باتری‌های سری: نیروی محرکه‌ها جمع می‌شوند
1 · پیش‌بینی
دو باتری 6 V به سری (هم‌جهت) به یک مقاومت وصل‌اند. مدار مثل یک منبع 6 V رفتار می‌کند یا منبع بزرگ‌تر ترکیبی؟
- نیروی محرکه‌ها جمع می‌شوند — مدار مثل منبع تک 12 V رفتار می‌کند.
- مدار مثل میانگین، 6 V، رفتار می‌کند.
- باتری‌ها همدیگر را خنثی می‌کنند و جریانی نمی‌رانند.
2 · آماده‌سازی
- پیش‌تنظیم series-batteries را باز کنید و Reset را بفشارید. b1 = 6 V ثابت است؛ R1 = 100 Ω ثابت است.
- قرائت جریان را روی R1 فعال کنید.
- نیروی محرکهٔ b2 را برای هر آزمایش تنظیم کنید و جریان مدار را ثبت کنید.
3 · گردآوری داده
| نیروی محرکهٔ باتری b2 (V) | نیروی محرکهٔ کل (V) | جریان I (mA) |
|---|---|---|
| 4.00 | ||
| 6.00 | ||
| 9.00 |
برای سه آزمایش، جریان I (محور y) را بر حسب نیروی محرکهٔ کل (محور x) رسم کنید.
4 · تحلیل
- برای یک آزمایش، EMF_total = b1 + b2 را با b1 = 6 V و سپس I = EMF_total/R1 را با R1 = 100 Ω حساب کنید. با جدول مقایسه کنید.
- توضیح دهید چرا دو باتری با همان جهت (قطب مثبت به منفی) نیروی محرکه‌هایشان جمع می‌شود، همان‌طور که مقاومت‌های سری جمع می‌شوند.
5 · گسترش
- اگر b2 وارونه سیم‌بندی شود، نیروی محرکه‌اش به‌جای جمع، تفریق می‌شود: EMF_total = b1 − b2. توضیح دهید چرا وارونه کردن یک باتری در زوج سری، علیه دیگری عمل می‌کند.
- چراغ‌قوه‌ای با 2 باتری قلمی (هر یک 1.5 V) سری، لامپش را با 3 V می‌راند. با رابطهٔ این آزمایش توضیح دهید چرا افزودن باتری سومِ سری، لامپ را تندتر می‌سوزاند.
فیزیک پشت این آزمایش
منابع نیروی محرکهٔ سری
باتری‌های سری با قطبیت همسان، نیروی محرکه‌هایشان را مستقیماً جمع می‌کنند: EMF_total = b1 + b2. سپس تنها جریان حلقهٔ حاصل برابر I = EMF_total/R است، طبق قانون اهم برای منبع ترکیبی.
مدارها
- قانون اهم: جریان، ولتاژ و مقاومت
- مقاومت‌های سری: مقاومتها جمع می‌شوند
- مقاومت‌های موازی: جریان تقسیم می‌شود
- لامپ با کلید: تلفات توان در یک لامپ
- مترهای ایدهآل: آمپرسنج و ولتمتر مدار را آشفته نمیکنند
- لامپهای سری: جریان مشترک، لامپهای کمنورتر
- لامپهای موازی: ولتاژ یکسان، روشنایی کامل
- اتصال کوتاه لامپ: وقتی یکی را دور میزنید چه می‌شود
- دیمر رئوستی: مقاومت پیوستهٔ متغیر
- چینش درست متر: آمپرسنج سری، ولتمتر موازی
- مترهای جابهجا: خطای سیمکشی رایج
- شارژ RC: رویکرد نمایی خازن