by Με αφορμή τις τελευταίες εξετάσεις και τις συζητήσεις για την διδασκαλία του 2ου κανόνα του Kirchhoff, μια εφαρμογή με κάτι παράπλευρο, για να διαπιστώσει ένας υποψήφιος πόσο κατανοεί και μπορεί να εφαρμόσει τις ιδέες που διδάσκεται σε κάτι διαφορετικό, αν και είναι εκτός ύλης…
Η άσκηση:
Για το διπλανό κύκλωμα δίνονται R1=20Ω, R2=8Ω, R3=30Ω, R4=12Ω, Ε=84V (r=0) και C=2μF.
i) Με τον διακόπτη δ κλειστό, ποια η σταθερή ένδειξη του ιδανικού αμπερομέτρου και πόσο είναι το φορτίο του πυκνωτή;
Σε μια στιγμή tο=0, ανοίγουμε το διακόπτη δ.
ii) Ποια η ένδειξη του αμπερομέτρου αμέσως μετά το άνοιγμα του διακόπτη, την στιγμή tο+; Πόσο είναι το φορτίο του οπλισμού Α (ο πάνω οπλισμός) του πυκνωτή και με ποιο ρυθμό μεταφέρεται φορτίο στον οπλισμό αυτό;
iii) Σε μια στιγμή t1, η ένδειξη του αμπερομέτρου γίνεται i2=3,5 Α. Να βρεθεί για την στιγμή αυτή, το φορτίο του οπλισμού Α του πυκνωτή και ο ρυθμός συσσώρευσης φορτίου σε αυτόν.
iv) Πόσο θα είναι τελικά το φορτίο του πυκνωτή;
Καλησπέρα Διονύση.
Ότι είσαι ειδικός στην “μαιευτική μέθοδο” αποσαφήνισης το ξέρουν όλοι εδώ.
Ασφαλώς ο χαρακτηρισμός ” εκτός ύλης” είναι ειρωνικός αφού οι κανόνες Κirchhoff είναι εντός ύλης ( της Β). Ωστόσο α) λύνεται και χωρίς Kirchhoff και β) είναι εντός ορίων αν επιτρέπεται η εξέταση δύσκολων εφαρμογών της Β σε Διαγωνισμό ( και όχι εξέταση επιπέδου ) που απευθύνεται στην Γ. Οι ανάγκες σε ένα διαγωνισμό μάλλον νομιμοποεί το θέμα αυτό και στη Γ.
Ασφαλώς παραμένει αρχικά αφόρτιστός ο πυκνωτής αφού: Ι(1)R(1,2)=Ι(3)R(3,4) από το οποίο 2Ι(1)=3Ι(3)
αλλά V(Α)-V(B)=[V(Γ)-Ι(1)R(1)]-[V(Γ)-Ι(3)R(3)] =
=[V(Γ)-Ι(1)20]-[V(Γ)-Ι(3)30]
=[V(Γ)-Ι(1)20]-[V(Γ)-Ι(1)20] =0
Ναι όλα τα ερωτήματα μπορούν να επιλυθούν χωρίς αναφορά σε Kirchhoff
Τώρα επειδή ρωτάς [ και στο ερώτημα α) ] και τον ρυθμό που μεταφέρεται φορτίο στον οπλισμό Α… και αυτός είναι ΜΗΔΕΝ αφού το φορτίο του παραμένει σταθερά ίσο με 0 συνεχώς.
Καλό Καλοκαίρι ( έστω το υπόλοιπο )
Καλησπέρα Μήτσο και σε ευχαριστώ για το σχόλιο.
Η μη φόρτιση αρχικά του πυκωτή, παραπέμπει στην ισορροπία της γέφυρας Wheatstone!
Όσον αφορά τα “εκτός ύλης” το έγραψα για να μην θεωρηθεί ότι μαζί με τα κυκλώματα RL, προτείνω να διδαχτούν και τα κυκλώματα φόρτισης πυκνωτή… RC .
Απλά προτείνω στους μαθητές να εφαρμόσουν τον “διδαγμένο” 2ο ΚΚ και σε κάτι το οποίο δεν το έχουν ξαναδεί.
Ας κάνουν ένα …test, για να διαπιστώσουν “πόσα απίδια βάζει ο σάκος”…
Καλησπέρα Διονύση. Πολύ καλό θέμα για ένα λίγο παραγκωνισμένο δίπολο. Το α) ερώτημα εντός ύλης Β΄Γενικής και με τη βούλα που λέμε μετά και το θέμα στις φετινές εξετάσεις. Όταν όμως ανοίγει ο διακόπτης ανεβαίνει κατακόρυφα το επίπεδο και θα είναι δύσκολο σε μαθητή να σκεφτεί “αφού ο πυκνωτής είναι αφόρτιστος, είναι σαν να μην υπάρχει στο κύκλωμα”, παίρνοντας τις αντιστάσεις παράλληλα, αφού πριν είχε καταλάβει ότι λειτουργεί ως ανοιχτός διακόπτης. Εκεί χρειάζεται περισσότερη εξήγηση, λέγοντας ότι άλλαξε η ισορροπία του κυκλώματος και ο πυκνωτής αρχίζει να φορτίζεται άρα θα υπάρχει ρεύμα στον κλάδο του. Θα πρόσθετα ότι εκείνη τη στιγμή ο πυκνωτής μοιάζει με το καζανάκι της τουαλέτας, που όταν είναι άδειο, γεμίζει νερό με μεγάλο ρυθμό…
Καλή ζέστη!️️️
Καλημέρα Ανδρέα και καλή Κυριακή.
“Όταν όμως ανοίγει ο διακόπτης ανεβαίνει κατακόρυφα το επίπεδο”
Συμφωνώ, εκεί το θέμα καθίσταται πολύ δύσκολο…
Σε ευχαριστώ για τον σχολιασμό.
Καλησπέρα Διονύση, καλησπέρα στον Μήτσο και τον Ανδρέα.
Δύσκολη μέρα η σημερινή για το νομό Αχαΐας, τι να πω…
Η σιωπή κάποιες φορές δηλώνει την αγανάκτηση που νιώθουμε
για όλα όσα συμβαίνουν και απλά οφείλουμε να τα αποδεχόμαστε …..
γιατί δεν γίνεται … αλλιώς
Θα συμφωνήσω μαζί σας πως
“Όταν όμως ανοίγει ο διακόπτης ανεβαίνει κατακόρυφα το επίπεδο”
Γιατί; Διότι το χρονικό διάστημα φόρτισης, εκφόρτισης του πυκνωτή είναι εκτός
διδακτικής κουλτούρας….
Δεν σχολιάζω όμως γι αυτό
Ο Ανδρέας έγραψε: “Το α) ερώτημα εντός ύλης Β΄Γενικής και με τη βούλα που λέμε μετά και το θέμα στις φετινές εξετάσεις.”
Συμφωνώ στο “εντός ύλης Β΄Γενικής ” διαφωνώ στο “…μετά και το θέμα στις φετινές εξετάσεις”
Τα θέματα στις πανελλαδικές εξετάσεις δεν καθορίζουν την ύλη.
Το αντίθετο.
Τα θέματα στις πανελλαδικές εξετάσεις καθορίζονται από τη διδακτέα ύλη και τις οδηγίες διδασκαλίας της φυσικής που στέλνει το ΙΕΠ κάθε χρόνο στα σχολεία.
Στις οδηγίες αυτές καθίσταται σαφές για όποιον τις διαβάζει πως ο 2ος κανόνας kirchhoff είναι εντός ύλης πανελλαδικών εξετάσεων….
Αυτό λοιπόν σημαίνει πως αν τη φυσική γενικής παιδείας τη δίδαξε … ο γυμναστής και αντί για τον 2ο ΚΚ τους έβγαζε στο προαύλιο να παίζουν μπάσκετ αφού τον Ιούνιο δεν θα εξετάζονταν γραπτά……. ο φυσικός που θα διδάξει ηλεκτρομαγνητισμό στη Γ Λυκείου διαβάζοντας πρώτα τις οδηγίες διδασκαλίας, οφείλει να αφιερώσει μία διδακτική ώρα και να αποδείξει πως ο 2ος ΚΚ δεν είναι τίποτα άλλο παρά εφαρμογή της ΑΔΕ σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα….
Γνωρίζω πολύ καλά πως ο Ανδρέας και τις οδηγίες διαβάζει και φυσική διδάσκει όπως απαιτεί το αναλυτικό πρόγραμμα όταν παίρνει ανάθεση φυσική ΓΠ Β’ Λυκείου φθάνοντας μέχρι ακτίνες χ και οι πυκνωτές είναι από τα αγαπημένα του…..
Για να μην δημιουργούνται όμως παρεξηγήσεις… έγραψα το σχόλιο
Καλησπέρα Θοδωρή. Παραδώσανε την Περιμετρική Πάτρας άρον άρον για να προλάβουνε τους Ολυμπιακούς Αγώνες. Τα πρώτα χρόνια το οδόστρωμα σε πήγαινε σα να είσαι σε καταμαράν στο Κάβο Ντόρο. Μόνιμα κλείνανε τη μια λωρίδα ανά ρεύμα για εργασίες εξομάλυνσης του οδοστρώματος. Αυτές συνεχίζουν ακόμα…23 χρόνια μετά.
Η Γέφυρα της …Πάτρας έπεσε από ισχυρή βροχόπτωση, χωρίς θύματα την πρώτη φορά, ξανάπεσε από ισχυρό καύσωνα, με θύματα, τη δεύτερη φορά. Σκλάβους δηλαδή, που δουλεύουνε Κυριακή για να πάρουνε πολύ ρεπό στην άλλη ζωή. Συνελήφθησαν κιόλας, όσοι επέζησαν!
Για το θέμα μας τώρα, σε ευχαριστώ για τις παρατηρήσεις, που πολύ σωστά έκανες.
“Στις οδηγίες αυτές καθίσταται σαφές για όποιον τις διαβάζει πως ο 2ος κανόνας kirchhoff είναι εντός ύλης πανελλαδικών εξετάσεων….”
Τα θέματα στις Πανελλαδικές όμως τραβούν την προσοχή των μαθητών της Θετικής Κατεύθυνσης της Β΄και προσέχουν και στη Γενικής.
Τώρα πόσο αρεστός είναι στους γονείς, όταν θα επιλέγουν σχολείο, ένας καθηγητής, που κάνει όλη την ύλη Β΄Γενικής και δεν αφήνει την ώρα της Φυσικής να διαβάζουν για το Φροντιστήριο; Μήπως πρέπει να “χαλαρώσει” λιγάκι;
Κύριε Διονύση έκανα μια αναδρομή κυρίως σε ηλεκτρομαγνητισμο και κυκλώματα μιας και κάνατε αυτή την τέλεια μάζωξη. Ήθελα να ρωτήσω στο α) ερώτημα γιατι ο πυκνωτης δεν διαρρέεται από ρεύμα για να αποκτήσει φορτίο; περνάει από τον R3 στον R4 και από τον R1 στον R2 χωρίς να περνάει από αυτόν;
Καλημέρα Σταύρο-Διονύση.
Στο 1ο ερώτημα, αναφέρεται “Με τον διακόπτη δ κλειστό, …” Η φράση αυτή δεν σημαίνει ότι κλείνουμετο διακόπτη μια στιγμή και τι θα συμβεί για ένα μικρό χρονικό διάστημα μετά, όπου ο πυκνωτής φορτίζεται. Αλλά ότι, ο διακόπτης είναι κλειστός για μεγάλο χρονικό διάστημα, όντας φορτισμένος ο πυκωτής.
Εξάλλου μην ξεχνάμε ότι ποτέ ένας πυκνωτής δεν διαρρέεται από ρεύμα. Οι οπλισμοί του δεν έρχονται σε επαφή, λειτουργώντας σαν ανοικτός διακόπτης.
Απλά ένας πυκνωτής μπορεί να φορτίζεται και να εκφορτίζεται, οπότε στη διάρκεια αυτών των μεταβολών, το κύκλωμα διαρρέεται από ρεύμα.
Αρα έχει ήδη εκφορτιστει όσο μελετάμε το α ερώτημα; γιατι και σε άλλες ασκήσεις (μια πολύ ωραία δικιά σας με φθίνουσα ηλεκτρική ταλαντωση) ήταν πηγή παράλληλα σε αντιστατη και πηνιο παράλληλα σε πυκνωτή. Όμως τότε μετά από το χρονικό διάστημα όταν ανοίγουμε τον διακόπτη ο πυκνωτης εκείνος ήταν πλήρως φορτισμένος ενώ τώρα δεν έχει καθόλου φορτίο, παρότι βρίσκεται σε κλειστό κύκλωμα.
Στο α) ερώτημα ο διακόπτης είναι κλειστός άρα ο πυκνωτής φορτισμένος!
Ποσο είναι το φορτίο του;
Αν το υπολογίσουμε θα προκύψει …. Μηδενικό!
Αυτό ήταν που με προβλημάτισε. Φορτισμένος με μηδενικό φορτίο;;;;
Όχι Σταύρο “φορτισμένος με μηδενικό φορτίο”. Όχι δεν είναι αυτό ο τρόπος σκέψης.
Ένας πυκνωτής σε ένα πολύπλοκο κύκλωμα με σταθερά ρεύματα (όπως κλειστοί διακόπτες για “μεγάλα” χρονικά διαστήματα), θεωρούμε ότι είναι φορτισμένος.
Τι σημαίνει αυτό;
Ας πάρουμε τον ένα του οπλισμό, έστω Α. Αυτός φέρει φορτίο q. Τι τιμές μπορεί να πάρει αυτό το φορτίο; Μόνο θετικές; Μόνο αρνητικές; Μήπως το φορτίο μπορεί να είναι μηδέν;
Προφανώς και τα τρία αυτά ενδεχόμενα μπορεί να προκύψουν…
Στο παραπάνω κύκλωμα, είναι τέτοιες οι τιμές των αντιστάσεων (το κύκλωμα αυτό το συναντάμε ως μια γέφυρα σε ισορροπία), ώστε να δίνει μηδενικό φορτίο στον πυκνωτή.
Ξεκινάμε με άλλα λόγια με την υπόθεση ότι ο πυκνωτής φέρει φορτίο και υπολογίζουμε το φορτίο αυτό, το οποίο προκύπτει ίσο με μηδέν.
Κατάλαβα κύριε Διονύση και σας ευχαριστώ πολύ γιατί σας έφαγα αρκετό χρόνο. Θυμήθηκα άλλη μια άσκηση σας με ηλεκτρική ταλαντωση που εκει αυθαίρετα χρησιμοποίησα από που λέτε “σαν ανοιχτός διακόπτης”. Απλώς δεν γνώριζα ότι μπορεί να έχει μηδενικό φορτίο, παρά μόνο κατά απόλυτη τιμή θετικό.
Καλημέρα Στάθη-Διονύση.
Σε κύκλωμα το οποίο διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα, ο πυκνωτής απλά φορτίζεται και εκφορτίζεται διαρκώς, με αποτέελσμα ο ίδιος να μην διαρρέεται από ρεύμα, αλλά το κύκλωμα να διαρρέεται συνεχώς από ένα εναλλασσόμενο ρεύμα.
Αυτό συμβαίνει και σε μια ηλεκτρική ταλάντωση (σε τελευταία ανάλυση ένα κυκλωμα για παράδειγμα, που περιέχει μια πηγή Ε.Τ. αντίσταση, πυκνωτή και πηνίο, ένα κύκλωμα εξαναγκασμένης ηλεκτρικής ταλάντωσης είναι…).
Οκ σας ευχαριστώ πολύ. Τώρα που το λέτε θα ήταν πολύ ωραία μια άσκηση με κύκλωμα με εναλλασσομενη τάση, πηνιο, πυκνωτή, αντιστατη και ας απευθύνεται σε καθηγητές!