Elek- Sprawdzanie Uogulnionego Prawa Ohma, Sprawozdania - Fizyka


POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA

KATEDRA FIZYKI

LABORATORIUM Z PRZETWORNIKÓW

ELEKTRYCZNYCH

TEMAT: SPRAWDZENIE UOGÓLNIONEGO PRAWA OHMA

WSTĘP TEORETYCZNY

Do trwałego utrzymania przepływu prądu elektrycznego w przewodniku powinny być spełnione dwa warunki:

-powinna istnieć zamknięta droga, po której mógłby płynąć prąd elektryczny;

-powinno występować napięcie, czyli różnica potencjałów która by przenosiła „dodatnie” ładunki elektryczne z końca przewodu o niższym potencjale na drugi koniec przewodu o wyższym potencjale.

W obwodach prądu stałego prądy i napięcia są stałe w czasie. W teorii obwodów elektrycznych stosuje się następujące podstawowe prawa umożliwiające obliczanie rozpływu prądów:

-pierwsze prawo Ohma podaje związek zachodzący między trzema wielkościami skalarnymi I, U, R występującymi przy przepływie prądu stałego przez przewodnik;

-drugie prawo Ohma (tzw. uogólnione prawo Ohma) mówi, że natężenie prądu płynącego w zamkniętym obwodzie elektrycznym nierozgałęzionym jest wprost proporcjonalne do sumy algebraicznej napięć źródłowych występujących w tym obwodzie, a odwrotnie proporcjonalne do sumy rezystancji całego obwodu

Drugie prawo Ohma służy do obliczania natężenia prądu w nierozgałezionym obwodzie elektrycznym zawierającym elementy aktywne i pasywne (źródła napięcia i odbiorniki energii);

-pierwsze prawo Kirchhoffa (suma prądów dopływających do węzła obwodu elektrycznego, rozgałęzionego równa się sumie prądów odpływających z tego węzła)

Ogniwa elektrochemiczne.

Jony metalu zanurzonego w elektrolicie wykazują tendencję do przechodzenia do elektrolitu i na odwrót jony elektrolitu mają tendencję do przechodzenia do metalu. Jony metalu są dodatnie. Jeżeli zatem więcej jonów przechodzi z metalu do elektrolitu niż odwrotnie, metal wykazuje na powierzchni styczności z elektrolitem ładunek ujemny, a elektrolit ładunek dodatni. Szybko ustala się stan równowagi, metal przyjmuje potencjał niższy niż potencjał elektrolitu, a powstająca różnica potencjałów hamuje dalsze przechodzenie jonów. Powstałe w ten sposób źródło napięcia nazywamy ogniwem elektrochemicznym. Obecnie w ogniwach elektrodę ujemną wykonuje się cynku a elektrodę dodatnią z węgla retorowego. Jako elektrolit służy roztwór wodny salmiaku tj. chlorku amonu (NH4Cl) - ogniwo Leclanchego. Siła elektromotoryczna jednego ogniwo wynosi 1,5V ; zależy od rodzaju elektrod i elektrolitu, ale nie zależy od wymiarów elektrod. Im większe są wymiary ogniwa, tym mniejsza jest jego rezystancja wewnętrzna, tym większy prąd można z niego czerpać w określonym czasie. Rezystancja wewnętrzna ogniwa zwiększa się w miarę jego zużywania się.

SEM jest to maksymalna wartość różnicy potencjałów między zaciskami ogniwa, występująca wtedy, gdy prąd przez ogniwo nie płynie. Z takiego określenia SEM wynikają bezpośrednio trudności jej pomiaru. Używając do pomiaru różnicy potencjałów między zaciskami jakiegokolwiek woltomierza (prócz elektrostatycznego), powodujemy przepływ prądu przez ogniwo a więc pomiar ten jest pomiarem napięcia, nie zaś SEM. Pomiar ten daje wynik tym bliższy SEM, im większy jest opór wewnętrzny woltomierza. Pomiaru siły elektromotorycznej dokonać można metodą kompensacji.

Prądem zwarcia nazywamy prąd, jaki popłynie jeżeli zewrzemy dodatni biegun z ujemnym ogniwa i jest równy:

Układ pomiarowy

0x01 graphic

1. Pomiary włączonego dla ogniwa w kierunku ładowania.

L.p.

U[V]

I[mA]

1

5

5,9

2

4.5

5,15

3

4

4,4

4

3.5

3,5

5

3

2,6

6

2.5

1,85

7

2

1

8

1,5

0,2

8

1.4

0

Rodzaj miernika

Woltomierz

Amperomierz

klasa miernika

0.5

0.5

zakres pomiarowy

7.5V

7.5mA

wartość najmniejszej działki

0.1V

0.1mA

2. Pomiary dla ogniwa włączonego w kierunku rozładowania.

L.p.

U[V]

I[mA]

1

0.1

1,75

2

0.2

2

3

0.3

2,1

4

0.4

2,25

5

0.5

2,375

6

0.6

2,5

7

0.7

2,625

8

0.8

2,25

9

0.9

2,875

10

1

3

11

1,1

3,125

12

1,2

3,25

13

1,3

3,35

14

1,4

3,5

15

1,5

3,625

Rodzaj miernika

Woltomierz

Amperomierz

klasa miernika

0.5

0.5

zakres pomiarowy

3V

7.5mA

wartość najmniejsza działki

0.05V

0.1mA

OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIAROWYH

1.Wykres funkcji U=f(I) dla kierunku ładowania i rozładowania.

0x01 graphic

2. Wartości SEM wynoszą :

a) dla kierunku ładowania ogniwa E = 1.4V

b) dla kierunku rozładowania ogniwa E = 1.3V

c) wartość średnia SEM:

Eśr = = 1.35V

3.Opór wewnętrzny ogniwa obliczamy ze wzoru:

R=RZ + RW

gdzie:

RZ = 400Ω opór zewnętrzny

RW - szukany opór wewnętrzny

R = tg α , α - kąt nachylenia prostej U = f (I) do osi I

a) dla kierunku ładowania ogniwa

R = tg α tg α = = = 610,1 []= Ω

α =89o9'

RW = R - RZ = 610,1- 400 = 210,1 Ω

b) dla kierunku rozładowania ogniwa

R = tg α tg α = = = 800 []= Ω

α = 89o9'

RW = R - RZ = 800 - 400 = 400 Ω

4. Prąd zwarcia.

IZ =

a) dla kierunku ładowania ogniwa

IZ = = 6,66⋅10-3 [A]

b) dla kierunku rozładowania ogniwa

IZ = = 3,25⋅10-3 [A]

5.Rachunek błędów.

ε -błąd względny

Δ - błąd bezwzględny

I) dla kierunku ładowania ogniwa.

a)Δ E = + ⋅0.1 = 0.0875

ε E = ⋅ 100% = 6,25%

b) RW = R-R­Z RZ = 400 Ω - stałe, błąd jest równy zero

ΔRW = ΔR =( )'= ||⋅|ΔU| + ||⋅|ΔU| + ||⋅|ΔI| + +||⋅|ΔI| = ⋅ 0.0875 +  ⋅ 0.0875 + ⋅ 0.0000875 + ⋅ 0.0000875 = 29,7

ε RW = ⋅ 100% = 14,1%

c) IZ =

Δ IZ =⋅ Δ E + ⋅ Δ RW= ⋅ 0.0875 + 29,7 = 0.0013

ε IZ = ⋅ 100% = 18,3%

Wynik

Błąd względny

Jednostka

Błąd

bezwzględny

E

1.5

6,25%

V

0.0875

RW

122.4

14,1%

Ω

29,7

IZ

12.25⋅10-3

18,3%

A

0.0013

II) dla kierunku rozładowania ogniwa.

Wynik

Błąd względny

Jednostka

Błąd

bezwzględny

E

1.3

1,25%

V

0.0175

RW

314.3

4,7%

Ω

18,72

IZ

4.14⋅10-3

0,52%

A

0.0002076

WNIOSKI

Ćwiczenie to ma zadanie sprawdzić uogólnione prawo Ohma, które mówi, że natężenie prądu płynącego w zamkniętym obwodzie elektrycznym nierozgałęzionym jest wprost proporcjonalne do sumy algebraicznej napięć źródłowych występujących w tym obwodzie, a odwrotnie proporcjonalne do sumy rezystancji całego obwodu.

Z wykresu jest widoczne, że dla układu z połączoną baterią w kierunku ładowania siła elektromotoryczna baterii „przeciwstawia” się sile elektromotorycznej prostownika do wartości SEM prostownika 1.5V

i wtedy w obwodzie nie płynie prąd. Dopiero po przekroczeniu 1.5V SEM prostownika wymusza przepływ prądu, co widać na amperomierzu.

Natomiast dla baterii, która jest włączona do układu w kierunku rozładowania można odczytać z wykresu, że dla SEM źródła równego zero, w układzie płynie prąd wywołany SEM baterii. Kiedy pojawia się SEM na zaciskach prostownika prąd w układzie zaczyna rosnąć, co wskazuje amperomierz, a wywołane jest to tym, że siły elektromotoryczne prostownika i baterii się sumują.

Zależność U = f ( I ) jest charakterystyką liniową, ponieważ te wielkości fizyczne są stałe w czasie. Punkty charakterystyki minimalnie odbiegają od prostej, ponieważ spowodowane to jest błędami paralaksy, niedokładnością przyrządów pomiarowych, rezystancją przewodów oraz rezystancją styków na przyrządach.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Sprawdzenie prawa ohma3, Sprawozdania - Fizyka
Sprawdzenie uogólnionego prawa Ohma
EL SPRAWDZENIE UOGÓLNIONEGO PRAWA OHMA
SPRAWDZENIE UOGÓLNIONEGO PRAWA OHMA
Elek- Pomiar SzybkościI Wyjściowej Elektronów, Sprawozdania - Fizyka
Elek- Badanie sprzężonych obwodów rezonansowyh, Sprawozdania - Fizyka
Elek- Badanie sprzężonych obwodów rezonansowyh 3, Sprawozdania - Fizyka
Pomiary oporu przewodników na podstawie prawa Ohma, Pollub MiBM, fizyka sprawozdania
Sprawdzenie prawa ohma elektrycznego., studia, fizyka
SPRAWDZENIE PRAWA OHMA DLA PRĄDU PRZEMIENNEGO, Budownictwo, s
Sprawdzenie prawa Ohma dla prądu przemiennego(1), fizyka(14)
PRAWO OHMA DLA PRĄDU PRZEMIENNEGO, Budownictwo, semestr 2, fizyka 2 laboratorium, Sprawdzenie prawa
Sprawdzenie prawa Ohma, Wydział
sprawdzenie prawa ohma, SPRAWDZENIE PRAWA OHMA
Sprawdzanie prawa Ohma dla prądu przemiennego3, Wroc˙aw , 94.10.12

więcej podobnych podstron