Nr ćwiczenia: 5	Temat ćwiczenia: Badanie zależności użytecznej od obciążenia	Ocena z teorii:
Nr zespołu: 5	Imię i nazwisko: Paweł Sokołowski	Ocena z zal. ćwiczenia:
Data: 29.02.2008	Wydział, rok, grupa: EAIiE, EiT, grupa 8	Uwagi:

Cel ćwiczenia

Pomiar natężenia prądu w obwodzie i napięcia na oporności obciążenia w zależności od wartości oporności obciążenia, wyznaczenie mocy użytecznej w funkcji obciążenia, interpretacja uzyskanych wyników, wyliczenie oporności wewnętrznej źródła.

Teoria

Aby w obwodzie elektrycznym utrzymać prąd, potrzebujemy źródła energii elektrycznej. Przykładami takich źródeł są: baterie, generatory elektryczne. Źródła te są źródłami siły elektromotorycznej (SEM). Urządzenia takie przetwarzają inne energie (chemiczna, mechaniczna) na energię elektryczną.

SEM określa energię elektryczną przekazywaną jednostkowemu ładunkowi w źródle SEM. Miarą SEM jest napięcie (1[V]) na biegunach źródła prądu w warunkach, kiedy przez ogniwo nie płynie prąd (ogniwo otwarte). Natomiast, gdy czerpiemy prąd ze źródła, napięcie między jego elektrodami zwane też napięciem zasilania maleje wraz ze wzrostem pobieranego z niego prądu. Wynika to z tego, że każde rzeczywiste źródło napięcia posiada własny opór wewnętrzny. Napięcie zasilania jest, zatem mniejsze od SEM o spadek napięcia na oprze wewnętrznym.

Schemat obwodu prądu stałego jest pokazany na rysunku poniżej:

Linią przerywaną zaznaczono rzeczywiste źródło prądu, czyli źródło SEM oraz opór wewnętrzny źródła. Opornik R przedstawia odbiornik mocy nazywany obciążeniem (np. żarówka, czajnik elektryczny, głośnik), a U jest napięciem zasilania. Przyjmujemy także, że woltomierz ma bardzo duży opór, więc można pominąć prąd, który przez niego popłynie. Podobnie postępujemy z amperomierzem, czyli przyjmujemy, że jego opór jest bardzo mały, zatem nie będzie on miał wpływu na napięcie między zaciskami źródła. Przyjmujemy także, że oba te elementy nie pobierają żadnej energii od źródła napięcia.

Prawami, z których będziemy korzystać są: II prawo Kirchoffa oraz prawo Ohma. Pierwsze prawo mówi, że algebraiczna suma napięć na elementach w dowolnym obwodzie zamkniętym jest równa zeru. Drugie prawo mówi, że stosunek napięcia przyłożonego do końców przewodnika do natężenia prądu, który płynie przez ten przewodnik jest dla danego przewodnika (w danej temperaturze) wielkością stałą równą oporności tego przewodnika.

Prawo Ohma dla prądu zmiennego:

Stosunek wskazu napięcia do wskazu natężenia jest wielkością stałą (w danej temperaturze, ciśnieniu, itp.) równą, co do wartości reaktancji danego elementu obwodu: X=U/I, gdzie U wskaz napięcia U=U_m e^iωt+α, I wskaz natężenia I=I_m e^iωt+α, X - w zależności od elementu: rezystor X=R, kondensator X_C=-i/ωC, indukcyjność X_L=iωL.

Oporność źródła:

Na ogół chcemy, aby źródło miało jak najmniejszy opór, ponieważ będziemy mieli wtedy małe straty energii. Niestety źródła takie są niebezpieczne w momencie wystąpienia zwarcia, gdyż popłynie wtedy duży prąd (np. akumulator samochodowy). Oczywiście korzystamy ze źródeł o dużym oporze wewnętrznym (np. baterie AA - R6, czyli tradycyjne „paluszki”). Są one w miarę bezpieczne w przypadku zwarcia, a straty energii na ich oporze są niewielkie, ponieważ pobierany z nich prąd jest mały.

Klasa dokładności przyrządów pomiarowych.

Miarą dokładności przyrządu jest klasa, którą definiujemy następująco: Klasa przyrządu k jest to wyrażony w procentach stosunek systematycznej niepewności pomiarowej (wynikającej z cechowania przyrządu) ∆_k x do zakresu pomiarowego Z: k=(∆_k x/Z) 100%. Błąd pomiaru wyliczamy ze wzoru: ∆x= zakres * (klasa / 100)

Wykonanie ćwiczenia

Zestawiamy obwód przestawiony na schemacie powyżej. Ustawiamy zakres pracy woltomierza na 3V, a amperomierza na 0,3 A. Opornik ustawiamy w żądanym położeniu (zaczynając od maksymalnego oporu) i zamykamy obwód. Odczytujemy wartości napięcia i natężenia prądu i wpisujemy je do tabeli.

I [mA]	U [V]	R [Ω]	Pu [mW]	P [mW]	η	R/r

---