Проверка закона на ОМ - тест със задачи

Материалът представя най-важната зависимост в цялата електрическа теория – връзката между напрежение, сила на тока и съпротивление. Това е основата, върху която стъпва всичко останало в раздела, затова урокът е ключов и се връща постоянно при по-нататъшните теми. Идеята е ученикът да разбере, че токът във веригата не е нещо случайно или дадено, а резултат от две противоположни влияния. Напрежението е причината, която задвижва зарядите – колкото е по-голямо, толкова по-силен е токът. Съпротивлението е пречката пред тяхното движение – колкото е по-голямо, толкова по-слаб е токът. Двете величини действат в противоположни посоки и точно затова едната стои в числителя, а другата в знаменателя. Материалът въвежда трите величини поотделно, техните означения и мерни единици, и показва как знаейки две от тях, винаги можем да намерим третата. Оттук идват и трите вида задачи, които ученикът трябва да умее да решава. Важна част е графичното представяне. Зависимостта е права линия и това не е случайно – то показва, че отношението между напрежението и тока остава постоянно. Наклонът на правата носи информация за съпротивлението. Така ученикът се учи да чете физика от графика, а не само от формула. Урокът въвежда и едно съществено ограничение. Законът важи за металните проводници и обикновените резистори, но не за всички елементи. При полупроводниците зависимостта не е права линия. Това е първата среща на ученика с идеята, че физичните закони имат граници на приложимост. Отделно се разглежда от какво зависи самото съпротивление – от материала, размерите на проводника и температурата. Това превръща съпротивлението от абстрактно число в нещо, което има физически смисъл. Накрая се въвежда и как се измерват величините на практика и защо измервателните уреди се свързват по различен начин. Смисълът на целия материал е ученикът да получи работещ инструмент, с който после да разбира последователното и паралелното свързване, мощността и топлинното действие на тока.

Три страници, на които един изчислителен въпрос е разгърнат в четири нарастващи по сложност случая – от най-простото натоварване до пълното. Устройството е стъпаловидно и точно това го прави удобно за учене. Всеки следващ случай надгражда предходния с още едно натоварване, а изразът се разширява със съответната съставка. Така се вижда не само крайната формула, а и откъде идва всеки неин член. Първият случай е чисто осево натоварване. Записан е изразът за напрежението и веднага след него – изразът за търсения диаметър, получен чрез преобразуване. Приложена е и фигура. Вторият случай добавя усукващ момент. Тук е въведено еквивалентното напрежение, дадено е отношението за тангенциалното напрежение и е показано какво се получава след заместването. Именно тази последователност – отделен израз, после заместване – позволява формулата да се възпроизведе, а не да се преписва наизуст. Третият случай добавя и огъващ момент. Изразът за еквивалентното напрежение е записан в разгърнат вид, следван от още две номерирани зависимости. Четвъртата част е за осигуряването срещу срязване и завършва с две формули, поставени една до друга. Формулите са тринадесет на брой, номерирани последователно и вградени като изображения, което ги прави четливи с всички индекси и знаци – предимство пред набраните на текст изрази, при които означенията често се губят. Обемът е сведен до същественото: без обяснения за смисъла на величините, без изводи и без решени числени примери. Материалът е изчислителна справка. Студентът получава готов отговор на конспектен въпрос и същевременно набор от формули за курсова задача по машинни елементи. Преподавателят – кратко изложение, годно за раздаване към упражнението.

Досега въведохме две основни величини, характеризиращи постоянния ток – големина на тока и напрежение. Немският физик Г. Ом е установил експериментално връзката между тях при протичане наток в метални проводници. 

Големина на ток Напрежение Закон на Ом Ел. Съпротивление Работа на ел. Ток Топлинно действие Сила на тежеста Лост Налягане Хидростатично налягане Зависимост при хидравлични машини Скачени съдове Сила на Архимед Наведена равнина Количество топлина Период на люлеене Честота на люлеене Скорост на разпространение Дълбочина Скорост на звука Равноускорително движение ускорение ЗАКОН ЗА СКОРОСТТА Равнозакъснително движение Кинетична енергия Потенциална енергия

Материалът стъпва върху закона на Ом и го прилага към втория основен начин за свързване на консуматори – паралелния. Логиката е същата като при последователното свързване, но резултатите са почти огледални, и точно това сравнение е ядрото на урока. Паралелно свързване означава, че всички резистори са включени между едни и същи две точки. Токът, който излиза от източника, стига до възела и там се разклонява – всеки резистор получава своя част. Оттук идват трите основни извода. Първо, напрежението върху всички клонове е едно и също. Щом краищата им са свързани в едни и същи точки, разликата в потенциала между тях е обща за всички. Второ, токът се разпределя между клоновете и сборът им дава общия ток. През клона с по-малко съпротивление тече по-силен ток – зарядът върви по пътя на по-малката пречка. Трето, общото съпротивление се получава по-малко от най-малкото включено съпротивление. Това често обърква учениците, но идеята е проста: всеки нов клон добавя още един път за тока, а повече пътища означават по-лесно преминаване. Смисълът е практически. Паралелното свързване е това, което ученикът вижда всеки ден, без да го осъзнава – контактите вкъщи, лампите в стаята, уредите в кухнята. Всеки уред работи независимо от останалите и получава едно и също напрежение, защото инсталацията е паралелна. Ако беше последователна, изключването на една лампа щеше да загаси всичко. Оттук идва и разбирането за претоварване. Колкото повече уреди се включат, толкова по-малко става общото съпротивление и толкова по-силен ток тече през инсталацията. Това обяснява защо има предпазители и защо разклонителите не се претоварват. Идеята на целия материал е ученикът да не помни две отделни правила наизуст, а да разбира защо при последователно свързване се сумира едното, а при паралелно – другото. Щом схваща къде се разклонява токът и къде не, може да изведе останалото сам.

Учебен материал, който не изброява условията за протичане на постоянен ток, а ги извежда – едно по едно, като показва защо всяко от тях е необходимо. Именно този ход прави разработката различна. Тръгва се от прост опит с две заредени тела, съединени с проводник, и се проследява защо токът в него спира. Оттам естествено следва първото условие, после второто и накрая третото – и трите не са дадени наготово, а произлизат от разсъждението. Темата е електричният ток и електродвижещото напрежение, а изложението е на две страници в две озаглавени части. Първата половина въвежда самото понятие за ток и веднага посочва двете предпоставки за неговото възникване – наличието на свободни носители и причината те да се движат насочено. Дадени са и примери за трите различни среди, като при всяка е уточнено кои частици участват. Оттам следват трите основни характеристики. Особено полезно е уточнението при посоката: обяснено е защо в металите частиците се движат обратно на приетата посока – подробност, която се бърка постоянно. Големината е дадена с определение и с формула, а после от нея е изведена връзката между две мерни единици. Следва плътността, въведена като векторна величина с обяснение защо изобщо е нужна. Особено ценна е частта за постоянния ток. Показано е как двете общи формули се опростяват, когато величините не се менят с времето. Втората половина е за страничните сили. Обяснено е защо електростатичните сили не са достатъчни, каква работа трябва да се извърши и защо тя изисква внасяне на допълнителна енергия. Следва пресмятането на работата вътре в източника, от което е изведено електродвижещото напрежение – не като готово определение, а като резултат от извод. Финалната част е най-точна. Разгледан е случаят, при който действат едновременно двата вида сили, а от сбора на двете работи е получено напрежението. Оттам е обяснено защо то е обобщение на потенциалната разлика и кога двете съвпадат. Материалът съдържа две фигури, две номерирани формули и няколко междинни израза, а всяка величина се пояснява при първата си поява заедно с мерната си единица. Има и няколко препратки към други въпроси от същия конспект. Преподавателят получава готова опора за един учебен час, без нужда от подготовка. Двете части вършат работа и поединично – характеристиките на тока в единия час, страничните сили в другия. Студентът разполага с конспектен въпрос в завършен вид, при който трите условия и трите понятия се помнят лесно, защото са изведени, а не заучени. Годен е за устен изпит и за преговор преди семестриална проверка.