Imię: Grzegorz

Nazwisko: Szcześniak

Numer indeksu: 226835

Prowadzący:

Termin zajęć: poniedziałek 10:45-13:00

Data wykonania ćwiczenia: 05.10.2011

Ćwiczenie numer 43:

Prawo Ohma dla prądu stałego

Tab.1. Charakterystyka prądowo-napięciowa drutu oporowego; U_do – napięcie na drucie oporowym, I_do – natężenie prądu na drucie oporowym

L.p.	Udo	Ido
	[V]	[mA]
1	0	0
2	100	10,9
3	200	22
4	300	33
5	400	44,1
6	500	55
7	600	66
8	700	77,6
9	800	87,7
10	900	99,3
11	1000	109,7
12	1100	120,4
13	1200	131,8
14	1300	142,5
15	1400	153,5
16	1500	164,6

Tab.2. Charakterystyka prądowo-napięciowa diody prostowniczej; I_dp – natężenie prądu w diodzie prostowniczej, U_dp – napięcie w diodzie oporowej

L.p.	Idp	Udp
	[mA]	[V]
1	1	0,615
2	5	0,695
3	10	0,739
4	20	0,772
5	30	0,806
6	40	0,854
7	50	0,844
8	60	0,87
9	70	0,886
10	80	0,897
11	90	0,855
12	100	0,871
13	110	0,861
14	120	0,869
15	130	0,882
16	140	0,894
17	150	0,885
18	160	0,912
19	170	0,887
20	180	0,891
21	190	0,899
22	200	0,907

Tab.3. Charakterystyka prądowo-napięciowa żarówki; I_ż – natężenie prądu w żarówce, U_ż – napięcie w żarówce

L.p.	Iż	Uż
	[mA]	[V]
1	0	0
2	10	0,013
3	20	0,027
4	30	0,041
5	40	0,055
6	50	0,071
7	60	0,089
8	70	0,111
9	80	0,137
10	90	0,173
11	100	0,228
12	110	0,322
13	120	0,432
14	130	0,535
15	140	0,64
16	150	0,746
17	160	0,85
18	170	0,967
19	180	1,078
20	190	-
21	200	-

Wstęp teoretyczny

Natężenie prądu

Natężenie prądu jest wielkością fizyczną charakteryzującą przepływ prądu elektrycznego. Definiuje się je jako stosunek ilości ładunku elektrycznego przepływającego przez wyznaczoną powierzchnię do czasu w jakim ów ładunek przepływa. W przypadku przewodników powierzchnią jest przekrój poprzeczny przewodnika.

i [A] - natężenie prądu [amper]

q [C] - przenoszony ładunek [kulomb]

t [s] - czas [sekunda]

Jeden amper odpowiada prądowi przenoszącemu w ciągu jednej sekundy ładunek jednego kulomba.

1 amper to 1 kulomb na 1 sekundę:

Prawo Ohma

Stosunek natężenia prądu płynącego przez przewodnik do napięcia pomiędzy jego końcami jest stały. Zależy on tylko od właściwości przewodnika. Czyli : Natężenie prądu płynącego przez przewodnik jest proporcjonalne do przyłożonego napięcia. i~U

Prawo Ohma mówi nam, że natężenie płynącego przez przewodnik prądu dokładnie „nadąża” za zmianami napięcia. Gdy napięcie wzrasta n-krotnie, wtedy wywołany tym napięciem przepływ prądu też osiągnie natężenie n razy większe w stosunku do wartości początkowej.

Prawo Ohma jest spełniane głównie przez metale i materiały ceramiczne. Jest jednak dużo substancji, które prawa Ohma nie spełniają, czyli natężenie przepływającego przez nie prądu zmienia się w sposób nieproporcjonalny do napięcia.

Stosunek napięcia płynącego prądu do jego natężenia nazywamy OPOREM przewodnika.

.

Opór elektryczny R

Jest to stosunek napięcia do natężenia prądu.

R [Ω] - opór elektryczny [om]

Dla przewodników spełniających prawo Ohma opór elektryczny jest stały.

R = const

Opór właściwy ρ

Jest to współczynnik proporcjonalności zależności między oporem przewodnika a jego długością l i przekrojem S .

Przewodnictwo elektryczne w metalach i półprzewodnikach σ

Przewodnictwo właściwe przewodnika jest odwrotnością oporu właściwego. Ma ono wymiar

Przewodnictwo elektryczne to zjawisko przepływu ładunków elektrycznych pod wpływem pola elektrycznego. W przewodnictwie elektronowym uczestniczą jedynie elektrony. Ze względu na wielkość oporności elektrycznej właściwej materiały dzieli się na izolatory (dielektryki), półprzewodniki i przewodniki.

W metalach elektrony przewodnictwa czyli ładunki elektryczne stanowią elektrony walencyjne poszczególnych atomów. W sieci krystalicznej odrywają się one od swoich atomów i zaczynają swobodnie poruszać się w całej objętości metalu, tworząc tzw. gaz elektronowy. Koncentracja elektronów przewodnictwa w metalach nie zależy od temperatury, natomiast ruchliwość elektronów rośnie ze wzrostem temperatury, co w konsekwencji powoduje zmniejszenie przewodnictwa elektrycznego właściwego. Dla metali spełnione jest prawo Ohma.

W półprzewodnikach część elektronów przechodzi do pasma przewodnika dzięki energii termicznej, lub np. wzbudzeń fotonowych. Przewodnictwo w półprzewodnikach ma charakter pół na pół elektronowo- dziurowy.

Zależność oporności elektrycznej metalu i półprzewodnika od temperatury

Dla metali oporność elektryczna zależy od temperatury w ten sposób, że z jej wzrostem wzrasta również opór właściwy, czyli maleje przewodnictwo. Jeśli temperatura wynosi zero kelwinów, ruchy elektronów ustają i mamy do czynienia z nadprzewodnictwem [stan teoretyczny, nie osiągnięto temperatury 0K]. Oporność elektryczna metali wynika z rozpraszania elektronów na defektach sieci, wynikających z temperaturowych drgań sieci lub niedoskonałości struktury kryształu.

Model pasmowy

Jest używany w elektronice głównie do wyjaśniania przewodnictwa w ciałach stałych i niektórych ich własności. W atomie poszczególne elektrony mogą znajdować się w ściśle określonych, dyskretnych stanach energetycznych. Dodatkowo w ciele stałym atomy są ze sobą związane, co daje dalsze ograniczenia na dopuszczalne energie elektronów. Dozwolone poziomy energetyczne odizolowanych atomów na skutek oddziaływania z innymi atomami w sieci krystalicznej zostają przesunięte tworząc tzw. pasma dozwolone, tj. zakresy energii, jakie elektrony znajdujące się na poszczególnych orbitach mogą przyjmować; poziomy leżące poza dozwolonymi nazywane są pasmami zabronionymi.

Charakterystyki prądowo-napięciowe diody półprzewodnikowej

Dioda półprzewodnikowa powstaje w wyniku połączenia dyfuzyjnego półprzewodników. Dioda przewodzi prąd tylko w jednym kierunku. Gdy włączymy diody w kierunku zaporowym, w pobliżu złącza nie występuje nośnik prądu elektrycznego. Jeżeli diodę włączymy w obwód w kierunku przewodzenia. W pobliżu złącza gromadzą się nośniki prądu co powoduje przepływ prądu przez złącze. W kierunku zaporowym w diodzie zachodzi wyładowanie lawinowe przez złącze. Zjawisko Zenera wykorzystywane jest do stabilizacji napięcia.

Charakterystyki prądowo-napięciowe termistora

Termistor jest to półprzewodnik o dużym ujemnym, temperaturowym współczynniku oporu właściwego zależnym od temperatury. Dwa różne natężenia prądu w termistorze mogą odpowiadać tej samej różnicy potencjałów na jego końcach. Termistory są często używane do mierzenia ilości energii przenoszonej przez wiązki mikrofal. Wiązka mikrofal pada na termistor i ogrzewa go. Względnie mały wytworzony w ten sposób przyrost temperatury powoduje dosyć dużą zmianę oporu, która służy jako miara mocy mikrofal.

Opis doświadczenia

W celu wyznaczenia charakterystyki prądowo – napięciowej należało podłączyć dane urządzenia (drut oporowy, diodę prostowniczą, żarówkę i termistor; którego nie zdążyłem zbadać ze względu na brak czasu i problemy z samym urządzeniem) do aparatury pomiarowej.

Pierwszym badanym urządzeniem był drut prostowniczy, który został podłączony do aparatury pomiarowej, następnie zostało ustawione maksymalne natężenie płynącego prądu (w przypadku drutu oporowego było to 200 [mA]). Po ustawieniu aparatury zmieniane było napięcie prądu od 0 do 1500 [mV] wyznaczając zmianę co 100 [mV], na elektronicznym wyświetlaczu odczytywane były wartości natężenia prądu.

Drugim badanym urządzeniem była dioda prostownicza, która została podłączona do aparatury pomiarowej, następnie zostało ustawione maksymalne natężenie płynącego prądu (w przypadku diody prostowniczej było to 200 [mA]), ustawiono też stałe napięcie 4 [V]. Po ustawieniu aparatury zmieniane było natężenie, kolejno: 1 [mA], 5 [mA], 10 [mA], następnie co 10 [mA] do 200 [mA]. Na elektronicznym wyświetlaczu odczytywane były wartości napięcia.

Trzecim badanym urządzeniem była żarówka, która została podłączona do aparatury pomiarowej, ustawiono napięcie 4 [V]. Po ustawieniu aparatury pomiarowej zmieniane było natężenie prądu od 0 [mA] do 200 [mA] co 10 [mA]. Na elektronicznym wyświetlaczu odczytywane były wartości napięcia.

Czwartym badanym urządzeniem był termistor, którego nie zbadano z powodu braku czasu.

Opracowanie wyników pomiarów

Drut oporowy: