Vezivanje otpornika
- Izračunati ekvivalentni otpor serijske i paralelne veze.
- Objasniti gdje se u vezi dijele naponi, a gdje struje.
- Svesti mješovito kolo na jedan otpor korak po korak.
- Provjeriti rezultat kontrolom napona i struja u kolima.
1. Serijska veza: ista struja, naponi se dijele
Dva otpornika vezana su serijski kada se nalaze jedan za drugim na istom putu struje. Struja koja prođe kroz prvi mora proći i kroz drugi — nema drugog puta. Zato je u serijskoj vezi struja kroz sve elemente ista.
Ekvivalentni (ukupni) otpor serijske veze je zbir otpora. To ima smisla: struja prolazi kroz oba otpornika jedan za drugim, pa se opiranja sabiraju. Ukupni otpor je veći od svakog pojedinačnog.
Napon izvora se dijeli na otpornike. Po Ohmovom zakonu je U₁ = I·R₁ i U₂ = I·R₂, pa zbir tih napona daje napon izvora:
Veći otpor dobija veći dio napona. Ako su otpori jednaki, naponi su jednaki. Zato serijska veza služi kao djelitelj napona.
2. Paralelna veza: isti napon, struje se dijele
Dva otpornika vezana su paralelno kada su im oba kraja spojena na iste dvije tačke. Tada oba „gledaju“ istu razliku potencijala, pa je napon na svakom isti:
Struja se pri tome dijeli na grane. Ukupna struja jednaka je zbiru struja kroz grane:
Za ekvivalentni otpor paralelne veze vrijedi drugačiji izraz. Sabiraju se recipročne vrijednosti otpora:
Za dva otpornika to se može zapisati i kao R = R₁·R₂/(R₁ + R₂). Rezultat je manji od najmanjeg otpora u vezi. To je logično: struja ima više puteva, pa se kolo lakše „propušta“. Zato se paralelno spajaju potrošači u kući — svaki radi samostalno i svi dobijaju pun napon.
3. Mješovito kolo: svedi korak po korak
U stvarnim kolima se oba načina miješaju. Tada radiš postupno: prvo nađeš ekvivalentni otpor dijela koji je čisto serijski ili čisto paralelan, zamijeniš ga jednim otpornikom, pa ponoviš postupak dok ne ostane jedan otpor.
Redoslijed je obavezan: prvo unutrašnja veza, pa vanjska. Ako počneš od vanjske, izgubit ćeš podatke o strujama i naponima unutra.
| Veličina | Serijska veza | Paralelna veza |
|---|---|---|
| struja | ista kroz sve | dijeli se po granama |
| napon | dijeli se | isti na svima |
| ekvivalentni otpor | R = R₁ + R₂ | 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ |
| vrijednost R | veći od najvećeg | manji od najmanjeg |
4. Isprobaj: dvije veze, isti otpornici
Izvor daje stalnih 12 V. Podesi otpore R₁ i R₂ i prebaci vezu iz serijske u paralelnu. Na crtežu se mijenjaju i raspored otpornika i napisi s izmjerenim strujama i naponima.
Serijska veza: R = 18 Ω, struja 0,67 A.
Istraži: sastavi i popravi strujno kolo
Tvoj zadatak: poveži R₁ = 6 Ω i R₂ = 12 Ω prvo serijski, a zatim paralelno na bateriju od 12 V. Prije mjerenja predvidi glavnu struju. Zapiši oba pokušaja i objasni zašto se struja promijenila.
Priključci istog slova pripadaju istom mjestu. Odaberi dva priključka i dodaj žicu; ponovni odabir istog para uklanja je. Ampermetar se u modelu umeće serijski na izabrano mjesto, a voltmetar spaja između dva priključka. Instrumenti i izvor su idealni; položaji na šemi nisu dužine u razmjeru.
1. Sastavi kolo
━ Ljubičasto: spojena žica · ┄ Jantarno: izabrani par. Spoj postoji samo na označenom priključku, ne na ukrštanju linija. Displeji prikazuju posljednje mjerenje; — znači da treba izmjeriti.
2. Predvidi i postavi instrumente
3. Uporedi pokušaje
| Žice | Pred. I / A | Ampermetar / A | Voltmetar |
|---|---|---|---|
| Prvo mjerenje pojavit će se ovdje. | |||
Pomoć za prvi pokušaj i zaključak
Serijski poveži P–A, B–C i D–N. Paralelno poveži P–A, P–C, B–N i D–N. U seriji očekuješ I = 12/18 ≈ 0,67 A; naponi su 4 V i 8 V. Paralelno je I₁ = 2 A, I₂ = 1 A, ukupno 3 A, a na svakom otporniku 12 V. Prekid jedinog puta zaustavlja struju. Ukrštanje nacrtanih žica bez označenog priključka nije spoj.
5. Korak po korak: svedi kolo na jedan otpor
Zadatak: „R₁ = 12 Ω i R₂ = 6 Ω vezani su paralelno, a taj spoj je serijski vezan s R₃ = 8 Ω. Izvor daje 24 V. Odredi ukupni otpor i struju kroz svaki otpornik.“
6. Riješeni primjeri
Dva tipa zadatka: serijska i paralelna veza. U svakom tipu su tri primjera, od lakšeg ka težem; treći u svakom tipu sadrži mješovito kolo.
Tip 1: serijska veza
Primjer 1: ekvivalentni otpor i naponi
R₁ = 10 Ω i R₂ = 20 Ω vezani su serijski, a struja kroz kolo je 0,5 A. Odredi ukupni otpor, napon izvora i napon na svakom otporniku.
Primjer 2: dvije jednake sijalice
Dvije iste sijalice otpora 6 Ω vezane su serijski na 12 V. Kolika je struja i koliki napon dobija svaka sijalica?
Primjer 3: serija s paralelnim dijelom
R₁ = 4 Ω vezan je serijski sa paralelnim spojem R₂ = 12 Ω i R₃ = 6 Ω. Napon izvora je 24 V. Odredi ukupni otpor, glavnu struju i struje kroz R₂ i R₃.
Tip 2: paralelna veza
Primjer 1: ekvivalentni otpor i struje
R₁ = 6 Ω i R₂ = 3 Ω vezani su paralelno na napon 6 V. Odredi ekvivalentni otpor i struje u granama.
Primjer 2: dva jednaka otpornika paralelno
Dva otpornika od po 12 Ω vezana su paralelno na 12 V. Odredi ekvivalentni otpor i ukupnu struju.
Primjer 3: paralela u seriji
R₁ = 20 Ω i R₂ = 5 Ω vezani su paralelno, a taj spoj je u seriji s R₃ = 6 Ω. Napon izvora je 20 V. Odredi ukupni otpor, glavnu struju i struje u paralelnim granama.
- Paralelno sabiranje otpora. Paralelno se sabiraju recipročne vrijednosti: 1/R = 1/R₁ + 1/R₂. Rezultat mora biti manji od najmanjeg otpora.
- „U seriji se dijeli struja.“ U seriji je struja ista, a dijele se naponi. U paraleli je isti napon, a dijeli se struja.
- Pogrešan redoslijed kod mješovitog kola. Prvo se svodi unutrašnja veza, pa vanjska. Ako počneš izvana, izgubiš napone u unutrašnjosti.
- Zaboravljena provjera zbira. Naponi u seriji moraju dati napon izvora, a struje u paraleli ukupnu struju. Ako se zbir ne slaže, negdje je greška.
✅ Kviz — provjeri sebe (4 pitanja)
1. Otpornici od 4 Ω i 6 Ω vezani su serijski. Koliki je ekvivalentni otpor?
2. Otpornici od 6 Ω i 3 Ω vezani su paralelno. Koliki je ekvivalentni otpor?
3. Šta je isto za sve elemente u serijskoj vezi?
4. Dvije jednake sijalice vezane su paralelno. Jedna pregori. Šta se dogodi s drugom?
7. Primijeni i objasni
Provjeri rješenje i obrazloženje
Paralelni dio: R₁₂ = 12·6/(12+6) = 72/18 = 4 Ω. Ukupni otpor: R = 4 + 8 = 12 Ω. Glavna struja: I = 24/12 = 2 A. Napon na paralelnom dijelu: U₁₂ = 2·4 = 8 V. Struje: I₁ = 8/12 ≈ 0,67 A i I₂ = 8/6 ≈ 1,33 A; zbir je 2 A. Na R₃ ostaje 16 V, jer 8 V + 16 V = 24 V. Manji otpor (R₂) nosi veću struju, što je u skladu s pravilom da se struja dijeli obrnuto srazmjerno otporima.
Pokušaj najprije samostalno. Ako zapneš, u simulaciji prebaci vezu na paralelnu i uporedi šta se dešava s ekvivalentnim otporom.
Ključni sadržaji koje ovdje učiš: serijsko i paralelno vezivanje otpornika, ekvivalentni otpor, podjela napona i struja, mješovito kolo.
Oblast D (elektricitet i magnetizam: električna struja). Oznake ishoda u izvoru: D.9.2. Predmetni kurikulum KS, 9. razred, štampana str. 24. Objašnjenja, primjeri i aktivnosti su autorski.