Laboratorium Fizyki

Wydział Inżynierii Środowiska	Piątek 14.15-17.00	Nr. zespołu 10
	15.03.2011r.
1)Wojtczuk Łukasz 2)Modelski Robert 3)Gajewski Rafał	Ocena z przygotowania	Ocena z sprawozdania
Prowadzący: Jarosław Judek	Podpis przewodniczącego:

Metody pomiarowe i opracowania wyników w laboratorium fizyki

1.Cele ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zapoznanie z metodami pomiarowymi i obsługa woltomierza, amperomierza oraz śruby mikrometrycznej.

2.Wstęp teoretyczny

Prąd elektryczny – uporządkowany (skierowany) ruch ładunków elektrycznych, np. elektronów.

Napięcie elektryczne – różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami obwodu elektrycznego lub pola elektrycznego. Symbolem napięcia jest U. Napięcie elektryczne jest to stosunek pracy wykonanej podczas przenoszenia ładunku elektrycznego między punktami, dla których określa się napięcie, do wartości tego ładunku. W przypadku źródła napięcia (prądu) elektrycznego napięcie jest jego najważniejszym parametrem i określa zdolność źródła energii elektrycznej do wykonania pracy. Napięcie mierzone na zaciskach źródła napięcia jest mniejsze od siły elektromotorycznej źródła. Różnica ta spowodowana jest spadkiem napięcia na oporze wewnętrznym źródła.

Natężenie prądu - (nazywane potocznie prądem elektrycznym) jest wielkością fizyczną charakteryzującą przepływ prądu elektrycznego zdefiniowaną jako stosunek wartości ładunku elektrycznego przepływającego przez wyznaczoną powierzchnię do czasu przepływu ładunku.

Rezystancja (opór, oporność) jest miarą oporu czynnego, z jakim element (opornik) przeciwstawia się przepływowi prądu elektrycznego. Zwyczajowo rezystancję oznacza się symbolem R. Jednostką rezystancji w układzie SI jest om, której symbolem jest Ω. Odwrotność rezystancji to konduktancja, której jednostką jest simens. Dla większości materiałów rezystancja nie zależy od natężenia prądu, wówczas natężenie prądu jest proporcjonalne do przyłożonego napięcia. Zależność ta znana jest jako prawo Ohma:

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

Gdzie: U-napięcie prądu elektrycznego

I-natężenie prądu elektrycznego

Prawo Ohma kojarzone jest zazwyczaj z pierwszym prawem Ohma, czyli proporcjonalności napięcia U mierzonego na końcach przewodnika o oporze R do natężenia prądu płynącego przez ten przewodnik I, co wyraża się wzorem:

U=I*R

3. Układ eksperymentalny

Układ pomiarowy składa się ze źródła prądu stałego (zasilacza stabilizowanego), oporników

R₄, R₃, R₂ ,R₁ na których kolejno dokonano pomiarów, szeregowo wpiętego amperomierza (cyfrowy miernik uniwersalny M-3800) i równolegle wpiętego woltomierza (miernik uniwersalny UM-112b).

Gdzie Rx to odpowiednio opornik R₄, R₃, R₂ ,R₁ włączany do obwodu.

Woltomierz- jest to przyrząd pomiarowy za pomocą którego mierzy się napięcie elektryczne (jednostka napięcia wolt). Jest włączany równolegle do obwodu elektrycznego. Idealny woltomierz posiada nieskończenie dużą rezystancję wewnętrzną. W związku z tym oczekuje się pomijalnie małego poboru prądu przez cewkę pomiarową.

Amperomierz – przyrząd pomiarowy służący do pomiaru natężenia prądu elektrycznego. Jest włączany szeregowo do obwodu elektrycznego. W zależności od zakresu amperomierza używane są też nazwy: kiloamperomierz, miliamperomierz, mikroamperomierz. Pomiaru natężenia prądu dokonuje się poprzez oddziaływanie przewodnika z prądem i pola magnetycznego budując następujące rodzaje amperomierzy: magnetoelektryczny, elektromagnetyczny, elektrodynamiczny, indukcyjny.

Mierzyliśmy na zakresach: 1) napięcie od 1V do 30V

2) natężenie od 2mA do 200mA

Klasa mierników:

	Klasa
	1V
UM-112B	1%
	2mA i 20mA
M-3800	+- 0,5% rdg +- 1 dgt

Śruba mikrometryczna: przyrząd pomiarowy służący do mierzenia przedmiotów z dokładnością rzędu 0,01 mm.

4.Analiza danych

a)Tabela wyników

	Lp	U(V)	Z(U)	niepewność pomiarowa U		J(mA)	Z(mA)	niepewność pomiarowa J	R(Ω)	niepewność R
	1	0,76	1	0,02		1,902	2	0,006	399,58	0,0095
	2	1,85	3	0,05		4,51	20	0,019	410,20	0,0117
	3	2,75	3	0,05		6,75	20	0,025	407,41	0,0092
	4	3,9	10	0,17		8,92	20	0,032	437,22	0,0206
	5	4,4	10	0,17		11,25	20	0,038	391,11	0,0170
	6	5,6	10	0,17		13,51	20	0,045	414,51	0,0150
	7	6,4	10	0,17		15,78	20	0,051	405,58	0,0137
	8	7,3	10	0,17		18,03	20	0,058	404,88	0,0129
	9	8,4	10	0,17		20,5	200	0,200	409,76	0,0295
	10	9,3	10	0,17		22,8	200	0,216	407,89	0,0298
	11	11	30	0,46		25	200	0,231	440,00	0,0358
	12	12	30	0,46		27,3	200	0,247	439,56	0,0356
	13	13	30	0,46		29,5	200	0,262	440,68	0,0357
	14	13,5	30	0,46		31,8	200	0,278	424,53	0,0353
	15	14,5	30	0,46		34,1	200	0,294	425,22	0,0355
	16	15,5	30	0,46		36,3	200	0,309	427,00	0,0359
	17	16	30	0,46		38,6	200	0,325	414,51	0,0358
	18	17	30	0,46		40,9	200	0,341	415,65	0,0362
	19	18	30	0,46		43,3	200	0,358	415,70	0,0366
	20	18,5	30	0,46		45,5	200	0,373	406,59	0,0367

b)Wykres

c) Porównanie błędów

Współczynnik prostej to średnia rezystancja opornika R₄ równa 0,419V/mA czyli 419V/A różni się on od średniej rezystancji wynikającej z obliczeń i wynoszącej 416,88V/A o 2,22V/A.

d)Tabela pomiarów dla oporników R1, R2, R3

Lp.		U(V)	Z(U)	niepewność pomiarowa U	J(mA)	Z(mA)	niepewność pomiarowa J	R(Ω)	niepewnosc R
R1		2,7	10	0,17	48,6	200	0,342	55,56	0,0121
R2		3,6	10	0,17	32,4	200	0,230	111,11	0,0145
R3		3,5	10	0,17	35,3	200	0,250	99,15	0,0141

d)Analiza 100 pomiarów śrubą mikrometryczną, średnicy rurki wykonanej z tworzywa sztucznego

Nr. pomiaru	Wartość pomiaru[mm]	Nr. pomiaru	Wartość pomiaru[mm]	Nr. pomiaru	Wartość pomiaru[mm]	Nr. pomiaru	Wartość pomiaru[mm]	Nr. pomiaru	Wartość pomiaru[mm]
1	10,38	21	10,00	41	10,72	61	10,17	81	10,28
2	10,44	22	10,11	42	10,75	62	10,20	82	10,17
3	10,84	23	10,09	43	10,13	63	10,19	83	10,45
4	10,83	24	10,19	44	10,02	64	10,84	84	10,08
5	10,49	25	10,11	45	10,15	65	10,04	85	10,01
6	10,47	26	10,15	46	10,21	66	10,85	86	9,81
7	10,15	27	10,76	47	10,27	67	9,80	87	9,82
8	10,00	28	10,73	48	10,38	68	10,04	88	10,10
9	10,49	29	10,33	49	10,87	69	10,10	89	10,30
10	10,33	30	10,49	50	10,91	70	10,10	90	10,62
11	10,70	31	10,24	51	10,81	71	10,17	91	10,21
12	10,17	32	10,33	52	10,88	72	10,19	92	10,25
13	10,19	33	10,40	53	10,43	73	10,42	93	9,88
14	10,84	34	10,44	54	10,31	74	10,21	94	10,81
15	10,23	35	10,49	55	10,26	75	10,16	95	10,25
16	10,10	36	10,43	56	10,16	76	10,27	96	9,98
17	10,25	37	10,05	57	10,05	77	9,83	97	9,85
18	10,47	38	10,02	58	10,75	78	10,13	98	9,98
19	10,48	39	10,12	59	10,78	79	10,04	99	9,96
20	10,01	40	10,42	60	10,37	80	10,32	100	10,80

Wartość średnia: 10,31mm

odchylenie standardowe:	0,082833mm
niepewnosc standardowa:	0,287807mm

5. Wnioski

1. Doświadczenie potwierdziło, że zależność natężenia prądu płynącego w obwodzie do różnicy potencjałów na końcach przewodnika jest liniowa.

2. Na podstawie dwudziestokrotnego pomiaru napięcia i natężenia wyznaczono rezystancję opornika R₄= 416,88 Ω .

3. Na podstawie jednokrotnego pomiaru napięcia i natężenia wyznaczono rezystancję oporników:

R₁=55, 56 Ω

R₂=111,11 Ω ∖ nR₃=95,15Ω

1. Na podstawie pomiarów śrubą mikrometryczną rurki z tworzywa sztucznego otrzymaliśmy średnią wartość równą 10,31mm