Keresés


Toplista

Toplista
  • betöltés...

Magántanár kereső

Ha szívesen korrepetálnál, hozd létre magántanár profilodat itt.
Ha diák vagy és korrepetálásra van szükséged, akkor regisztrálj be és írd meg itt, hogy milyen tantárgyban!

Fajlagos ellenállás szöveges feladat

1452
Egy alumínium huzslból zárt négyzetet formáztunk az ábra szerint. Ha az A és a B pontokra 1,4 V feszültséget kapcsolunk, akkor a négyzet minden oldalán 250mA erősségű áram halad át.
A huzal tömege 0,108g. Az alumínium sűrűsége 2700kg/m^3, fajlagos ellenállása pedig 0,028ohm*mm^2/m.

a) Mekkora az alumínium huzal keresztmetszete?
b) Mekkora az alumínium huzal hossza?

Az ábrán egy négyzet van, az A és B pontok két ellentétes sarkon vannak.

Ha lehetséges magyarázatot is adjatok hozzá, mert nem tanultunk még a fajlagos ellenállásról, viszont szükségem lenne rá, mert versenyre megyek.
Jelenleg 1 felhasználó nézi ezt a kérdést.
fizika, Sűrűség, alumínium, ellenállás, fajlagos
0
Általános iskola / Fizika

Válaszok

1
Jó sok mindent kell számolni ennél a feladatnál:

Ha gondolatban elvágjuk a keretet A-nál és B-nél is úgy, hogy lesz belőle két derékszögű fél-keret, aminek mindkettőnek a végei A és B, akkor mindkét fél-keret egybevágó, ezért az ellenállása is egyforma. Úgy lehet elképzelni, hogy ez a két fél-keret párhuzamosan van kapcsolva. Mivel mindenhol 250 mA áram folyik, az egyik fél-keretben is annyi az áramerősség. A fél-keret ellenállása ezért ennyi az Ohm törvény szerint:
`R_"fél"=U/I=("1,4"\ V)/(250\ mA)=("1,4"\ V)/("0,25"\ A)="5,6"\ Ω`
A négyzet egy oldalának az ellenállása ennek a fele, hisz a két oldal olyan, mintha két egyforma ellenállásnak a soros kapcsolása lenne.
`R_1="2,8"\ Ω`

Aztán számoljuk ki a huzal térfogatát abból, hogy tudjuk a tömegét és a sűrűségét:
`m=ρ·V`
`V=m/ρ=("0,108"\ g)/(2700 (kg)/m^3)`
Az már látszik, hogy a mértékegységekkel gond van. A `(kg)/(m^3)` ugyanannyi mint a `g/(dm^3)`, azzal jobban járunk, mert akkor a grammal lehet egyszerűsíteni:
`V=("0,108"\ g)/(2700 (g)/(dm^3))="0,108"/(2700) dm^3`
Még mindig nagyon pici szám lesz, jobb lenne a `dm^3` helyett mondjuk `mm^3`-rel számolni.
`1\ dm^3 = 1000\ cm^3=1000·1000\ mm^3`
`V=("0,108"·1000·1000)/(2700) mm^3=(108000)/(2700)mm^3=40\ mm^3`

Ha tudnánk a huzal hosszát, már ki tudnánk számolni a keresztmetszetet, de nem tudjuk.
Ha mondjuk a keresztmetszete `A\ mm^2` a hossza pedig `ℓ\ "méter"`, ami `ℓ·1000\ mm`, akkor a térfogata:
`V=A·ℓ·1000\ mm^3`
`40 = A·ℓ·1000`
Az `ℓ` hossz a teljes négyzet kerülete. Ha egy oldal hossza `a` méter, akkor `ℓ=4a`:
`40 = A·4a·1000`
`1/(100) = A·a`

Azért `mm^2`-rel mondtam a keresztmetszetet és méterben a hosszat, mert a fajlagos ellenállást úgy érdemes számolni. Ugyanis a fajlagos ellenállás olyan huzalnak az ellenállása, aminek a keresztmetszete `1\ mm^2` a hossza pedig 1 méter.
Most pl. az alumínium fajlagos ellenállása `ρ="0,028"(Ω\ mm^2)/m` (vigyázz: a sűrűségnek meg a fajlagos ellenállásnak is `ρ` vagyis 'ró' a jele, de nem szabad összekeverni őket.)
Ez azt jelenti, hogy ha alumíniumból csinálunk egy 1 méter hosszú és 1 mm² keresztmetszetű huzalt, akkor 0,028 Ω lesz az ellenállása. De ennél sokkal többet is jelent a fajlagos ellenállás, elmagyarázom:
- Ha dupla olyan hosszú a huzal, akkor az elektronoknak dupla hosszú úton kell végigküzdeniük magukat, tehát az ellenállás is dupla annyi lesz. Ezért a fajlagos ellenállást szorozni kell a huzal hosszával, ha a valódi ellenállást akarjuk számolni.
- Aztán ha dupla olyan keresztmetszetű a huzal, akkor az elektronok kétszer akkora helyen tudnak haladni, ezért fele annyi lesz az ellenállás. Ezért a keresztmetszettel osztani kell a fajlagos ellenállást, hogy a valódi ellenállást megkapjuk.

Vagyis egy `ℓ` méter hosszú és `A` mm² keresztmetszetű huzalnak az ellenállása így számolható:
`R=ρ·ℓ/A`

Most a négyzet egyetlen oldala (aminek az ellenállása `R_1`) olyan huzal, aminek a hossza `a` méter:
`R_1=ρ·a/A`
`"2,8"\ Ω = "0,028"(Ω\ mm^2)/m · a/A`
A mértékegységeket el is hagyom, mert a hossz méter lesz, a keresztmetszet meg mm², amikhez pont illeszkedik a fajlagos ellenállás mértékegysége:
`"2,8" = "0,028"· a/A`
`"2,8" / "0,028"= a/A`
`a/A = 100`
`a=100·A`
(Itt is ne zavarodj bele, hogy az `A` a jele az ampernek, de itt persze most a keresztmetszetet jelenti.)

Ezek jöttek tehát ki:
`A·a=1/(100)`
`a=100·A`
-------------
`A·(100·A)=1/(100)`
`A^2=1/(100)^2`
`A=1/(100)`, ami négyzetmilliméter volt. Ez a válasz az a) kérdésre.

A négyzet oldala pedig:
`a=100·A=100·1/(100)=1`, ami méter volt.
De nem ez volt a b) kérdés, hanem a huzal hossza, ami tehát 4 méter.
1