Zagadnienia teoretyczne
Gdy ładunki elektryczne o jednakowym znaku poruszają się w jednym kierunku, mówimy że istnieje przepływ prądu elektrycznego. Za kierunek przepływu prądu przyjmujemy kierunek ruchu dodatnich ładunków. Jednostką SI natężenia przepływu prądu jest amper (A) = 1 kulomb na sekundę. Prawo Ohma dla prądu stałego stanowi:
gdzie R jest oporem elementu. Prawo Ohma nie jest fundamentalnym prawem natury, lecz stosunkiem prawdziwym tylko dla niektórych materiałów. Chodzi tutaj o materiały będące przewodnikami, głównie metale, ale także np. węgiel elektrotechniczny w postaci elektrod czy szczotek. Np. miedź ma natężenie liniowo zależne od napięcia w bardzo szerokim zakresie temperatur.
Przewodność zależy od wielu czynników, m. in. od temperatury. Opór przewodnika jest ogólnie liniowo zależny od temperatury w pewnym ograniczonym jej zakresie:
Stąd można otrzymać temperaturowy współczynnik oporności:
Opór przewodników zwykle traci swoją liniowość w temperaturach bliskich absolutnego zera i przyjmuje pewną określoną wartość.
Poza temperaturą, oporność przewodnika zależy także od jego przekroju i długości. Dokładniej mówiąc, oporność jest wprost proporcjonalna do długości przewodu i odwrotnie proporcjonalna do jego przekroju poprzecznego:
Współczynnik proporcjonalności ρ jest opornością właściwą danego przewodnika.
Łącząc oporniki kolejno jeden po drugim w obwodzie otrzymujemy połączenie zwane szeregowym; wówczas oporność obwodu będzie sumą oporności poszczególnych oporników. Natomiast odwrotność oporności układu równoległego jest równa sumie odwrotności oporności gałęzi równoległych.
Istnieją ciała, które nie przewodzą elektryczności; nazywamy je dielektrykami lub izolatorami. Należą do nich np. porcelana mika, żywice, włókna.
Istnieją także ciała o właściwościach pośrednich, tzn. takie, które nie są ani dobrymi przewodnikami, ani dobrymi izolatorami. Są to półprzewodniki, jak np. german, krzem, selen, tellur. Opór półprzewodników ogólnie zmniejsza się wraz z temperaturą, i nie jest od niej liniowo zależny.
Opis przeprowadzenia doświadczenia
Przed przystąpieniem do ćwiczenia zmontowałem układ pomiarowy według schematu:
Ustawiłem zakres woltomierza na 7.5V. W trakcie trwania doświadczenia zmieniałem napięcie co 0.5V oraz zapisywałem wskazania amperomierza. Po skończonym doświadczeniu posprzątałem po sobie stanowisko doświadczalne.
Wyniki pomiarów
| Zakres amperomierza | ||
|---|---|---|
| Lp. | Napięcie [V] | 300mA |
| 1 | 0 | 0 |
| 2 | 0,5 | 4 |
| 3 | 1 | 9 |
| 4 | 1,5 | 11 |
| 5 | 2 | 17 |
| 6 | 2,5 | 23 |
| 7 | 3 | 27 |
| 8 | 3,5 | 30 |
| 9 | 4 | 35 |
| 10 | 4,5 | 39 |
| 11 | 5 | 44 |
| 12 | 5,5 | 49 |
| Długość drutu [m] | L = 1,41 | L = 2,37 |
Wykres zależności natężenia prądu od napięcia na następnej stronie
Współczynniki regresji dla poszczególnych długości drutu
L=1,41
f(x) = 8, 9x − 0, 46
L=2,37
f(x) = 11, 13x − 0, 28
L=3,78
f(x) = 7, 04x − 0, 62
L=4,74
f(x) = 11, 26x − 0, 79
L=6,15
f(x) = 8, 08x − 0, 46