Przebieg doświadczenia

Po odpowiednim zmontowaniu układu, tak jak było to pokazane w opisie doświadczenia zacząłem badać kolejno różne elementy oporowe. Kolejno dla drutu oporowego, żarówki, diody półprzewodnikowej, termistora badałem zależność natężenia od napięcia. Przykładałem na źródle zasilania różne natężenia i odczytywałem z mierników elektronicznych napięcie i natężenie które panujące na badanym elemencie.

Opracowanie wyników pomiarowych

Z uzyskanych pomiarów natężenia i napięcia wykonałem wykres zależności natężenia od napięcia. Dla każdego elementu zależność ta była inna.

Dla drutu oporowego charakterystyka prądowo napięciowa I=f(U) wyszła proporcjonalnie. Że niemal dla każdego punktu wykresu stosunek napięcia do natężenia wyszedł stały. Oznacza to, że do drutu oporowego można zastosować prawo Ohma.

Nieco inaczej przedstawia się zależność napięcia do natężenia w przypadku diody półprzewodnikowej. Widzimy, że dla niewielkiej zmiany napięcia otrzymujemy duże zwiększenie natężenia. Wykres bardzo przypomina dodatnie półramie paraboli o zależności I~Uⁿ. Przeprowadzając dalej analizę wykresu widzimy że nawet przy minimalnym wzroście napięcia natężenie wzrasta nieproporcjonalnie więcej. Pociąga to za sobą fakt, że przy coraz to większych napięciach opór diody drastycznie maleje. Jest to oczywiście całkowicie zgodne z charakterem tego urządzenia. Dioda została przecież wykonana z półprzewodnika co oczywiście pociąga za sobą taką zależność natężenia i oporu. Otrzymany przeze mnie wykres w dużej części odpowiada charakterystyce prądowo-napięciowej diody opisanej w książkach.

Dla żarówki znowu mamy inną zależność. Otrzymany wykres można by opisać zależnością I~ⁿ√U. Porównując opory żarówki przy coraz to większych napięciach widzimy, że oporność rośnie. Jest to zgodne z faktem, że na żarówce wydziela się ciepło co powoduje wzrost oporności.

Dla termistora otrzymałem tyko część jego charakterystyki prądowo- napięciowej. Charakterystyka ta ma pewną specyficzną własność, a mianowicie dwa różne natężenia prądu mogą odpowiadać tej samej różnicy potencjałów na jego końcach. Niestety nie udało mi się tego zaobserwować. Termistor jest półprzewodnikiem.

Błędy pomiarowe

Napięcie panujące na badanym elemencie było mierzone za pomocą miernika elektronicznego. Wskazywał on wartości z dokładnością do 0,001 V, dlatego za błąd odczytu napięcia przyjmuję tą wartość

Napięcie prądu na danym elemencie było mierzone za pomocą miernika wskazówkowego, o klasie dokładności 0,5. Pomiary natomiast wykonywałem w trzech zakresach miernika : 75 mA, 150 mA, 300 mA. Dlatego też błąd nie jest identyczny dla wszystkich punktów pomiarowych. Dla zakresu 75 mA błąd wynosi 0,375 , dla zakresu 150 mA 0,75 , a dla 300 mA 1,5. Błędy te naniosłem na wykres.

Błąd dla odporu liniowego liczę za pomocą różniczki zupełnej:

Ponieważ tylko dla drutu oporowego wykres wyszedł liniowy to właśnie dla niego liczę wartość oporu.

I[A]	U[V]	R[Ω]	dI[A]	dR[Ω]
0,009	0,26	28,889	0,000375	1,093
0,016	0,47	29,375	0,000375	0,626
0,0268	0,781	29,142	0,000375	0,370
0,041	1,198	29,220	0,000375	0,243
0,054	1,59	29,444	0,000375	0,186
0,062	1,8	29,032	0,000375	0,159
0,071	2,074	29,211	0,000375	0,140
0,08	2,33	29,125	0,00075	0,261
0,09	2,989	33,211	0,00075	0,266
0,1	2,943	29,430	0,00075	0,211
0,11	3,2	29,091	0,00075	0,189
0,12	3,484	29,033	0,00075	0,173
0,13	3,791	29,162	0,00075	0,161
0,14	4,07	29,071	0,00075	0,149
0,15	4,386	29,240	0,00075	0,140
0,16	4,738	29,613	0,0015	0,271
0,2	5,798	28,990	0,0015	0,212

Zatem dla drutu opór średni wraz ze średnim błędem pomiarowym wynosi: R_śr=29,428 ± 0,285 [ Ω ].

Wnioski

Wnioski odnośnie uzyskanych charakterystyk prądowo-napięciowych opisałem dokładnie.

Dla półprzewodników nie stosuje się prawo Ohma. Oznacza to, że opór nie jest stałą wartością lecz zależy od przyłożonego napięcia.

Dioda ma pewną specyficzną cechę „przepuszcza” ona prąd tylko w jednym kierunku.

Z przeprowadzonego doświadczenia widzimy, że nie do wszystkich rodzajów materiałów można stosować prawo Ohma. W przypadku przewodników jest ono prawdziwe wyłącznie w pewnym zakresie temperatur. Z kolei dla półprzewodników w ogóle nie możemy go stosować, chyba, że interesuje nas opór w pewnej określonej chwili t₀, kiedy mamy dane natężenie i napięcie prądu. Właśnie ta cecha półprzewodników, czyli zmienność oporu w zależności od napięcia prądu jest szeroko wykorzystywana we współczesnej elektronice.

Porównując uzyskane wyniki przeprowadzonego doświadczenia z wynikami podanymi w literaturze mogę ocenić, że doświadczenie zostało wykonane prawidłowo. Ewentualne błędy charakteryzujące się stosunkowo dużym odstępstwem od wykreślonej krzywej mogły wyniknąć między innymi z błędu paralaksy przy odczytywaniu wartości z amperomierza.

Błąd liczony metodą różniczki zupełnej wychodzi dla niektórych punktów pomiarowych tak niewielki, że aż trudno go zaznaczyć na wykresie. Z kolei błąd dla woltomierza wynoszący dV = 0,001 V jest praktycznie nie do zaznaczenia.

Wydaje mi się, że ciekawym doświadczeniem mogłoby być szeregowe lub równoległe połączenie różnych badanych elementów i sprawdzenie jak wówczas wygląda charakterystyka prądowo napięciowa takiego układu.

---