NATALIA WALCZAK WYDZ. INŻ. PROD.

ZIP DZIEŃ TYGODNIA- PONIEDZIAŁEK

GR.7 GODZINA: 14-17

DATA:18.11.2002

ĆWICZNIE P40

SPRAWDZANIE PRAWA OHMA

DEFINICJE

Prawo Ohma
Georg Simon Ohm przeprowadzając szereg doświadczeń stwierdził, że jeżeli do odcinka obwodu (przewodnika) doprowadzi się różne napięcia, to w tym odcinku popłyną prądy o różnym natężeniu. Ustalił on iż natężenie prądu elektrycznego w przewodniku jest wprost proporcjonalne do napięcia pomiędzy jego zaciskami, czy inaczej że stosunek napięcia mierzonego na przewodniku do natężenia prądu, który płynie przez ten przewodnik, jest wielkością stałą (co potwierdza także liniowa zależność natężenia od napięcia, przykładanego do przewodnika metalicznego) i nazwał ją oporem przewodnika. Można to zapisać wzorem:

R=U/I=const

Podstawową jednostką oporu elektrycznego jest om (1 ohm). Zależność ta jest słuszna tylko pod warunkiem zachowania stałości oporu, co w rzeczywistości jest trudno osiągalne, gdyż przepływający prąd wywołuje wzrost temperatury przewodnika i zmianę jego oporu. Prawo Ohma jest więc zatem słuszne tylko dla niewielkich natężeń prądu, czyli takich które nie powodują zauważalnego ogrzania przewodnika. Opór zależy od temperatury oraz materiału przewodnika, jego długości i przekroju poprzecznego.

Oporniki. Są to elementy charakteryzujące się pewną wartością oporu. Możliwe najprostsze połączenia oporników to :

• Połączenie szeregowe, w którym opór łączony jest równy sumie oporów składowych, tzn. :R₁+R₂+R₃+...=R

• Połączenie równoległe, w którym odwrotność oporu łączonego jest równa sumie odwrotności oporów składowych, tzn.: 1/R=1/R₁+1/R₂+....

CEL ĆWICZENIA

Zbadanie zależności napięcia od natężenia wynikających z prawa Ohma. Wyznaczenie oporów na poszczególnych opornikach gdy są połączone szeregowo i równolegle, przy częstotliwości 60Hz i 0,3Hz.Wyjaśnienie, co dzieje się gdy temperatura przewodnika nie jest stała.

WYKONANIE ĆWICZENIA

Ćwiczenie to było wykonane na komputerze, przy pomocy wzmacniacza mocy. Użyty do tego został zestaw oporników, umieszczanych w specjalnie do tego ćwiczenia przygotowanym obwodzie elektrycznym.

I.

1. Wyznaczenie oporów przewodnika metalicznego.(przy częstotliwości 60Hz)

• Dla pierwszego opornika zależność napięcia od natężenia prądu jest funkcją liniową , a wyznaczony podczas pomiaru opór wynosi R₁=10,34Ω.

• Dla opornika drugiego wyznaczony w sposób identyczny opór wynosi R₂=22,60Ω.

Wyznaczenie oporów dla połączenia szeregowego przy pomocy wykresu sporządzonego przez komputer na podstawie pomiarów. Wynosi on R_s=32,77Ω.

Wyliczony na podstawie wzoru R_zs=R₁+R₂ na połączenie szeregowe opór zastępczy wynosi R_zs=32,94Ω.

Wyznaczenie oporu dla połączenia równoległego na podstawie pomiarów komputerowych. Opór wypadkowy wynosi R_r=7,17Ω

Wyznaczenie oporu zastępczego wyznaczonego ze wzoru 1/R_zr=1/R₁+1/R₂. Wynosi on: R_zr=7,09Ω.

Obliczenie różnic procentowych pomiędzy wartościami oporów wypadkowych R, wyznaczonych przy pomocy komputera, a oporów R_z, wyliczonych na podstawie wzorów. Różnice te obliczam ze wzoru Bp=R-R_z*100% /R_z

• Dla oporników połączonych szeregowo Bp wynosi Bp=0,52%

• Dla oporników połączonych równolegle Bp =1,41%

WNIOSKI

Różnica pomiędzy oporami wypadkowym i zastępczym nie jest znaczna. Jej istnienie jednak może być spowodowane tym, iż w obliczeniach oporu nie uwzględniliśmy oporu kabelków i sprężynek użytych w doświadczeniu. Mogło to być również spowodowane niewielkimi zmianami temperatury występującymi przy wykonywanych pomiarach.

II

Druga część ćwiczenia polegała na zbadaniu oporu włókna żarówki 3,5V przy częstotliwości 60Hz.Następnie to doświadczenie powtórzyłam dla tej samej żarówki, ale przy częstotliwości zmienionej na 0,3Hz.Wyznaczony opór dla żarówki przy częstotliwości 60Hz wyniósł 8,08Ω. Po zmianie częstotliwości i włączeniu wzmacniacza naocznie można było przekonać się o tym iż prąd płynący w obwodzie nie jest stały. Dowodem na to było „miganie” żarówki. Zapalała się ona i gasła. Spowodowane to było długim procesem wygaszania, który przy tak małej częstotliwości mogłam zaobserwować. Nie możemy tego zaobserwować w życiu codziennym, gdyż prąd płynący w naszych domach posiada częstotliwość ok. 60Hz i zmiany te są tak szybkie, że ludzkie oko nie jest w stanie ich dostrzec.

Wykres napięcia od natężenia dla częstotliwości 0,3Hz załączony jest do sprawozdania i dzięki niemu mogłam wyznaczyć maksymalny i minimalny opór przy częstotliwości 0,3Hz.

1. Wyznaczenie oporu minimalnego, na podstawie odczytanych z wykresu wielkości.

• Umin=0,6V

• Imin=0,17A

• Rmin=3,53Ω

• Wyznaczenie oporu maksymalnego na podstawie wartości odczytanych z wykresu.

• Umax=2,5V

• Imax=0,25A

• Rmax=10Ω

WNIOSKI

Opór w żarówce podłączonej do obwodu prądu zmiennego o częstotliwości 60Hz wzrastał proporcjonalnie do długości czasu, w którym żarówka pracuje.

Natomiast dla tej samej żarówki, ale przy częstotliwości 0,3hZ jej opory są zmienne w czasie. Gdy włókno żarówki jest chłodne, jego opór jest mały Następnie włókno to się nagrzewa i jego opór zaczyna wzrastać aż do 10Ω. Później żarówka znowu gaśnie i włókno znowu zaczyna stygnąć. Kiedy po stygnięciu kolejny raz się zaświeci jej opór będzie wynosił 3,53Ω i będzie wzrastał w miarę długości świecenia żarówki. Te właśnie ciągłe zmiany oporów były powodem efektu „migania” żarówki.

---