Krzysztof Wudarczyk GR. 4

TRiL

Temat: Sprawdzenie prawa Ohma.

1.Cel ćwiczenia.

Ćwiczenie miało na celu zbadanie zależności prądu i napięcia dla materiałów spełniających i nie spełniających prawa Ohma.

2. Wiadomości teoretyczne.

Wykres zależności natężenia prądu płynącego w przewodniku metalicznym od napięcia przykładanego do przewodnika ma postać linii prostej. Oznacza to, że opór tego przewodnika definiowany jest jako stosunek napięcia do natężenia prądu, jest stały, niezależnie od wielkości napięcia.

R = = const

Ten ważny wynik, który obowiązuje dla przewodników metalicznych nosi nazwę prawa Ohma. Prawo Ohma słuszne jest tylko dla niewielkich natężeń prądu - takich które nie wywołują dającego się zauważyć ogrzewania przewodnika. Wiele przewodników nie spełnia prawa Ohma, przykładem może być termistor. Charakterystyka U(I) termistora nie jest prostoliniowa.

Elementy charakteryzujące się pewną wartością oporu - oporniki(rezystory) łączy się w bardziej skomplikowane układy. Najprostsze z nich to połączenie szeregowe i równoległe. Na podstawie praw Kirchhoffa można uzasadnić, że opór łączny R połączenia szeregowego oporników R1 i R2 jest równy ich sumie. W przypadku połączenia równoległego, odwrotność oporu łącznego jest sumą odwrotności oporów składowych.

Ad a) Połączenie szeregowe: R=R1+R2

Ad b) Połączenie równoległe: 1/R=1/R1+1/R2

3.Wykonanie ćwiczenia:

a) wyznaczenie oporu przewodnika metalicznego.

Należy podłączyć wzmacniacz mocy do analogowego kanału A interfejsu, następnie należy umieścić opornik między dwiema sprężynkami, znajdującymi się w pobliżu gniazd podłączeniowych. Kolejnym krokiem jest połączenie wzmacniacza mocy z badanym opornikiem.

Doświadczenie realizowane jest w poniższym układzie pomiarowym:

Po włączeniu interfejsu i komputera należy uruchomić program Sciense Workshop, a następnie otworzyć dokument P40_OHM.SWS. W ćwiczeniu P40 generator sygnału jest ustawiony na napięcie trójkątne zmienne, o amplitudzie 2,97 V i częstotliwości 60 Hz. Wybrana opcja AUTO oznacza że pomiary rozpoczynają się automatycznie po naciśnięciu przycisku REC lub MON, a kończą się po naciśnięciu STOP. Następnie należy ustawić częstość pomiaru na 4000 Hz .

Aby dokonać przebieg i rejestrację pomiarów dla opornika 1 należy najpierw włączyć wzmacniacz mocy a następnie w oknie P40 nacisnąć na przycisk MON, co oznacza rozpoczęcie pomiarów. Po kilku sekundach od pojawienia się w oknie oscyloskopu przebiegu zależności napięcia od natężenia prądu należy nacisnąć STOP, po czym wyłączyć wzmacniacz mocy.

Identyczne pomiary należy wykonać dla drugiego opornika 2 a następnie dla badanych oporów, gdy są one połączone szeregowo - Rs i równolegle - Rr.

Wyniki pomiarów są następujące:

• opornik 1. - 31.3 Ω

• opornik 2. - 10.5 Ω

• Połączenie szeregowe - 44 Ω

• Połączenie równoległe - 7.9 Ω

Wyliczanie wartości oporów wypadkowych Ros; Ror według wzorów:

Połączenie szeregowe: Ros=R1+R2

Połączenie równoległe: 1/Ror=1/R1+1/R2

* Opór obliczony Ω dla połączenia szeregowego Ros=R1+R2 gdzie

R1=31.3 Ω

R2=10.5 Ω

Ros= 31.3 Ω+10.5 Ω= 41.8 Ω

* Opór obliczony Ω dla połączenia równoległego 1/Ror=1/R2+1/R2 gdzie:

R1=31.3 Ω

R2=10.5 Ω

1/Ror=1/31,3+1/10,5=1/0,0319+0,0952=1/0.1271=7,868 Ω=Ror

Porównanie zmierzonych wartości z wartościami obliczonymi:

Obliczamy procentową różnicę pomiędzy wartością oporu wypadkowego R, wyznaczoną na podstawie wykresu i obliczoną Ro.

Bp=|R-R0|/R0·100%

Bp=|R-Ros|/Ros·100%

Bp=|44Ω-41,8Ω|/41,8Ω·100%=2,2Ω/41,8Ω·100%=5,26%

Bp=|R-Ror|/Ror·100%

Bp=|7,9Ω-7,868Ω|/7,868Ω·100%=0,032Ω/7,868Ω·100%

Bp=0,4 %

b) obliczanie oporu włókna żarówki

Aby dokonać pomiaru oporu włókna żarówki należy najpierw połączyć za pomocą dwóch drutów sprężynki znajdujące się w pobliżu gniazd bananowych ze sprężynkami znajdującymi się powyżej i poniżej żarówki na napięcie 3V, a następnie połączyć wzmacniacz mocy z gniazdami bananowymi.

Doświadczenie realizowane jest w poniższym układzie pomiarowym:

• Pomiar oporu włókna żarówki zasilanego prądem o częstotliwości 60 Hz.

Ustawienie komputera pozostaje bez zmian. Dokonując pomiaru oporu włókna żarówki powtarzam wszystkie czynności jakie wykonywałam przy pomiarze oporu przewodnika metalicznego.

• Pomiar oporu włókna żarówki zasilanego prądem o częstotliwości 0,3 Hz.

W tej części doświadczenia należy zmienić w oknie generatora sygnału wartość amplitudy na 2,5 a także wartość częstotliwości na o,3 Hz. Oprócz tego również należy zmienić czułość osi poziomej na 500ms/div (500 ms na podziałkę). Aby to zrobić trzeba za pomocą menu wejściowego osi poziomej przejść z kanału A na czas, a następnie po dokonaniu zmian, wrócić ponownie do kanału A.

Przebieg i rejestracja pomiarów włókna żarówki przy częstotliwościach 60 Hz i 0,3 Hz odbywa się tak samo jak w przypadku pomiaru oporników.

Opór włókna żarówki zasilanego prądem o częstotliwości 60 Hz odpowiednio z obliczeń wynosi R = 6.3 Ω

Wartość maksymalna i minimalna oporu włókna żarówki przy częstotliwości 0,3 Hz prądu zasilającego wynosi odpowiednio:

1. Opór maksymalny = 8.165 Ω

2. Opór minimalny = 2.25 Ω

5. Wnioski.

Opór przewodnika metalicznego zależy od temperatury, można to stwierdzić podczas mierzenia oporu żarówki. Przy wysokich częstotliwościach prądu zmiennego zasilającego żarówkę, włókno żarówki ma prawie stałą temperaturę, ponieważ zmiany natężenia prądu zachodzą zbyt szybko, aby temperatura mogła się zmieniać. Przy niskich częstotliwościach poniżej 1 Hz, następują zmiany temperatury włókna żarówki w czasie cyklu zmiany natężenia prądu, czego konsekwencją są zmiany oporników.

5

U

I

---