Поврзете се со законот на Ом

Изградба на материјали (за 30 работни станици)

Потребни материјали

• 30 - Држач за батерии, 4 АА батерии
• 1 - Држач за батерија, една АА ќелија
• 120 - АА батерии
• 30-Држач за светилки на завртка
• 100 - Скокач води
• 30 - Отпорник, 1/2 вати, 47 оми
• 30 - Отпорник, 1/2 вати, 100 оми
• 30 - сијалица, бр 40, 6.3 V, 150 mA
• 1 - Roll of Wire, 22, 20 или 18 AWG, заглавени, во која било боја
• 60 - Дигитален мултиметар
• 1- Лемење, 60-40, јадро од колофон
• 3 - Плочи за мелење, месинг, 1/2 x 2 инчи
• 60 - Плочи за мелење, месинг, 1/2 x 2 инчи
• 5 - парчиња дрво, 1 ″ x 6 ″ x 8 ”(големина на сечење 3/4 ″ x 5 1/2 ″)
• 100-бр. 4 завртки со рамна глава од дрво-долги 1/2
• 100-бр. 4 завртки со рамна глава од дрво-долги 3/4
• 5 - Листови шкурка, во ред, 120 ронки.

Можни извори за потребни материјали

• Локална продавница за хардвер
• Омнитрон електроника (www.omnitronelectronics.net)
• Радио колиба (www.radioshack.com)

Инструкции за склопување на тестер за континуитет

Деловите за тестер за континуитет прикажани подолу се монтирани на дрвена табла долга 6 инчи и исечена од номинална граѓа од 1 инч за 6 инчи (вистинска големина 3/4 инчи x 5 1/2 инчи). Димензиите на таблата и точното поставување на компонентите не се критични. Држачот за батерија е прицврстен на таблата со две завртки од дрво со рамна глава, долги 1/2 инчи. Држачот за светилка е прицврстен на таблата со две завртки со дрвени плочки со број четири, долги 3/4 инчи. 20 -те заглавени жици на AWG се прицврстени на таблата со дамки од лепак од пиштол за топол лепак. Плочите од месинг се 1/2 инчи x 2 инчи цврсти месинг „плочи за поправка“ кои се достапни од домашни центри, продавници за хардвер и продавници за кабинети. Theиците се залемени на плочите од месинг со лемење од 60-40 јадра од колофон.

Плочите од месинг се покриени со лак за да се спречи оцрнување. Сепак, овој слој не е спроводлив и затоа мора целосно да се отстрани од плочите од месинг. Исто така, лакот мора да се отстрани за да се олесни врската за лемење. Добар шкурка (120 ронки) прави добра работа за отстранување на финишот на лакот.

Спојниците за лемење може да се направат со мала рачка за лемење од 25 вати. Connectionsичаните врски со плочите од месинг се прават пред да ги монтирате плочите од месинг и држачот за батерии на таблата.

Деловите пред монтирање се прикажани овде.

Фотографии и дијаграми на алтернативни држачи за батерии

Тестирање на отпорници

Мерењето и снимањето на податоците за секој од отпорниците е во суштина исто како и за сијалицата. Точните детали за поврзување на отпорот во колото се прикажани во делот за склопување на тестер за континуитет во делот „Материјали“.

Сепак, не заборавајте да ја отстраните сијалицата од држачот на светилката така што ниту една струја не го заобиколува отпорот и не го преоптоварува мерачот на милиампер. Неуспехот да се отстрани сијалицата од држачот на светилката со отпорникот исто така во колото може да предизвика да дува осигурувачот во милиметарскиот метар. 

Откако ќе се измери и сними првата точка за податоци за отпорот, продолжете со отстранување и заобиколување на една ќелија истовремено за да ја добиете втората, третата и четвртата точка за податоци за отпорот. Постапката за отстранување и заобиколување на ќелиите е иста како и за сијалицата и е прикажана на сликите 2А, ​​2Б и 2С во работниот лист за учениците. Петтата точка за податоци за нула милиампер и нула волти се претпоставува за отпорниците исто како и за сијалицата. Податоците и за отпорниците и за сијалицата може да се запишат на ист лист со податоци и графикон за лесно споредување на кривините за секој елемент.

Дизајн предизвик

Вие сте тим инженери со предизвик да користите дигитални мултиметри за да соберете податоци што се прикажани на графикон за да покажете дека напонот и струјата се поврзани со линеарни функции за обичните отпорници и со функции на моќност за светилки. Drawе нацртате „најдобра“ крива за вклопување низ точките на податоци за тестираниот елемент, ќе го повторите процесот за два или три различни елементи на колото и ќе ги споредите кривите.

Критериуми

• Мора да користи мултиметар за да собира податоци.
• Мора да прикаже точки на графиконот што ги претставуваат снимените напони и струи.
• Нацртајте крива „најдобро вклопување“ низ точките на податоци за тестираниот елемент.
• Повторете го процесот за два или три различни елементи на колото.
• Споредете ги кривините и направете опсервации за природата на кривините за секој елемент.

Ограничувања

• Користете ги само дадените материјали.

1. Оваа активност е завршена во тимови од по 2 лица.
2. Распределете го работниот лист „Поврзете се со законот на Ом“.
3. Дискутирајте за темите во делот Позадни концепти. Разговарајте за законот на Ом.
   Што е законот на Ом?
   Омовиот закон е математичка равенка која ја објаснува врската помеѓу Напон, Струја и Отпорност во електричните кола. Таа е дефинирана како: E = I x R
   • Е = Напон (Напонот е електрична потенцијална разлика помеѓу две точки на проводна жица. Напонот се мери во волти и доаѓа од различни извори, како што се електрични приклучоци и батерии.)
   • I = Тековен (Струјата се мери во засилувачи. Струја се наелектризирани честички кои течат од изворот на напон преку проводен материјал до земја.
   • R = Отпор (Отпорот е спротивставување што го нуди материјалното тело за премин на електрична струја. Отпорноста се мери во оми. Примери за предмети со отпор се светилки и производители на кафе.)
4. Активноста се состои од користење на номинална батерија од шест волти (составена од четири номинални суви ќелии од 1.5 волти поврзани во серија) за:
   • Потечете ја струјата низ елемент на едноставно коло и измерете ја и снимајте ја струјата низ елементот и напонот преку елементот бидејќи бројот на ќелиите во батеријата се разликува од една ќелија до четири ќелии.
   • Нацртајте точки на графиконот што претставуваат напон и струја снимени.
   • Нацртајте крива „најдобро вклопување“ низ точките на податоци за тестираниот елемент.
   • Повторете го процесот за два или три различни елементи на колото.
   • Споредете ги кривините и направете опсервации за природата на кривините за секој елемент.
5. опрема
   • Три елементи на колото што работат добро се отпорник од 47 оми, отпорник од 100 оми и сијалица со фенерче број 40 (оценета од 6.3 волти, 150 mA). Опремата илустрирана овде користи тестер за континуитет кој се состои од четири-ќелиски држач за батерии АА поврзан во серија со минијатурен држач за светилки со завртка. Отворената жица од држачот на батеријата и отворената жица од држачот за светилки се завршуваат на две мали, рамни, месинг, плочи за поправање. Предметите што треба да се тестираат за континуитет се користат за да се премости тесниот јаз помеѓу плочите за местење од месинг. Целосни инструкции кои објаснуваат како да го соберете тестерот за континуитет се дадени во делот „Материјали“.
   • Сепак, активноста функционира исто толку добро користејќи C или D ќелии во држачи за батерии со четири ќелии или во држачи за батерии со една ќелија кои се поврзани во серија по потреба. Шематски дијаграми и фотографии од алтернативниот аранжман користејќи индивидуални држачи за батерии се дадени во делот „Материјали“.
   • Иако активноста може да се направи со еден метар, најдобро е да се постигне ако се достапни два мултиметри за секоја работна станица. Еден мултиметар е поставен на скала од 200 милиметри за да се измери струјата низ елементот на колото што се испитува, а вториот мултиметар е поставен на скалата од 20 волти за да се измери падот на напонот низ елементот на колото што се испитува. Може да се користи скоро секој модел на дигитален или аналоген мултиметар. Исто така, потребни се три или четири кратки кабли за тестирање на клипови од алигатор или „џемпери“ за да се направат сите интерконекции. Целосни детали за опремата и проценетите трошоци се дадени во делот „Материјали“.
6. Следете ги инструкциите чекор-по-чекор дадени во работниот лист на ученикот за да ги соберете податоците и да ги нацртате кривите ЕИ за сијалицата и еден или два фиксни отпорници. Овде е прикажана слика од графиконот и податочниот лист со типични податоци за учениците за сијалицата и отпорниците.
   

   

   Откако учениците успешно ќе ги фатат податоците и ќе ги нацртаат кривите на графиконите, тие можат да почнат да прават набудувања за односот помеѓу напоните на отпорниците и струите низ отпорниците. Учениците нека работат преку активностите за откривање во следните делови. Во зависност од вашите ученици, активностите за откривање може да се направат индивидуално или како групна или класна вежба. Вредностите што се користат како примери во активноста за откривање подолу се земени од типичните податоци за учениците прикажани на сликата погоре.

   Пример за откривање на законот на Ом

   • Нацртајте хоризонтална линија на вашиот графикон на E = 5 Волти и испуштете ги вертикалните линии надолу од пресеците на хоризонталната линија и кривините за отпорниците од 100 оми и 47 оми, како што е прикажано на сликата подолу.

   Запишете ги вредностите, во милиампер, на I₁₀₀ и јас ₄₇ на празните места подолу, потоа претворете ги овие вредности во засилувачи со множење со 1amp / 1000 милиампер.

   I₁₀₀  =       52      mA x (1 засилувач / 1000 mA) =     . 052      засилувачи

   I₄₇   =      108      mA x (1 засилувач / 1000 mA) =     . 108     засилувачи

   • Користење на вредностите во засилувачи на I₁₀₀ и јас₄₇, пресметајте ги отпорите R₁₀₀ и Р₄₇.

   R₁₀₀  = 5 V / I₁₀₀  = 5 V / .052 А =           96         Ом.

   R₄₇  = 5 V / I₄₇  = 5 V / .108 А =           46         Ом.

   • Како вредностите за Р₁₀₀ и Р₄₇ пресметано во прашањето 3 погоре споредено со номиналните вредности 100 и 47 оми за отпорниците?

    

   

    

   • Очигледно, отпорот на фиксен отпорник е наклонот на линијата што ја дефинира врската помеѓу напонот и струјата. Друг начин да се каже ова е да се забележи дека напонот преку отпорот е пропорционален со струјата што минува низ отпорот. Отпорот е само константа на пропорционалност помеѓу напонот и струјата. 
   • Пишување на ЕИ равенки за фиксните отпорници.

   Равенките на линијата на графиконите за ЕИ може да се запишат со замена на вредностите за Р₁₀₀ и Р₄₇ изведени од горенаведените податоци.

   За отпорник од 100 оми

   Е = Р₁₀₀ Јас = (     96      оми) јас

   И за отпорот од 47 оми

   Е = Р₄₇ Јас = (     46      оми) јас

   Вклучете вредност од 0.050 ампери (50 милиампер) во равенките погоре и пресметајте ги добиените напони за отпорниците од 100 оми и 47 оми.

   За отпорник од 100 оми

   Е = Р₁₀₀  0.050 засилувачи =       96       оми x 0.050 А =       4.8       волти.

   Слично на тоа, за отпорот од 47 оми

   Е = Р₄₇ 0.050 засилувачи =        46        оми x 0.050 А =       2.3       волти.

   Нацртајте ги овие две точки на вашите графикони за да потврдите дека точките лежат на или многу блиску до линиите за отпорот од 100 оми и отпорот од 47 оми.

   Наредени парови за заговор:

   Точка на податоци за отпорник од 100 оми:  50 mA,   4.8 V

   Точка на податоци за отпорник од 47 оми:    50 mA,   2.3 V

   • Пишување равенка за ЕИ за сијалицата.

   Сега разгледај го случајот со сијалицата. Бидејќи кривата ЕИ за сијалицата не е права линија, како е дефиниран отпор за сијалицата? Всушност, отпорот за сијалицата е дефиниран како сооднос на напонот со струјата исто како и во случајот со фиксните отпорници. Сепак, следната активност ќе покаже дека отпорот повеќе не е фиксна вредност. 

   • Кривата ЕИ за сијалицата е прикажана во скицата подолу. Нацртајте две хоризонтални линии на E = 5 V и на E = 2 V што ја сечат кривата и испуштајте две вертикални линии надолу од точките на пресекот и читајте ги вредностите на I_2V и јас_5V на скала од милиампер.

   

    

   Запишете ги вредностите, во милиампер, на I_2V и јас_5V на празните места подолу, потоа претворете ги овие вредности во засилувачи со множење со 1 засилувач/ 1000 милиампер.

   I_2V  =       83       mA x (1 засилувач / 1000 mA) =       . 083       засилувачи

   I_5V   =    136       mA x (1 засилувач / 1000 mA) =       . 136       засилувачи

   Користење на вредностите во засилувачи на I_2V и јас_5V, пресметајте ги отпорите R_2V и Р_5V.

   R_2V  = 2 V / I_2V  = 2 V / .083 А =       24       Ом.

   R_5V  = 5 V / I_5V = 5 V / .136A =        37       Ом.

   • Јасно е дека вредностите за Р_2V и Р_5V се значително различни, што не изненадува бидејќи кривата ЕИ за сијалицата не е права линија. Процесот на пишување равенка што ја изразува врската помеѓу напонот и струјата за сијалицата е повеќе вклучен отколку само препознавање дека отпорот е наклон на EI кривата како во случајот со фиксните отпорници. Параболична равенка на формата E = k I² може да се изведе со користење на која било од податочните точки. Сепак, кривата генерално ќе помине низ потеклото и точката што беше искористена за да се изведе вредноста на k, но другите точки на податоци може да лежат на значително растојание од кривата. Може да се изведат пософистицирани полиномни равенки кои минуваат низ сите точки на податоци; сепак, вклучената математика е надвор од опсегот на оваа активност.
   • Во овој пример, точката 124 mA, 4.36 V ќе се користи за пресметување вредност за k:

   k = E / I² = 4.36 V / (124 mA)² = 0.000284 волти/(mA)²

   • Затоа, односот помеѓу напонот и струјата за сијалицата може да се приближи со равенката подолу каде Е е во волти, јас сум во милиампер и к има единици волти/(милиампер)².

   E = k I² = 0.000284 волти/(mA)²  I²

   • Вистинските податоци за сијалицата и податоците за вклопување на кривата се прикажани на заеднички графикон на следната страница за споредба. Како пример, првата точка се пресметува подолу.

   I = 67.5 mA, затоа, E = [.000284 волти/(mA)²] (67.5 mA)² = 1.29 V

   Јас, мА          0.0       67.5       99.1             124               146     

   E = k I²        0.0       1.29        2.78              4.36               6.04

   

    

7. Воспоставување на математичка врска Повеќето средношколци и средношколци веднаш ќе препознаат дека равенката y = mx + b е равенка на права во xy рамнина и дека „m“ е наклон на правата и дека линијата минува низ точката „ b ”на y-оската. Покрај тоа, повеќето студенти исто така ќе препознаат дека равенката y = mx е посебен случај во кој линијата минува низ потеклото на xy рамнината. Сепак, се чини дека е многу тешко во повеќето случаи за студентите да препознаат дека Омовиот закон, кој обично се пишува „Е = ИР“, е ​​исто така равенка на права линија преку потеклото на рамнина каде што „Е“ е исцртано на вертикалата оската и „јас“ се прикажани на хоризонталната оска. Оваа вежба е дизајнирана да им помогне на студентите да направат врска помеѓу апстрактните концепти научени во алгебра 1 и физичките количини на електромоторна сила (напон) и електрична струја. За фиксен отпорник, законот на Ом е едноставен израз на пропорционалната врска помеѓу електромоторот сила во волти и струја во ампери. Обично, Омовиот закон е напишан за кола со директна струја во следнава форма.E = Закон за IR ОмОнаму каде што „Е“ е електромоторната сила изразена во волти, „јас“ е електричната струја во ампери и R е отпорот во оми. За случајот со обичен фиксен отпорник, „Р“ е константа што ја изразува пропорционалноста помеѓу променливи „Е“ и „I.“ Ако E = y, I = x и b = 0 лесно се гледа дека равенката е од формата y = mx + b и дека R е наклонот на правата исцртана на Е - Јас рамнина. Пишување на Омовиот закон со потписи и преуредување на редоследот на R и ја нагласувам кореспонденцијата помеѓу E, R и I со y, m и x во форма на падина на линеарна равенка.E_y = Р_m I_x
8. Податоците за напонот и струјата за отпорниците и за сијалицата може да се внесат во калкулатор за графицирање, како што е ТИ-83, за да се изведе линеарна или квадратна равенка што најдобро одговара. Употребата на калкулатори за графицирање за анализа на физичките податоци е уште еден добар начин да им се демонстрира на учениците врската помеѓу апстрактните математички концепти и „реалниот свет“.
9. Погледнете ги упатствата за склопување на тестерот за континуитет во делот „Материјали“.
10. Мерење и снимање податоци за секој од отпорниците е во суштина исто како и за сијалицата. Точните детали за поврзување на отпорот во колото се прикажани овде.Сепак, не заборавајте да ја отстраните сијалицата од држачот на светилката така што ниту една струја не го заобиколува отпорот и не го преоптоварува мерачот на милиампер. Неуспехот да се отстрани сијалицата од држачот на светилката со отпорник исто така во колото може да предизвика да дува осигурувачот во милиметарскиот метар. Откако ќе се измери и сними првата точка за податоци за отпорникот, продолжете со отстранување и заобиколување на една ќелија на време да се добијат втората, третата и четвртата точка за податоци за отпорот. Постапката за отстранување и заобиколување на ќелиите е иста како што беше користена за сијалицата и е прикажана на сликите 2А, ​​2Б и 2С погоре. Петтата точка за податоци за нула милиампер и нула волти се претпоставува за отпорниците исто како и за сијалицата. Податоците и за отпорниците и за сијалицата може да се запишат на ист лист со податоци и графикон за лесна споредба на кривините за секој елемент.
11. За повеќе содржини на темата, видете во делот „Копање подлабоко“.Факултативна активност на изолатори и проводнициАктивноста на изолаторите и спроводниците е добро водство во активноста на Омовиот закон или за дискусија за природата на проводниците и изолаторите и полупроводниците. Таблата за спроводливост е многу корисна алатка за училница за широк спектар на возрасти од основно одделение до средно училиште. На учениците им се дава збирка материјали и од нив се бара да ги сортираат во купишта проводници и не-проводници. За првичното сортирање, проводници се секој материјал што предизвикува светлина да гори, колку и да е слабо, а непроводниците се материјали за кои не може да се види индикација за светлина.Предложени материјали:
    • Непроводници: Хартија, стапче за дрвени занаети (стапче за пиперки), гумена лента, пластична слама за пиење, и конец или канап.
    • Проводници: Исправувачка диода (на пр. 3A, 50 V Radio Shack 276-1141), 1/2 вати, отпор од 47 оми, 1/2 вати, отпор од 100 оми, олово со молив, алуминиумска фолија, пени, челичен клинец, бакарна жица.

    Откако ќе се направи првичното сортирање, од учениците се бара дополнително да ги подредат спроводливите материјали во две групи: група 1, вклучувајќи ги материјалите за кои сијалицата гори многу силно и група 2, вклучувајќи ги и материјалите за кои сијалицата е значително затемнета. Материјалите од групата 1 ќе вклучуваат материјали што се направени од вообичаени метали како алуминиум, бакар и железо.

    Материјалите од групата 2, оние што ја спроведуваат електричната енергија доволно добро за да ја запалат сијалицата до одреден степен, но не толку светло како металните проводници, вклучуваат отпор од 47 оми, отпор од 100 оми, диода и олово со молив.

    Направете ги вашите студенти да ја споредат осветленоста на сијалицата кога се работи во серија со отпор од 47 оми со осветленоста на сијалицата кога се работи со отпорник од 100 оми. Во зависност од тоа колку се свежи батериите, влакното на сијалицата може едвај да свети кога се работи со отпорник од 100 оми.

    Диодата е единствениот материјал што спроведува во една насока, но не и во другата насока. Дискусијата за тоа како функционира диодата е добар вовед во дискусијата за полупроводници.

    Оловото со молив е уште еден многу интересен материјал. Важно е да им се разјасни на учениците дека оловото со молив не содржи метално олово, туку е форма на јаглерод наречен „графит“. Фактот дека дијамантите исто така се целосно изработени од јаглеродни атоми, но се добри изолатори е јасна демонстрација дека материјалите ги должат своите својства на електрична спроводливост не само на видот на присутните атоми, туку и на распоредот на атомите во одредена кристална структура На

    Причината зошто оловото молив е така именувано е едноставно затоа што оловото со молив личи на метално олово по изглед. Графитот затоа е добар пример за неметален проводник. Графитот е исто така одличен лубрикант кој исто така може да издржи високи температури. Бидејќи графитот е лизгав, но не е леплив како масло за подмачкување, графитот се користи како лубрикант за брави и за велосипедски синџири. Комбинацијата на подмачкувачки и спроводливи својства на графит, исто така, го прави графитот одличен материјал за употреба за лизгачки електрични контакти. На пример, „четките“ од графит се користат за пренос на електрична струја на ротирачките арматури на електрични мотори, како што се оние што се користат во мотори за стартување на автомобили, правосмукалки, рачни електрични вежби и други апарати.

Лекцијата може да се заврши во период од само 1 час за постари ученици. Сепак, за да им помогнете на студентите да се почувствуваат избрзани и да обезбедат успех на студентите (особено за помладите ученици), поделете ја лекцијата во два периоди, давајќи им на студентите повеќе време за бура на идеи, тест идеи и финализирање на нивниот дизајн. Спроведете тестирање и дебрифија во следниот час.

Информативен лист за законот на Ом

Што е законот на Ом?

Омовиот закон е математичка равенка која ја објаснува врската помеѓу Напон, Струја и Отпорност во електричните кола. Се дефинира како: E = I x R

• Е = Напон (Напонот е електрична потенцијална разлика помеѓу две точки на проводна жица. Напонот се мери во волти и доаѓа од различни извори, како што се електрични приклучоци и батерии.)
• I = Тековен (Струјата се мери во засилувачи. Струја се наелектризирани честички кои течат од изворот на напон преку проводен материјал до земја.
• R = Отпор (Отпорот е спротивставување што го нуди материјалното тело за премин на електрична струја. Отпорноста се мери во оми. Примери за предмети со отпор се светилки и производители на кафе.) 

Отпорот е наједноставниот од трите елементи на пасивното коло.

Постојат три елементи на пасивно електрично коло: кондензатор, кој складира енергија во форма на електрично поле; индуктор, кој складира енергија во форма на магнетно поле и отпорник, кој троши, а не складира енергија. Оваа вежба се занимава само со отпорот, наједноставниот од трите елементи на пасивното коло. Сепак, се тестираат два вида отпорници, линеарни отпорници кои имаат постојан или фиксен отпор и сијалицата која има нелинеарен отпор што варира со количината на струја што минува низ сијалицата.

Традицијата преовладува во нотацијата.
Додека употребата на „R“ за да го претстави отпорот е доволно интуитивна, употребата на „Е“ и „јас“ за да го претстави напонот „Е“ развиен преку отпорот низ кој минува тековно „јас“ произлегуваат од традицијата. „Е“ означува „електромоторна сила“, оригинален термин за количината што има тенденција да ги турка електричните полнежи низ колото. Вообичаена употреба сега е да се однесува на електромоторната сила како „напон“, или на извор како што е батеријата или на потенцијалот развиен преку отпорник низ кој минува полнежот. Слично на тоа, во раните денови во развојот на електричната теорија, количината на полнеж што минува низ коло во даден период се нарекува „интензитет“, количина што сега најчесто се нарекува „струја“ или „јачина на струја“, или понекогаш едноставно „засилувачи“. За нашите цели, ние ќе се осврнеме на количината „Е“, која го покренува полнежот преку отпорот како „напон“ и ќе се однесува на количината „јас“, количината на полнеж што минува низ отпорот во дадено време, како „струја“. Законот на Ом го дефинира отпорот како сооднос на напонот низ елементот со струјата што минува низ елементот.

E = Закон за IR Ом

R = E / I Ом закон дефиниција на отпор.

Интернет конекции

• Законот на Ом (ohmslaw.com)

Препорачано четиво

• Закон на Ом, пресметки на електрична математика и пад на напон од Том Хенри. ISBN: 0945495269
• Кратка историја на речиси с Everything, од Бил Брајсон. Издавач: Бродвеј. ISBN: 0767908171

Активност за пишување

Идентификувајте примери на отпорници дома. Направете листа на сите примери на предмети со отпор што може да се најдат во кујна.

Усогласување со рамки на наставните програми

Забелешка: Плановите за лекции во оваа серија се усогласени со еден или повеќе од следниве групи на стандарди:

• С. Стандарди за научно образование (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• S. Научни стандарди за следната генерација (http://www.nextgenscience.org/)
• Стандарди за меѓународна технолошка асоцијација за технолошка писменост (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• S. Национален совет на наставници по математички принципи и стандарди за училишна математика (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• С. Заеднички основни државни стандарди за математика (http://www.corestandards.org/Math)
• Здружение на наставници по компјутерски науки К-12 Стандарди за компјутерски науки (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html) 

Национални стандарди за образование во наука Одделение 5-8 (возраст од 10-14)

СТАНДАРД СОДРИНА А: Наука како истражување

Како резултат на активности, сите ученици треба да се развиваат

• Способности неопходни за вршење на научни истражувања
• Разбирање за научни истражувања

СОДРИНА СТАНДАРД Б: физички науки

Како резултат на нивните активности, сите студенти треба да развијат разбирање за

• Трансфер на енергија

Национални стандарди за образование во наука Одделение 9-12 (возраст од 15-18)

СТАНДАРД СОДРИНА А: Наука како истражување

Како резултат на активности, сите ученици треба да се развиваат

• Способности неопходни за вршење на научни истражувања
• Разбирање за научни истражувања

СОДРИНА СТАНДАРД Б: физички науки

Како резултат на нивните активности, сите студенти треба да развијат разбирање за

• Интеракции на енергија и материја

Стандарди за наука на следната генерација оценки 3-5 (8-11 возраст)

енергија         

Студентите кои демонстрираат разбирање можат:

• 4-ПС3-4. Спроведете научни идеи за да дизајнирате, тестирате и рафинирате уред што претвора енергија од една во друга форма.

Стандарди за наука на следната генерација оценки 6-8 (11-14 возраст)

Движење и стабилност: Сили и интеракции

• MS-PS2-3. Поставувајте прашања во врска со податоците за да ги одредите факторите што влијаат на јачината на електричните и магнетните сили.

Стандарди за наука на следната генерација оценки 9-12 (14-18 возраст)

енергија

• ХС-ПС3-1. Направете пресметковен модел за пресметување на промената на енергијата на една компонента во системот кога е позната промената на енергијата на другата компонента (и) и енергетските текови во и надвор од системот.
• HS-PS3-3. Дизајнирајте, изградете и рафинирајте уред што работи во рамките на одреденото ограничување и претвора една форма на енергија во друга форма на енергија.*

Принципи и стандарди за училишна математика (возраст од 10 до 14 години)

Стандарди за мерење

Нанесете соодветни техники, алатки и формули за да одредите мерења.

• користете заеднички одредници за да изберете соодветни методи за проценка на мерењата.

Принципи и стандарди за училишна математика (возраст од 14 до 18 години)

Стандарди за мерење

Разберете мерливи атрибути на објекти и единици, системи и процеси на мерење

• донесуваат одлуки за единици и скали кои се соодветни за проблематични ситуации кои вклучуваат мерење.

Нанесете соодветни техники, алатки и формули за да одредите мерења.

• анализирајте ја прецизноста, точноста и приближната грешка во ситуациите на мерење.
• користете анализа на единици за да ги проверите пресметките на мерењата.

Заеднички основни државни стандарди за училишна математика одделение 3-8 (возраст 8-14)

Мерење и податоци

• Конвертирајте како единици за мерење во даден систем за мерење.
• Математика.Содржина.5.МД.А.1Претворете меѓу стандардни мерни единици со различна големина во рамките на даден систем за мерење (на пр., Претворете 5 см во 0.05 м) и искористете ги овие конверзии во решавање на повеќестепени, реални проблеми.

геометрија

• Графички точки на координатната рамнина за решавање на реални и математички проблеми.
• Математика.Содржина.5.ГА2Претставувајте реални и математички проблеми со графички точки во првиот квадрант на координатната рамнина и интерпретирајте ги координираните вредности на точките во контекст на ситуацијата.

Односи и пропорционални врски

• Разберете ги концептите на односот и користете расудување за соодносот за решавање проблеми.
• Математика.Содржина.6.РП.А.3Користете расудување за сооднос и стапка за решавање математички проблеми од реалниот свет, на пример, со расудување за табели со еквивалентни соодноси, дијаграми со ленти, дијаграми со двојни броеви или равенки.
• Математика.Содржина.7.РП.А.2в Претставуваат пропорционални односи по равенки. На пример, ако вкупниот трошок t е пропорционален со бројот n на купените ставки по константна цена p, односот помеѓу вкупниот трошок и бројот на ставки може да се изрази како t = pn.

Заеднички основни државни стандарди за училишна математика одделение 3-8 (возраст 8-14)

Изрази и равенки

• Применете ги и проширете ги претходните сфаќања за аритметика на алгебарски изрази.
• Математика.Содржина.6.ЕЕ.А.2Напиши, прочитај и оцени изрази во кои буквите претставуваат броеви.
• Расудување и решавање на една променлива равенка и нееднаквост.
• Математика.Содржина.6.ЕЕ.Б.6Користете променливи за да претставите броеви и да пишувате изрази при решавање на реален или математички проблем; разбираат дека променливата може да претставува непознат број, или, во зависност од намената, кој било број во одредено множество.
• Математика.Содржина.6.ЕЕ.Б.7Решете ги вистинските и математичките проблеми со пишување и решавање равенки од формата x + p = q и px = q за случаи во кои p, q и x се ненегативни рационални броеви.

Функции

• Дефинирајте, проценувајте и споредувајте функции.
• Математика.Содржина.8.ФА1Разберете дека функцијата е правило што на секој влез му доделува точно по еден излез. Графикот на функција е множество подредени парови што се состојат од влез и соодветен излез.

Заеднички основни државни стандарди за училишна математика одделение 9-12 (возраст 14-18)

Алгебра

• Создадете равенки што опишуваат броеви или врски
• Математика.Содржина.HSA-CED.A.4Преуредување формули за да се истакне количина на интерес, користејќи го истото резонирање како и при решавање равенки. На пример, преуредите го Омовиот закон V = IR за да го потенцирате отпорот Р.
• Решете равенки и нееднаквости во една променлива.
• Математика.Содржина.HSA-REI.B.3Решавање линеарни равенки и нееднаквости во една променлива, вклучувајќи равенки со коефициенти претставени со букви.

Стандарди за технолошка писменост - сите векови

дизајн

• Стандард 10: Студентите ќе развијат разбирање за улогата на смена на проблеми, истражување и развој, пронајдоци и иновации и експериментирање во решавање проблеми.

Дизајнираниот свет

Стандард 16: Студентите ќе развијат разбирање за и ќе можат да изберат и да користат технологии за енергија и енергија.

Чекор по чекор постапка

Под претпоставка дека сијалицата број 40 е првиот елемент на колото што се тестира, распоредете ја опремата како што е прикажано на слика 1 или во алтернативниот аранжман прикажан во прилог 2.

Многу е важно да се осигурате дека мерачот што е поврзан преку држачот на светилката е поставен на скалата од 20 волти пред да го поврзете мерачот во колото. Ако мерачот што е поврзан преку држачот на светилката е поставен на струјна скала, тогаш се создава состојба на краток спој што вообичаено ќе го разгори осигурувачот во мерачот. Исто така, важно е мерачот што се користи за мерење на струјата да биде поставен на скала од 200 милиампери или повисока пред да го поврзете мерачот во колото. Во спротивно, извлечената струја може да го разнесе осигурувачот во мерачот.

Слика 1

Преземање на податоците

Со сите четири ќелии во држачот на батеријата, измерете и запишете на листот со податоци напонот и струјата низ сијалицата за првата точка на податоци.

Отстранете ја и заобиколете ја ќелијата број 1 како што е прикажано на слика 2А, оставајќи три ќелии во држачот на батеријата. Повторно измерете ги и запишете на листот со податоци напонот и струјата низ сијалицата за да добиете втора податочна точка.

Сега отстранете ги и заобиколете ги ќелиите број 1 и 2 оставајќи само две ќелии во држачот на батеријата, како што е прикажано на слика 2B, оставајќи само две ќелии во држачот за батеријата. Повторно измерете ги и запишете на листот со податоци напонот и струјата низ сијалицата за да добиете трета податочна точка.

Конечно, отстранете ги и заобиколете ги ќелиите број 1, 2 и 3, оставајќи само една ќелија во држачот за батерии како што е прикажано на слика 2C. Повторно измерете и запишете ги на листот со податоци напонот и струјата низ сијалицата за да добиете четврта податочна точка.

Бидејќи очигледно нема струја низ сијалицата ако нема ќелии во држачот на батеријата, точката нулта струја и нула волти може да се претпостават како петта точка на податоци.

     Слика 2А Слика 2Б Слика 2В

Нацртајте ги точките на графиконот и нацртајте ја кривата

Поставете лист хартија со милиметар со струја во милиампери на хоризонталната скала и напон во волти во вертикалната скала како што е прикажано на следната страница. Удобната хоризонтална скала е од 0 до 175 милиампери, а пригодната вертикална скала е од 0 до 7 волти. Нацртајте ги петте точки на податоци добиени за сијалицата и нацртајте крива „најдобро одговара“ низ точките.

Е во волти наспроти јас во милиампер.

Податоци за 6.3 волти, 150 mA, бр. 40 сијалица

Јас, тековен, mA         0.0         _____ _____ _____ _____ _____

Е, емф, волти            0.0         _____ _____ _____ _____ _____

Податоци за отпорник 1 47 Ом

Јас, тековен, mA         0.0         _____ _____ _____ _____ _____

Е, емф, волти            0.0         _____ _____ _____ _____ _____

Податоци за отпорник 2 100 Ом

Јас, тековен, mA         0.0         _____ _____ _____ _____ _____

Е, емф, волти            0.0         _____ _____ _____ _____ _____

Тестирање на отпорници

Мерењето и снимањето податоци за секој од отпорниците во суштина е исто како и за сијалицата. Точните детали за поврзување на отпорникот во колото се прикажани на слика 3.

Сепак, не заборавајте да ја отстраните сијалицата од држачот на светилката, така што ниту една струја не го заобиколува отпорникот и не го преоптоварува мерачот на милиампер. Ако не ја извадите сијалицата од држачот на светилката со отпорникот исто така во колото, може да предизвика дупнување на осигурувачот во мерачот на милиампер.

Откако ќе се измери и евидентира првата податочна точка за отпорникот, продолжете со отстранување и заобиколување на една ќелија во исто време за да ја добиете втората, третата и четвртата точка за податоци за отпорникот. Постапката за отстранување и заобиколување на клетките е иста како што се користеше за сијалицата и е прикажана на сликите 2A, 2B и 2C погоре. Петтата податочна точка за нула милиампери и нула волти се претпоставува за отпорниците исто како што беше за сијалицата. Податоците и за отпорниците и за сијалицата може да се запишат на истиот лист со податоци и графикон за лесна споредба на кривите за секој елемент.

Откривање на Омовиот закон

1. Нацртајте хоризонтална линија на вашиот графикон на E = 5 Волти и испуштете ги вертикалните линии надолу од пресеците на хоризонталната линија и кривините за отпорниците од 100 оми и 47 оми, како што е прикажано на сликата подолу.

Запишете ги вредностите, во милиампер, на I₁₀₀ и јас ₄₇ на празните места подолу, потоа претворете ги овие вредности во милиампер со множење со 1amp / 1000milliamps.

I₁₀₀  = ________ mA x (1 засилувач / 1000 mA) = __________ ампери. 

I₄₇   = ________ mA x (1 засилувач / 1000 mA) = __________ ампери.

2. Користење на вредностите во засилувачи на I₁₀₀ и јас₄₇, пресметајте ги отпорите R₁₀₀ и Р₄₇.

R₁₀₀  = 5V / I₁₀₀  = __________ оми.

R₄₇  = 5V / I₄₇ = __________ оми.

Како вредностите за Р₁₀₀ и Р₄₇ пресметано во прашањето 3 погоре споредено со номиналните вредности 100 и 47 оми за отпорниците?

Очигледно, отпорот на фиксниот отпорник е наклонот на линијата што ја дефинира врската помеѓу напонот и струјата. Друг начин да се каже ова е да се забележи дека напонот преку отпорникот е пропорционален на струјата што минува низ отпорникот. Отпорот е само константа на пропорционалноста помеѓу напонот и струјата.

3. Пишување на ЕИ равенки за фиксните отпорници.

Равенките на линијата на графиконите за ЕИ може да се запишат со замена на вредностите за Р₁₀₀ и Р₄₇ изведени од горенаведените податоци.

За отпорот од 100 Ом

Е = Р₁₀₀ Јас = (_______ оми) јас

И за отпорот од 47 Ом

Е = Р₄₇ Јас = (_______ оми) јас

Вклучете вредност од 0.050 ампери (50 милиампер) во равенките погоре и пресметајте ги добиените напони за отпорниците од 100 оми и 47 оми.

За отпорот од 100 Ом

Е = Р₁₀₀  0.050 ампери = _________ оми x 0.050 А = __________ волти

Слично на тоа, за отпорот од 47 Ом

Е = Р₄₇ 0.050 ампери = _________ оми x 0.050 А = __________ волти

Нацртајте ги овие две точки на вашите графикони за да потврдите дека точките лежат на или многу блиску до линиите за отпорот од 100 оми и отпорот од 47 оми.

4. Пишување равенка за ЕИ за сијалицата.

Размислете сега за случајот со сијалицата. Бидејќи кривата EI за сијалицата не е права линија, како се дефинира отпорот за сијалицата? Всушност, отпорот за сијалицата е дефиниран како однос на напонот и струјата исто како и во случајот со фиксните отпорници. Сепак, следната активност ќе покаже дека отпорот повеќе не е фиксна вредност.

Кривата ЕИ за сијалицата е прикажана во скицата подолу. Нацртајте две хоризонтални линии на E = 5 V и на E = 2 V што ја сечат кривата и испуштајте две вертикални линии надолу од точките на пресекот и читајте ги вредностите на I_2V и јас_5V на скала од милиампер.

Запишете ги вредностите, во милиампер, на I_2V и јас_5V на празнините подолу, а потоа претворете ги овие вредности во засилувачи со множење со 1amp/1000milliamps.

I_2V  = ________ mA x (1 засилувач / 1000 mA) = __________ ампери.

I_5V   = ________ mA x (1 засилувач / 1000 mA) = __________ ампери.

Користење на вредностите во засилувачи на I_2V и јас_5V, пресметајте ги отпорите R_2V и Р_5V.

R_2V  = 2 V / I_2V   = 2 V / ________ A = __________ оми.

R_5V  = 5 V / I_5V  = 5 V / ________ A = __________ оми.

Јасно е дека вредностите за Р_2V и Р_5V се значително различни, што не е изненадување бидејќи кривата EI за сијалицата не е права линија. Процесот на пишување равенка што ја изразува врската помеѓу напонот и струјата за сијалицата е повеќе вклучен отколку само да се препознае дека отпорот е наклонот на кривата EI како во случајот со фиксните отпорници. Параболична равенка од формата E = k I² може да се изведе со користење на која било од податочните точки. Сепак, кривата генерално ќе помине низ потеклото и точката што се користела за да се изведе вредноста на k, но другите точки на податоци може да се наоѓаат на значително растојание од кривата. Може да се изведат пософистицирани полиномни равенки кои минуваат низ сите податочни точки; сепак математиката која е вклучена е надвор од опсегот на оваа активност.

Користете ги вашите податоци за точката близу 4.5 волти за да пресметате вредност за k:

k = E / I² = _______ V / (_______ mA)² = __________ V/ mA²

Користете ја вашата пресметана вредност на k за да генерирате предвидена EI крива за сијалицата. За погодност, користете ги истите вредности за струја што сте ги измериле при тестот за сијалицата за да ги пресметате предвидените вредности за напонот на сијалицата.

Јас, мА                 0            _____ _____ _____ _____

E = k I²              0             _____ _____ _____ _____

Нацртајте ја предвидената крива на ЕИ за сијалицата на вашиот оригинален графикон за споредба. Дали предвидената крива точно ги репродуцира податоците од тестот преку работниот опсег на сијалицата?