Konrad Zdziech
WTD 1 Grupa 8
Sprawozdanie z ćwiczenia P40. Sprawdzanie prawa Ohma
Cel ćwiczenia
Celem doświadczenia jest badanie zależności prądów i napięcia dla materiałów spełniających prawo Ohma. Używamy do tego zestawu oporników, płyty do badania obwodów prądu stałego i zmiennego, wzmacniacz sygnału, komputer z oprogramowaniem i odpowiednim interfejsem.
Wykonanie ćwiczenia
Na płytce do badania obwodów prądu stałego i zmiennego mocujemy jeden opornik, podłączamy kable i porównujemy wartość oporu zapisanego na oporniku z wartością zmierzoną. W naszych pomiarach jeden z oporników wykazał o 5 % większy opór od wartości deklarowanej. W następnym kroku należy połączyć oba oporniki w układ szeregowy, zmierzyć opór układu i porównać z wartościami wyliczonymi. Następnie wybrane przez nas oporniki łączymy w układ równoległy, mierzymy wartość oporu, obliczamy jego teoretyczną wartość i porównujemy ze sobą. Później badamy opór małej żarówki przy częstotliwościach prądu zasilającego 0,3 Hz i 60 Hz. Przy częstotliwości 0,3 Hz obserwujemy zmienne światło wydzielane przez żarówkę. Przygasa ona i rozjaśnia się cyklicznie. Przy częstotliwości 60 Hz. Obserwujemy ciągłe świecenie żarówki.
3. Obliczenia
Wyznaczone wartości oporów dla oporników 10 Ώ i 20 Ώ:
-opornik 1 (10 Ώ) 21,05 Ώ
-opornik 2 (20 Ώ) 10,14 Ώ
-połączenie szeregowe: 30,93 Ώ
-połączenie równoległe: 6,89 Ώ
Wartości oporów obliczonych:
-połączenie szeregowe(R=R1+R2+...+Rn): 31,19 Ώ
-połączenie równoległe(1/R=1/R1+1/R2+...+1/Rn): 6,33 Ώ
Różnica procentowa między wartościami obliczonymi i wyznaczonymi
Bp= | R – R0 | / R0 * 100 %
- połączenie szeregowe : 0,8 %
- połączenie równoległe: 8,8 %
Opór włókna żarówki:
-przy częstotliwości 60 Hz: 10,15 Ώ
- przy częstotliwości 0,3 Hz: min. 13,64 Ώ, max 14,8 Ώ
4. Wnioski
Nasze pomiary potwierdzają prawa Ohma dla prądów o niskich natężeniach. W połączeniu szeregowym oporność układu jest równa sumie oporności elementów składowych , a w wkładzie równoległym odwrotność oporu układu jest równa sumie odwrotności oporności oporników układu. Występują pewne odchylenia między wartościami wyznaczonym , a wartościami obliczonymi. W pierwszym przypadku nie ma co komentować: różnica 0,8 % przy naszym prowadzeniu doświadczenia oznacza pomiar bardzo dokładny. W przypadku połączenia równoległego różnica 8,8 % jest dość znaczna. Wydaje mi się, że jest to spowodowane kablami łączącymi kolejne oporniki , które mają pewną rezystywność, a nie zostały uwzględnione w obliczeniach. Przy pomiarze oporu włókna żarówki obserwujemy , że przy wysokiej częstotliwości prądu zasilającego jest stały i niższy od wartości oporu włókna żarówki zasilanej prądem o niskim natężeniu. Dodatkowo opór przy prądzie 0,3 Hz jest zmienny. Wynika to z faktu, że oporność przewodnika zależna jest od jego temperatury. Oporność włókna żarówki zasilanego prądem o częstotliwości 60 Hz jest stała i niska ponieważ zmiany natężenia prądu zachodzą zbyt szybko, aby włókno żarówki mogło znacząco zmienić temperaturę. W przypadku prądu 0,3 Hz następują zmiany temperatury włókna żarówki wraz ze zmianami cyklu natężenia prądu. Włókno żarówki częściowo stygnie, później część energii dostarczanej żarówce musi być zużyta do ogrzania wolframu do temperatury świecenia. Przez to obserwujemy zjawisko przygasania i ponownego rozjaśniania się włókna żarówki. Przez to zmienia się również oporność układu. W momencie maksymalnej temperatury przewodnika metalowego oporność jest najniższa, a w momencie najniższej temperatury występuję najniższa oporność.