background image

ZAD 63 

Oblicz  opór  zast pczy  mi dzy  punktami  AB  oraz  AC  dla  układów  wykonanych  z 

jednorodnych  drutów  oporowych  o  stałym  przekroju  przedstawionych  na  rysunku 
obok. Opór odcinka AC wynosi 1 

Ω. 

 

 
Rozwi zanie 

 

Dla poł czenia szeregowego oporów R

1

R

2

 zachodzi R = R

1 

+ R

2

 

 

Dla poł czenia równoległego oporów R

1

R

2

 zachodzi 

2

1

1

1

1

R

R

R

+

=

 

 

Oznaczmy długo  boku kwadratu symbolem a, a opór tego odcinka symbolem (= 1 Ω)

Zgodnie z drugim prawem Ohma opór jest proporcjonalny do długo ci przewodnika i  

pola powierzchni przekroju S, co zapiszemy: 

S

l

R

ρ

=

 

gdzie 

ρ jest oporem wła ciwym (charakteryzuje materiał z którego zbudowany jest przewodnik) 

Drut jest jednorodny (

ρ = const) oraz ma stały przekrój (S = const), wi c opór kawałka drutu o długo ci l ma warto  (l/ar⋅ 

 

a) Opór kawałka drutu wzdłu  drogi ACB jest oporem poł czenia szeregowego odcinków AC oraz CB – wynosi: 

 

=

=

=

=

2

1

2

2

2

r

r

a

a

R

ACB

 

Analogicznie 

=

=

=

=

2

1

2

2

2

r

r

a

a

R

ADB

 

Opory R

ABC 

oraz R

ADB

 s  poł czone równolegle, zatem opór zast pczy 

Z

AB

wyliczamy z zale no ci: 

=

+

=

+

=

+

=

+

=

1

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

1

2

1

1

r

r

r

r

R

r

r

r

r

r

r

R

Z

AB

Z

AB

 

Podobnie mo na obliczy  opór zast pczy 

Z

AC

. Wtedy 

=

=

=

=

3

1

3

3

3

r

r

a

a

R

ADBC

   oraz, 

=

=

=

=

1

1

1

1

1

r

r

a

a

R

AC

 

Opory R

ADBC 

oraz R

AC

 s  poł czone równolegle, zatem opór zast pczy 

Z

AC

wyliczamy z zale no ci: 

=

=

=

+

=

+

=

75

,

0

4

1

3

4

3

3

3

1

3

1

1

2

2

2

r

r

R

r

r

r

r

r

R

Z

Z

AC

AC

 

 

b) Opór zast pczy mi dzy punktami AB 

Opór zast pczy 

Z

AB

jest poł czeniem równoległym trzech oporów: 

r

R

r

R

r

R

2

2

;

2

=

=

=

ADB

AB

ACB

oraz

 

=

=

+

=

+

=

+

=

+

=

+

+

=

59

,

0

1

42

,

2

42

,

1

1

2

2

2

1

2

2

2

2

1

1

2

1

2

1

2

1

1

2

r

R

r

r

r

r

r

r

r

r

r

R

Z

Z

AB

AB

 

eby znale  opór zast pczy mi dzy punktami A i C nale y zauwa y ,  e dla trójk ta ABD mi dzy punktami AB mamy 

poł czenie równoległe dwóch oporów: 

r

R

r

R

2

2

=

=

ADB

AB

oraz

 

Zatem dla trójk ta ABD opór zast pczy mi dzy punktami A i B wyniesie 

=

+

=

+

=

+

=

+

=

83

,

0

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

1

2

1

1

2

/

2

/

r

r

r

r

R

r

r

r

r

r

R

AB

AB

                

/

AB

R  

Opór zast pczy mi dzy punktami A i C obliczymy z wzoru 

(

)

(

)

=

=

+

+

=

+

+

+

=

+

+

=

65

,

0

83

,

2

83

,

1

2

1

1

1

/

/

/

/

/

r

R

r

r

R

R

r

r

R

r

r

R

r

R

r

R

Z

AC

Z

AB

AB

AB

AB

AB

AC

 

 

 

A

A

A

B

B

C

C

C

R

1

 

(poł czenie szeregowe) 

(poł czenie równoległe) 

R

1

 

R

2

 

R

2

 

√2

background image

c) Opór zast pczy mi dzy punktami AB 

Opór zast pczy mi dzy punktami AB nie daje si  wyznaczy   

dotychczasowym sposobem. Nie jest to bowiem ani poł czenie 

równoległe ani szeregowe. Z symetrii układu wida  jednak,  e  

Potencjały w punkcie C oraz D s  takie same, wi c przez gał  CD  

nie mo e płyn  pr d. Tym samym gał  CD mo na wyeliminowa ,  

przerysowa  układ do postaci bez tej gał zi i rozwi za  tak jak  

w przypadku 

a).   

  Opór zast pczy mi dzy punktami A i C rozwi zuje si  podobnie jak dla przypadku 

b) 

 
ZAD 64 

Na ko cach drutu oporowego panuje napi cie U

1

 = 3 V. Ile razy nale y zmniejszy  pole przekroju poprzecznego drutu, aby po 

zmianie napi cia na U

2

 = 5U

1

 ilo  ciepła wydzielaj cego si  w drucie w jednostce czasu nie uległa zmianie (przy niezmienionej 

długo ci drutu)? 

Odp.: 25 razy 

Rozwi zanie: 
Ilo  ciepła wydzielaj cego si  w jednostce czasu to moc pr du. Mamy zatem: 

1

2

1

1

R

U

P

=

 oraz, 

2

2

2

2

R

U

P

=

 

Z warunków zadania wynika,  e P

1

 = P

2

, wi c    

2

2

2

1

2

1

R

U

R

=  (1) 

Uwzgl dniaj c,  e 

1

1

S

l

R

ρ

=

 , oraz  

2

2

S

l

R

ρ

=

 zapiszemy (1) w postaci: 

( )

25

1

5

2

1

2

1

2

2

2

1

1

2

2

2

2

1

2

1

2

2

2

1

2

1

2

2

2

1

2

1

=

=

=

=

ρ

=

ρ

=

U

U

U

U

S

S

S

U

S

U

S

l

U

S

l

U

R

U

R

U

 

 
ZAD 65 
Ile wynosi napi cie mi dzy punktami 

A i B obwodu przedstawionego na rysunku obok. Jaki pr d popłynie przewodem o oporze 

R

p

 = 2 

Ω, ł cz cym te punkty? Jak nale y zmieni  warto  oporu R

1

, by pr d nie popłyn ł? R

1

 = 1 

Ω, R

2

 = 3 

Ω, R

3

 = 5 

Ω, R

4

 = 20 

Ω, 

a E = 12 V. Opór wewn trzny ogniwa równy zero. 
Odp.: 

Z prawa Ohma dla obwodu zamkni tego mamy 

,

R

E

I

=

 gdzie R jest oporem zast pczym układu oporów R

1

R

2

R

3

, i R

4

.   

Zatem 

A

3

3,45

V

12

48

,

=

=

=

R

E

I

  

W w le O

1

 pr d I  rozgał zia na dwa pr dy: I

A

 oraz I

B,

   

Z I prawa Kirchoffa mamy 

B

A

I

I

I

+

=

 

Napi cie pomi dzy punktami O

1

 oraz O

2

 jest 

(

)

(

)

B

B

B

B

A

B

A

I

I

I

R

R

R

R

I

I

R

R

I

R

R

I

U

=

=

+

+

=

+

=

+

=

25

,

6

4

25

2

1

4

3

4

3

2

1

12

 

Wstawiaj c powy ej zale no c

A

B

I

I

I

=

otrzymujemy: 

A

I

I

I

I

I

3

25

,

7

48

,

3

25

,

6

25

,

7

25

,

6

25

,

6

25

,

6

=

=

=

=

A

A

A

A

0,48A

A

3

,48

A

B

=

=

=

3

I

I

I

 

Napi cie pomi dzy punktami A i B wyniesie, zatem: 

V

0,6

V

9

9,6

3

A

3

20

A

0,48

=

=

=

=

2

4

R

I

R

I

U

A

B

AB

 

Poł czenie punktów A i B  przewodem o oporze R

spowoduje przepływ pr du o nat eniu: 

V

0,3

2

V

0,6

=

=

=

p

AB

p

R

U

I

 

   Aby przez opór R

P  

nie popłyn ł pr d, potencjały w punkcie A i B musz  by  takie same, gdy  wtedy U

AB 

V

B

V

A

 = 0. Czyli musi 

zachodzi   V

A

V

O2 

V

B

V

O2

,

 

co  oznacza,  e  I

A

R

I

B

R

3

.  Podobnie  musi  zachodzi   V

A

V

O1 

V

B

V

O1

,  czyli  I

A

R

2

 = I

B

R

4

.  Daje  to 

układ równa  jak poni ej: 

 

=

=

4

2

3

1

)

2

(

)

1

(

R

I

R

I

R

I

R

I

B

A

B

A

   dalej, dziel c (1) przez (2) mamy  

=

=

=

75

,

0

1

3

2

1

4

3

2

1

R

R

R

R

R

R

R

R

 

U

1

 

U

2

 

S

1

 

S

2

 

√2

O

R

R

R

R

I

 

I

B 

I

A 

O

A

 

B

 

E

 

background image

 
ZAD 66 

Dwie  arówki o mocach P

1

 = 20 W i P

2

 = 40 W na napi cie U = 220 V poł czono: a) równolegle, b) szeregowo. Obliczy  opór 

zast pczy tego układu

 

Rozwi zanie: 

a) równolegle 

 

2

2

2

2

2

2

1

2

1

1

2

1

P

U

R

R

U

P

P

U

R

R

U

P

=

=

=

=

 

 

(

)

( )

806,7

VA

60

V

4840

W

40

W

20

V

220

2

2

2

=

=

+

=

+

=

+

=

+

=

2

1

2

2

1

2

2

1

1

1

1

1

P

P

U

R

P

P

U

R

R

R

 

b) szeregowo 

( )

=

+

=

+

=

+

=

+

=

3630

1

1

2

1

2

1

2

2

1

2

2

1

2

2

2

W

800

W

40

W

20

V

220

P

P

P

P

U

P

P

U

R

R

R

 

 

 

 

 
ZAD 67 

W  obwodzie  zło onym  z  ogniwa  i  opornika  R

1

=9

Ω  płynie  pr d  o  nat eniu  I

1

=0,9A,  a  po  doł czeniu  szeregowym  dodatkowego 

opornika R

2

=6Ω nat enie pr du zmniejszyło si  do I

2

=0,6A. Ile wynosi siła elektromotoryczna E i opór wewn trzny R

w

 ogniwa?

 

Odp.: R

= 3 

E = 10,8 V 

Rozwi zanie: 
Z prawa Ohma dla obwodu zamkni tego mamy: 

E

R

I

R

I

R

R

E

I

w

w

=

+

+

=

1

1

1

1

1

   (1), 

gdzie E jest sił  elektromotoryczn   ródła (mierzon  w woltach – V),  
R

w

 – oporem wewn trznym  ródła (w omach 

Ω). 

E

R

I

R

I

R

I

R

R

R

E

I

w

w

=

+

+

+

+

=

2

2

2

1

2

2

1

2

   (2) 

Zatem jest to układ dwóch równa  z niewiadomymi E oraz R

w 

Z (1) liczymy E i wstawiamy do (2) 

(

)

(

)

(

)

=

+

=

+

=

+

=

+

=

+

+

3

A

0,6

0,9

9

A

0,9

6

9

A

0,6

2

1

1

1

2

1

2

2

1

1

1

2

2

1

2

1

1

1

2

2

2

1

2

I

I

R

I

R

R

I

I

I

R

I

R

I

R

I

R

R

I

R

I

R

I

R

I

R

I

w

w

w

 

Obliczone R

w

 wstawiamy np. do (1) 

V

10,8

3

A

0,9

9

A

0,9

=

+

=

+

=

w

R

I

R

I

E

2

1

1

 

Mo na te  sprawdzi  poprawno  wyniku wstawiaj c obliczone R

w

 do (2), wtedy: 

(

)

(

)

8

,

10

18

6

,

0

3

6

9

6

,

0

2

1

2

2

2

2

1

2

=

=

+

+

=

+

+

=

+

+

=

A

A

R

R

R

I

R

I

R

I

R

I

E

w

w

 

 

R

R

R

I

1

 

I

R

w 

R

w 

E

 

E

 

a) równolegle 

b) szeregowo 

background image

 
ZAD 68 

Je eli  w  oporniku  R

(rys.  obok)  wydziela  si   moc  P

1

 = 100 W,  to  jaka  moc 

wydziela si  w oporniku R

3

 

Odp.: P

= 200 W 

Rozwi zanie: 

Informacja  o  mocy  jaka  wydziela  si   w  oporniku  R

3

,  którego  opór  jest  znany,  jest  jednocze nie  informacj   o  nat eniu  pr du  jaki 

przeze  płynie. Mamy, bowiem  

A

1

A

1

100

A

100

100

W

100

2

2

=

=

=

=

=

=

1

1

1

1

2

1

1

R

P

I

R

I

P

 

Z symetrii obwodu wynika,  e przez  gał  zawieraj c  opór R

płynie taki sam pr d jak przez gał  zawieraj c  opór R

2

 (jako,  e 

R

R

2

).  Wobec  tego  przez  opornik  R

3

  płynie  pr d  I

3

  =I

1

+I

2

  co  wynika  z  pierwszego  prawa  Kirchhoffa,  e  suma  nat e   pr dów 

pływaj cych do w zła równa jest sumie nat e  pr dów wypływaj cych z w zła. Zatem 

A

2

2

1

2

1

3

=

=

+

=

I

I

I

I

 

Moc wydzielaj c  si  na oporniku R

3

 obliczymy z w wzoru 

( )

W

200

50

A

2

2

2

=

=

=

3

2

3

3

R

I

P

 

 
ZAD 69 

Amperomierz o oporze wewn trznym r = 0,1 Ω poł czono szeregowo z oporem R = 9 Ω i nast pnie doł czono do biegunów ogniwa o 
oporze wewn trznym r

1

 = 0,9 Ω. Jaka była siła elektromotoryczna ogniwa, je eli amperomierz wskazał pr d o nat eniu I = 0,2 A? 

Odp.: E = 2 V 

Rozwi zanie: 
Z prawa Ohma dla obwodu zamkni tego mamy: 

(

)

(

)

(

)

V

2

A

=

+

+

=

+

+

=

+

+

=

+

+

=

2

,

0

9

,

0

9

1

,

0

1

1

1

I

R

r

r

I

R

r

r

E

R

r

r

E

I

   (1), 

 

 

 

 

 

 

R

1

 = 100 

  

R

2

 = 100 

  

R

3

 = 50 

  

R

A

 

I

 

r

E

 

r