nyttig, er at forenkle betingelserne for et problem, indtil en løsning bliver indlysende, og brug derefter det forenklede eksempel til at etablere et mønster (ligning) for at opnå en løsning givet eventuelle indledende parametre. For eksempel, hvad ville være den gennemsnitlige elektronhastighed, hvis strømmen var 28, 96 × 10 21 elektroner pr. Sekund, samme tal som antallet af ledige elektroner, der var bosat i ledningen? Selvfølgelig vil strømningshastigheden være en ledningslængde pr. Sekund eller 3 fod pr. Sekund. Nu ændrer du den nuværende hastighed, så den er noget tættere på den, der er angivet i problemet (6.25 × 10 18 ), men alligevel simpelt nok til at beregne mentalt. Sig, halvdelen af ​​første sats: 14, 48 × 10 21 elektroner pr. Sekund. Selvfølgelig med en strømningshastighed halv så meget, vil hastigheden også være halvdelen: 1, 5 fod pr. Sekund i stedet for 3 fod pr. Sekund. Et par gentagelser af denne teknik skal afsløre et mønster til løsning:

v = 3 jeg


Q

Hvor,

v = Gennemsnitlig elektronhastighed (fødder pr. sekund)

I = Elektrisk strøm (elektroner pr. Sekund)

Q = Antal elektroner indeholdt i ledning

Det er også meget nyttigt at have kyndige studerende demonstrere deres løsningsteknikker foran klassen, så andre kan lære nye metoder til problemløsning.

Spørgsmål 30

Hvad henviser symbolerne med spørgsmålstegnene ud for dem til? I det viste kredsløb ville lyspæren blive aktiveret?

Reveal svar Skjul svar

Disse er mark symboler, og de kan enten referere til forbindelser til en fælles leder (såsom metal chassis af en bil eller kredsløb kabinet), eller den faktiske jord (normalt via metalstænger drevet i snavs).

Bemærkninger:

Spørg eleverne om de relative ledninger af metalchassis versus snavs (jordbund). Er en nuværende vej dannet af to metal chassis grunde svarende til en nuværende vej dannet af to jord grunde "panelpanel standard panel"

Spørgsmål 31

Vist her er en forenklet repræsentation af et elværk og et hus med elkilden vist som et batteri, og den eneste elektriske "belastning" i huset er en enkelt pære:

Hvorfor skulle nogen bruge to ledninger til at føre strøm fra et kraftværk til et hus, som vist, da de bare kunne bruge en ledning og et par jordforbindelser, sådan som "// www.beautycrew.com.au//sub. allaboutcircuits.com/images/quiz/00075x02.png ">

Reveal svar Skjul svar

Dette er ikke en praktisk løsning, selvom det kun ville kræve halvdelen af ​​ledningerne at distribuere el fra kraftværket til hvert hus! Årsagen til, at dette ikke er praktisk, er fordi jorden (snavs) ikke er en god nok leder af elektricitet. Ledninger af metal udfører elektricitet langt mere effektivt, hvilket resulterer i mere elektrisk strøm leveret til slutbrugeren.

Bemærkninger:

Diskuter det faktum, at selvom jorden (snavs) er en dårlig elektricitetsleder, kan den stadig være i stand til at udføre niveauer af nuværende dødbringende for menneskekroppen! Den mængde strøm, der er nødvendig for at tænde en husstandslampe, er typisk langt over værdierne dødelige for menneskekroppen.

Spørgsmål 32

Hvad er netop en kortslutning ? Hvad betyder det, hvis et kredsløb bliver kortsluttet ? Hvordan adskiller dette sig fra et åbent kredsløb?

Reveal svar Skjul svar

En kortslutning er et kredsløb med meget lille modstand, hvilket tillader store mængder strøm. Hvis et kredsløb bliver kortsluttet betyder det, at en sti for strøm, der tidligere har betydelig modstand, er blevet omgået af en sti, der har ubetydelig (næsten nul) modstand.

Omvendt er et åbent kredsløb en, hvor der er en pause, der forhindrer enhver strøm i at gå igennem overhovedet.

Bemærkninger:

Diskuter med dine elever nogle af de potentielle farer ved kortslutning. Det vil da være tydeligt, hvorfor en "kortslutning" er en dårlig ting. Spørg eleverne, hvis de kan tænke på en realistisk omstændighed, der kan føre til en kortslutningsudvikling.

Jeg har bemærket i flere år af undervisningelektronik, at begreberne "kort" eller "kortslutning" ofte bruges af nye studerende som generiske etiketter til enhver form for kredsløbsfejl, snarere end den specifikke tilstand, der netop er beskrevet. Dette er en vane, der skal rettes, hvis eleverne skal kommunikere intelligent med andre i erhvervet. At sige at en komponent "er shorted" betyder en meget bestemt ting: det er ikke et generisk udtryk for nogen form for kredsløbsfejl.

Spørgsmål 33

Hvad skal der ske i dette kredsløb for at det bliver kortsluttet ? Bestem med andre ord, hvordan man laver en kortslutning ved hjælp af komponenterne vist her:

Reveal svar Skjul svar

Bemærkninger:

I virkeligheden er kortslutninger naturligvis ting, der skal undgås. Diskuter med dine elever, hvorfor kortslutninger generelt er uønskede, og hvilken rolle trådisolering spiller for at forhindre dem.

Spørgsmål 34

Når lynnedslag rammer, kan nærliggende magnetiske kompas nåle ses for at rykke som svar på den elektriske udladning. Ingen kompassnålafbøjning resulterer under akkumulering af elektrostatisk ladning forud for lynbolten, men kun når bolten faktisk rammer. Hvad angiver dette fænomen om spænding, strøm og magnetisme "# 34"> Reveal svar Skjul svar

Tilstedeværelsen af ​​en elektrisk strøm vil producere et magnetfelt, men den blotte tilstedeværelse af en spænding vil ikke. For mere detaljer om den historiske baggrund for denne videnskabelige opdagelse, undersøge Hans Christian Oersteds arbejde i begyndelsen af ​​1820'erne.

Bemærkninger:

Opdagelsen af ​​elektromagnetisme var intet mindre end revolutionerende i Oersteds tid. Det banede vejen for udviklingen af ​​elmotorer, blandt andre nyttige elektriske enheder.

Spørgsmål 35

Ligesom elektricitet kan udnyttes til at producere magnetisme, kan magnetisme også udnyttes til at producere elektricitet. Sidstnævnte proces er kendt som elektromagnetisk induktion . Design et simpelt eksperiment for at undersøge fænomenet elektromagnetisk induktion.

Reveal svar Skjul svar

Måske er den nemmeste måde at demonstrere elektromagnetisk induktion på at opbygge et simpelt kredsløb, der er dannet af en ledningspole og en følsom elektrisk måler (en digital måler foretrækkes til dette eksperiment) og derefter flytte en magnet forbi trådspolen. Du bør se en direkte sammenhæng mellem magnetens position i forhold til spolen over tid og mængden af ​​spænding eller strøm angivet af måleren.

Bemærkninger:

Mange studerende antager fejlagtigt, at elektromagnetisk induktion kan finde sted i nærværelse af statiske magnetfelter. Det er ikke sandt. Den simple eksperimentelle opsætning beskrevet i afsnittet "Svar" for dette spørgsmål er tilstrækkelig til at fjerne denne myte og til at belyse elevernes forståelse af dette princip. I øvrigt er denne aktivitet en god måde at få eleverne til at tænke på i beregningsbetingelser: relaterer en variabel til ændringshastigheden over tid for en anden variabel.

Spørgsmål 36

En stor lydhøjttaler kan tjene til at demonstrere både principperne om elektromagnetisme og elektromagnetisk induktion . Forklar hvordan dette kan gøres.

Reveal svar Skjul svar

Jeg vil ikke fortælle dig, hvordan du opretter eller gør eksperimentet, men jeg vil vise dig en illustration af en typisk lydhøjttaler:

"Voice coil" er fastgjort til den fleksible højttalerkegle og er fri til at bevæge sig langs magnetens lange akse. Magneten er stationær og er solidt forankret i højttalerens metalramme og er centreret midt i talespolen.

Dette eksperiment er mest imponerende, når der anvendes en fysisk stor (dvs. "woofer") højttaler.

Opfølgningsspørgsmål: Identificer nogle mulige fejlpunkter i en højttaler, der forhindrer det i at fungere korrekt.

Bemærkninger:

Da ikke alle har klar adgang til en stor højttaler til denne form for eksperiment, kan det være med til at have en eller to "woofer" højttalere placeret i klasseværelset, hvor eleverne kan eksperimentere med i denne fase af diskussionen. Når som helst du kan opmuntre eleverne til at oprette improviserede eksperimenter i klassen med det formål at udforske grundlæggende principper, er det en god ting.

Spørgsmål 37

Hvad tror du måske, hvis nogen skulle forsigtigt trykke på keglen på en af ​​disse højttalere "// www.beautycrew.com.au//sub.allaboutcircuits.com/images/quiz/00080x01.png">

Reveal svar Skjul svar

Prøv selv dette eksperiment ved at bruge et langt par ledninger til at adskille de to højttalere fra hinanden med en betydelig afstand. Lyt og følg højttaleren på din ende, mens en anden tapper på den anden højttaler, så handler roller.

Bemærkninger:

Ikke alene viser dette eksperiment de dobbelte principper for elektromagnetisme og elektromagnetisk induktion, men det viser også, hvor nemt det er at oprette et simpelt lyddrevet lydtelefonisystem.

Det anbefales stærkt at have identiske par "woofer" -højttalere placeret i klasseværelset til dette eksperiment, samt en lang længde af toledet kabel (et gammelt stykke forlængerledning fungerer godt til dette formål med alligator- clips "jumper" ledninger for at gøre forbindelserne).

Spørgsmål 38

Antag at nogen mekanisk forbinder en elektrisk motor til en elektrisk generator, så forbinder de to enheder sammen elektrisk i et forsøg på at lave en evt. Bevægelsesmaskine:

Hvorfor vil ikke denne forsamling springer for evigt, når den er startet? # 38 "> Reveal svar Skjul svar

Dette virker ikke, fordi hverken motoren eller generatoren er 100% effektiv.

Bemærkninger:

Det enkle svar på dette spørgsmål er, at "loven om bevarelse af energi (eller anden lov af termodynamik) forbyder det", men med henvisning til en sådan "lov" forklarer virkelig ikke, hvorfor evige maskiner er dømt til fiasko. Det er vigtigt for eleverne at indse, at virkeligheden ikke er bundet til de fysiske "Laws" -forskere; Det, vi kalder "love", er faktisk bare beskrivelser af regelmæssigheder set i naturen. Det er vigtigt at understrege kritisk tænkning i et spørgsmål som dette, for det er ikke mere intellektuelt modent at nægte muligheden for en begivenhed baseret på dogmatisk overholdelse af en lov, end at det er naivt at tro, at alt er muligt.

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →