Nr grupy: VI - 3	Imię i nazwisko: Przemysław Machura	Data: 12.03.2008
Nr ćwiczenia: 31	Temat ćwiczenia: Mostek Wheatstone’a.	Ocena:

Część teoretyczna:

Ładunek elektryczny ciała (lub ich układu) – własność materii przejawiająca się w oddziaływaniu elektromagnetycznym ciał obdarzonych tym ładunkiem. Oddziaływanie ciał obdarzonych ładunkiem odbywa się poprzez pole elektromagnetyczne. Związek między ładunkiem a polem jest istotą oddziaływania elektromagnetycznego. Ładunek elektryczny jest wewnętrzną własnością części cząstek elementarnych. Jest wielkością skwantowaną. Rozróżnia się dwa rodzaje ładunków, ładunek elektronu określa się jako ujemny (-1), a protonu dodatni (+1). Ładunki tego samego rodzaju odpychają się, a różnego przyciągają. Całkowita suma ładunków w układzie zamkniętym jest stała, twierdzenie to nosi nazwę zasada zachowania ładunku elektrycznego. W układzie SI jednostką ładunku jest kulomb (C) równy około 6,24 *10¹⁸ ładunków elementarnych (ładunków elektronów lub protonów).

Prawo Coulomba głosi, że siła wzajemnego oddziaływania dwóch punktowych ładunków elektrycznych jest wprost proporcjonalna do iloczynu tych ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między ich środkami. Jest to podstawowe prawo elektrostatyki. Prawo to można przedstawić za pomocą wzoru:

,

w którym:

• F - siła wzajemnego oddziaływania dwóch punktowych ładunków elektrycznych,

• q₁ , q₂ - punktowe ładunki elektryczne,

• r - odległość między ładunkami,

• k - współczynnik proporcjonalności:

przy czym:

• 

gdzie:

• ε - przenikalność elektryczna ośrodka,

• ε_r - przenikalność elektryczna względna ośrodka (stała dielektryczna),

• ε₀ - przenikalność elektryczna próżni.

Pole elektrostatyczne. Potencjał i napięcie.

Polem elektrostatycznym nazywamy obszar, w którym na każdy ładunek działa siła

Coulomba.

Potencjał V jest wielkością skalarną charakteryzującą dany punkt pola elektrostatycznego.

Wyraża on liczbową wartość pracy W, którą trzeba wykonać przeciwko siłom pola, aby

przenieść dodatni ładunek jednostkowy q z nieskończoności do danego punktu pola:

$$V = \frac{W}{q}$$

Jednostką potencjału jest jeden wolt (1V=1J/1C).

Napięciem elektrycznym U panującym między dwoma punktami pola nazywamy różnicę

potencjałów tych punktów pola:

U = V₁ − V₂

Jednostka napięcia jest taka sama jak jednostka potencjału.

Prąd elektryczny – każdy uporządkowany (skierowany) ruch ładunków elektrycznych. Wielkością opisującą prąd elektryczny jest natężenie prądu elektrycznego I, które definiuje się jako ładunek przepływający przez poprzeczny przekrój przewodnika w czasie t :

Jednostką natężenia prądu elektrycznego w układzie SI jest amper [A].

Rezystancja (opór) jest miarą oporu czynnego, z jakim element przeciwstawia się przepływowi prądu elektrycznego. Jednostką rezystancji w układzie SI jest om (1 Ω). Wielkością fizyczną, która określa stopie utrudnienia na jakie napotykają elektrony (lub inne nośniki ładunku) jest opór elektryczny R, zdefiniowany jako stosunek napięcia U przyłożonego pomiędzy końcami przewodnika do natężenia prądu I wywołanego przez to napięcie:

$$R = \frac{U}{I}$$

Rezystancja przewodnika o jednakowym przekroju poprzecznym do kierunku przepływu prądu jest proporcjonalna do długości przewodnika, odwrotnie proporcjonalna do przekroju i zależy od materiału, co wyraża wzór:

gdzie

• L - długość elementu,

• S - pole przekroju poprzecznego elementu,

• ρ - rezystywność materiału.

Prawo Ohma mówi, że natężenie prądu stałego I jest proporcjonalne do całkowitej siły elektromotorycznej w obwodzie zamkniętym lub do różnicy potencjałów (napięcia elektrycznego) między końcami części obwodu nie zawierającej źródeł siły elektromotorycznej. Można je opisać jako:

Zastąpienie znaku proporcjonalności w powyższym wzorze wymaga wprowadzenia współczynnika proporcjonalności o wymiarze odwrotności oporu elektrycznego:

Pierwsze prawo Kirchhoffa - prawo dotyczące przepływu prądu w rozgałęzieniach obwodu elektrycznego. Prawo to wynika z zasady zachowania ładunku. Wraz z drugim prawem Kirchhoffa umożliwia określenie przepływających prądów w obwodach elektrycznych.

Prawo to brzmi: „Suma algebraiczna natężeń prądów dopływających i odpływających z danego węzła jest równa 0.” lub „Suma natężeń prądów dopływających do węzła jest równa sumie natężeń prądów wypływających z tego węzła.”

Drugie prawo Kirchhoffa - zwane również Prawem napięciowym, dotyczy bilansu napięć w zamkniętym obwodzie elektrycznym.

Prawo to brzmi: „Suma wartości chwilowych sił elektromotorycznych występujących w obwodzie zamkniętym równa jest sumie wartości chwilowych napięć elektrycznych na elementach pasywnych tego obwodu.”

Łączenie oporów:

Szeregowe łączenie oporników

Przy połączeniu szeregowym oporników, rezystancja wypadkowa jest sumą rezystancji składowych:

Rz = R1 + R2 + R3 ...

gdzie:
Rz - rezystancja zastępcza (wypadkowa)
R1, R2, R3 - rezystancje składowe

Równoległe łączenie oporników

Przy połączeniu równoległym oporników, odwrotność rezystancji wypadkowej jest równa sumie odwrotności wszystkich rezystancji składowych:

gdzie:
Rz - rezystancja zastępcza (wypadkowa)
R1, R2, R3 - rezystancje składowe

Mostek Weatstone’a