Μάθημα : V, I, R: Οι Τρεις Μασκοφόροι του Ηλεκτρισμού στον “Νόμο του Ωμ”

Το πρόβλημα της ηλεκτρικής συσκευής στο εργαστήριο

Προσδοκώμενα Αποτελέσματα

Με την ολοκλήρωση της ενότητας  θα είσαστε σε θέση να:

• Αναγνωρίζετε και να διακρίνετε τις θεμελιώδεις μεταβλητές V (Τάση), I (Ένταση) και R (Αντίσταση) σε πραγματικές ηλεκτρικές διατάξεις.
• Διαβάζετε με ακρίβεια τις ενδείξεις των βασικών οργάνων μέτρησης (ψηφιακό/αναλογικό αμπερόμετρο και βολτόμετρο).

«Στο εργαστήριο, όταν συνδέουμε μια συγκεκριμένη ηλεκτρική συσκευή (π.χ. έναν ισχυρό προβολέα ή μια ηλεκτρική αντίσταση θέρμανσης) στην τάση του δικτύου, παρατηρούμε στο αμπερόμετρο του πίνακα ότι το ρεύμα ανεβαίνει απότομα και η ασφάλεια "πέφτει". Αν όμως συνδέσουμε την ίδια συσκευή σε μια πηγή με χαμηλότερη τάση, η συσκευή λειτουργεί χωρίς να πέφτει η ασφάλεια, αλλά υπολειτουργεί.»

•  Ερώτημα: «Όταν αυξάνουμε την τάση, το ρεύμα απλώς "στριμώχνεται" στα καλώδια (όγκος) ή μήπως τα ηλεκτρόνια "τρέχουν" με μεγαλύτερη ταχύτητα και ορμή μέσα από την αντίσταση της συσκευής, αυξάνοντας την ένταση;» .Θα εργαστείτει σε ζευγάρια, συζητάτε και καταγράφετε τις πρώτες διαισθητικές σας σκέψεις στο Φύλλο Εργασίας 1 . 

2. Ασύγχρονη Δράση 1 (Εξ Αποστάσεως μέσω e-class) – Διάρκεια: 1 ώρα ασύγχρονης απασχόλησης

• Μελέτη Υλικού: Μελετάτε το ψηφιακό υλικό (απόσπασμα από το διαδραστικό βιβλίο Ηλεκτροτεχνίας) που έχει αναρτηθεί στα «Έγγραφα» του e-class σχετικά με τη λειτουργία των αμπερομέτρων και βολτομέτρων.
• Ψηφιακός Πειραματισμός: Οι ομάδεςσυνδέονται στο PhET Colorado (Circuit Construction Kit: DC). Συναρμολογούν ένα απλό εικονικό κύκλωμα με μία πηγή, έναν αντιστάτη και τα όργανα μέτρησης.
• Εκτέλεση & Καταγραφή: Μεταβάλλετε την τάση στην ψηφιακή μπαταρία, μαθαίνετε να διαβάζετε τις ενδείξεις (Volt και Ampere) και παρατηρείτε οπτικά την κίνηση των φορτίων (μπλε σφαιρίδια). Διαπιστώνετε αν η αύξηση της τάσης κάνει τα φορτία να κινούνται πιο γρήγορα («χτυπούν» την αντίσταση). Καταγράφετε τις πρώτες σας μετρήσεις στο Φύλλο Εργασίας 1.

Συμπλήρωμα στο Φύλλο Εργασίας 1

ΒΗΜΑ 1 | Η Πρόκληση του Εργαστηρίου (Δια ζώσης στην τάξη)

1. Παρατηρήστε τα όργανα μέτρησης στον πάγκο εργασίας. Ποια ένδειξη μας δείχνει την «πίεση» που αναγκάζει το ρεύμα να ρεύσει (V) και ποια την ποσότητα των ηλεκτρονίων που περνάει ανά δευτερόλεπτο (I); ____________________
2. Η Υπόθεση της Ομάδας: Τι πιστεύετε ότι συμβαίνει στο ηλεκτρικό ρεύμα (I) που διαρρέει τη συσκευή όταν αυξάνουμε την ηλεκτρική τάση (V) της πηγής; (Επιλέξτε και αιτιολογήστε):

• [ ] Το ρεύμα παραμένει σταθερό, γιατί η αντίσταση της συσκευής δεν αλλάζει.
• [ ] Το ρεύμα αυξάνεται, επειδή η τάση «σπρώχνει» τα ηλεκτρόνια με μεγαλύτερη δύναμη.
• Αιτιολόγηση: _______________________________________________

ΒΗΜΑ 2 | Εξ Αποστάσεως Διερεύνηση (Ασύγχρονα στο e-class)

1. Ανοίξτε την προσομοίωση PhET. Αυξήστε την Τάση (V) της πηγής κρατώντας την Αντίσταση (R) σταθερή. Τι παρατηρείτε να συμβαίνει στην κίνηση των ηλεκτρονίων και στην ένδειξη του αμπερομέτρου (I); ____________________
2. Με βάση την οπτική παρατήρηση στην προσομοίωση, η αρχική υπόθεση που κάνατε στο ΒΗΜΑ 1 επαληθεύεται ή απορρίπτεται; ____________________