Középiskolai Matematikai és Fizikai Lapok
Informatika rovattal
Kiadja a MATFUND Alapítvány
Már regisztráltál?
Új vendég vagy?
FizikaMintamegoldás

A G. 912. fizika gyakorlat megoldása

Szerk

G. 912. Az ábrán látható áramkörben kezdetben a kapcsoló nyitva van.

a) Mekkora áramok folynak az áramkör ellenállásain és a telepeken a kapcsoló zárása előtt és után?

b) Mekkora áramok folynak, ha a kapcsoló melletti feszültségforrás polaritását megfordítjuk?

(4 pont)

Megoldás. a) Ameddig a kapcsoló nyitva van, a 10 V-os telepen nem folyik áram, mintha ott sem lenne (1. ábra). Így csak egy egyszerű soros kapcsolás marad, amelynek eredő ellenállása \(\displaystyle R_{\mathrm{e}}=R_1+R_2=20\,\Omega\). Ebből az áramerősség ebben az esetben \(\displaystyle I=U_2/R_{\mathrm{e}}=1~\mathrm{A}\).


1. ábra

Tehát ekkor mindkét ellenálláson és a 20 V-os telepen is \(\displaystyle I=1~\mathrm{A}\) erősségű áram folyik. (A 10 V-os telepen pedig nem folyik áram.)

Ha a kapcsolót bezárjuk, akkor az \(\displaystyle R_1\) ellenálláson \(\displaystyle U_1=10~\mathrm{V}\) feszültség esik, tehát rajta most is \(\displaystyle I_{R1}=U_1/R_1=1~\mathrm{A}\) áram folyik, de az előzővel ellentétes irányba, vagyis a 2. ábrán jobbról balra.


2. ábra

Ha a \(\displaystyle C\) pont potenciálját 0-nak vesszük, akkor a \(\displaystyle B\) pont potenciálja \(\displaystyle -10~\mathrm{V}\), míg az \(\displaystyle A\) ponté \(\displaystyle +20~\mathrm{V}\), így az \(\displaystyle R_2\) ellenálláson \(\displaystyle U_{AB}=30~\mathrm{V}\) feszültség esik. Tehát rajta \(\displaystyle I_2=U_{AB}/R_2=3~\mathrm{A}\) erősségű áram folyik, a korábbival azonos irányban (az ábrán balról jobbra). A 20 V-os telep árama ugyanekkora, míg a 10 V-os telepen a csomóponti törvény szerint \(\displaystyle I_{U1}=I_{R1}+I_2=4~\mathrm{A}\) áram folyik (a \(\displaystyle B\) pontból a \(\displaystyle C\) pont irányába).

Összefoglalva: az \(\displaystyle R_2\) ellenálláson és a 20 V-os telepen 3 A, az \(\displaystyle R_1\) ellenálláson 1 A, míg a 10 V-os telepen 4 A erősségű áram folyik.

b) Nyitott kapcsoló esetén a 10 V-os telep polaritása érdektelen, a megoldás ekkor megegyezik az a) részben leírtakkal.


3. ábra

Ha a kapcsolót a 10 V-os telep fordított polaritása mellett zárjuk (3. ábra), a \(\displaystyle B\) pont potenciálja a \(\displaystyle C\) ponthoz képest \(\displaystyle +10~\mathrm{V}\) lesz, így mindkét ellenálláson ugyanakkora és ugyanolyan irányú feszültség esik, mint a nyitott kapcsoló esetében.

Ebben az esetben tehát a kapcsoló zárása semmilyen változást nem okoz: mindkét ellenálláson és a 20 V-os telepen is \(\displaystyle I=1~\mathrm{A}\) erősségű áram folyik, a 10 V-os telepen pedig nem folyik áram.

Villant Vanda (Pécsi Leőwey Klára Gimn., 9. évf.)

Megjegyzés. A feladat nem kéri, de érdemes megvizsgálni az áramkör energiaviszonyait is (ez egyben ellenőrzésre is alkalmas). Nyitott kapcsoló esetén, és a fordított polaritásnál a zárt kapcsoló esetén is csak a 20 V-os telepen át folyik áram, az általa leadott teljesítmény ekkor \(\displaystyle P=U_2I=20~\mathrm{W}\). A Joule-hő miatt fejlődő hőteljesítmény pedig mindkét ellenálláson \(\displaystyle P_{\mathrm{J}}=RI^2=10~\mathrm{W}\), összesen 20 W, ami megegyezik a leadott teljesítménnyel.

Az a) esetben zárt kapcsoló esetén a 10 V-os telep \(\displaystyle P_1=U_1I_{U1}=40~\mathrm{W}\), míg a 20 V-os telep \(\displaystyle P_2=U_2I_2=60~\mathrm{W}\) teljesítményt ad le. Eközben az \(\displaystyle R_1\) ellenálláson a disszipálódó hőteljesítmény \(\displaystyle P_\mathrm{J1}=I_{R1}^2R_1=10~\mathrm{W}\), az \(\displaystyle R_2\) ellenálláson pedig \(\displaystyle P_\mathrm{J2}=I_2^2R_2=90~\mathrm{W}\). Megnyugtató módon teljesül az energiamérleg: \(\displaystyle 40~\mathrm{W}+60~\mathrm{W}=100~\mathrm{W}=10~\mathrm{W}+90~\mathrm{W}\).

40 dolgozat érkezett. Helyes 18 megoldás. Kicsit hiányos (3 pont) 5, hiányos (1–2 pont) 14, hibás 1, nem versenyszerű 2 dolgozat.

MatfundTámogatás

Kérjük, támogassa adója 1%-ával a KöMaL-t!

A KöMaL kiadásának, a versenyek teljes lebonyolításának, díjazásának és a díjkiosztóval egybekötött Ifjúsági Ankétok szervezésének költségeit 2007 óta a MATFUND Középiskolai Matematikai és Fizikai Alapítvány fizeti.

Kérjük, személyi jövedelemadója 1%-ának felajánlásával álljon a több, mint 125 éve alapított Középiskolai Matematikai és Fizikai Lapok mellé!

A LapLegfrissebb szám

A KöMaL 2026. januári száma

A LapLegfrissebb szám

A KöMaL 2025. októberi száma

A LapLegfrissebb szám

A KöMaL 2025. decemberi száma

A LapLegfrissebb szám

A KöMaL 2026. márciusi száma

A LapLegfrissebb szám

A KöMaL 2026. februári száma

A LapLegfrissebb szám

A KöMaL 2025. szeptemberi száma

A LapLegfrissebb szám

A KöMaL 2026. áprilisi száma

A LapLegfrissebb szám

A KöMaL 2025. novemberi száma

FizikaMintamegoldás

A G. 911. fizika gyakorlat megoldása

G. 911. Egy vékony szórólencse az ábrán látható \(\displaystyle P\) pontról a \(\displaystyle P'\) pontban állít elő látszólagos képet. A lencse optikai tengelyét a folytonos vonal jelöli, a négyzethálón egy-egy beosztás vízszintesen \(\displaystyle 10~\mathrm{cm}\)-nek, függőlegesen \(\displaystyle 1~\mathrm{cm}\)-nek felel meg. Mekkora a lencse fókusztávolsága?

FizikaMintamegoldás

A P. 5691. fizika feladat megoldása

P. 5691. Határozzuk meg egy vékony, \(\displaystyle m\) tömegű, homogén tömegeloszlású, \(\displaystyle a\) oldalú szabályos háromszög alakú lemez tehetetlenségi nyomatékát az egyik csúcsán áthaladó tengelyre vonatkozóan, ha az

a) a háromszög síkjára merőleges,

b) a magasságvonal,

c) az előző két tengelyre merőleges.

Közli: Zsigri Ferenc, Budapest

FizikaMintamegoldás

Az M. 445. mérési feladat megoldása

M. 445. Mérjük meg, hogy egy adott granuláris anyagnak (pl. rizs, gersli stb.) mekkora a térkitöltése! Mennyire függ ez a rendszer preparálásától (pl.: tömörítés, rázogatás stb.)?

Közli: Széchenyi Gábor, Budapest