TEMAT : BADANIE OBWODU PRĄDU STAŁEGO

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest:

- sprawdzenie słuszności prawa Ohma oraz prądowego i napięciowego prawa Kirchhoffa,

- sprawdzenie słuszności wzorów na rezystancję zastępczą układu rezystorów,

- wyrobienie umiejętności łączenia obwodów rozgałęzionych oraz rysowania wykresów.

Wprowadzenie

Obwód to także połączenie ze sobą elementów, że istnieje co najmniej jedna droga zamknięta dla przepływu prądu. Obwód nazywamy nierozgałęzionym jeżeli składa się z jednej gałęzi. Gałąź to część obwodu przez, którą przepływa ten sam prąd, jest to połączenie między węzłami. Obwód nazywamy rozgałęzionym jeżeli posiada więcej niż jedna gałąź. Elementy obwodu elektrycznego można podzielić na:

-aktywne, to te które oddają energię elektryczną

-pasywne, to te które pobierają energię elektryczną

Prawo Ohma: Prąd „I” płynący przez przewodnik o rezystancji „R” jest wprost proporcjonalny do przyłożonego do jego końców napięcia i odwrotnie proporcjonalny do rezystancji „R” przewodnika

I Prawo Kirchhoffa: Suma algebraiczna prądów w węźle obwodu prądu stałego jest równa zero.

II Prawo Kirchhoffa: Suma algebraiczna napięć w oczku obwodu prądu stałego jest równa zero.

Szeregowe połączenie rezystorów.

Przy szeregowym połączeniu rezystorów rezystancja zastępcza „R₂” jest równa sumie rezystancji składowych.

Równoległe połączenie rezystorów

Przy równoległym połączeniu rezystorów odwrotność rezystancji zastępczej równa się sumie odwrotności rezystancji składowych.

Dla dwóch rezystorów połączonych równolegle

Zadania pomiarowe

1. Sprawdzenie słuszności prawa Ohma.

1. Połączyć układ pomiarowy wg rys.1.
2. Zmieniając pozycję suwaka rezystora R_S wykonać pomiary napięcia i natężenia prądu w
obwodzie ( wartość rezystancji R poda prowadzący zajęcia ).

3. Pomiary powtórzyć dla rezystancji R dwukrotnie większej.
4. Wyniki pomiarów zapisać w tabeli nr 1.

UWAGA - pomiary wykonywać na odpowiednio dobranych zakresach pomiarowych
mierników,

- zwrócić uwagę, aby nie przekroczyć dopuszczalnej wartości prądu rezystora
dekadowego R podanej na jego obudowie.

2. Sprawdzenie słuszności praw Kirchhoffa.

1. Połączyć układ pomiarowy wg rys.2.
2. Dla jednej wartości prądu I nastawionej suwakiem rezystora R_S zmierzyć wartości prądów
I₁ i I₂ oraz napięć U_AB,U_BC,U_AC .
3. Zmienić wartość prądu I rezystorem suwakowym R_S i powtórzyć pomiary jak wyżej.
4. Zmienić sposób połączenia rezystorów w układzie pomiarowym i powtórzyć pomiary.

5. Wyniki pomiarów zapisać w tabeli nr 2.

UWAGA - pomiary wykonywać na odpowiednio dobranych zakresach pomiarowych
mierników,
- zwrócić uwagę, aby nie przekroczyć prądów dopuszczalnych rezystorów
dekadowych R₁,R₂,R₃.

Oznaczenia

U_AB,U_BC,U_AC - pomiary napięcia pomiędzy punktami A-B, B-C, A-C,

R₁',R₂',R₃' - obliczone z prawa Ohma wartości rezystancji R₁,R₂,R₃,
R_AB',R_AC' - obliczone z prawa Ohma wartości rezystancji zastępczych R_AB i R_AC między
punktami A-B i A-C,

UWAGA - zwrócić uwagę, aby w obliczeniach podstawić właściwą wartość napięcia i
prądu.

Schematy układów pomiarowych

Rys.1. Schemat układu pomiarowego do sprawdzenia słuszności prawa Ohma.

Rys.2. Schemat układu pomiarowego do sprawdzenia słuszności praw Kirchhoffa.

Tabele pomiarowe

tabela nr 1

L.p.	R	U	I	R=U/I
---	Ω	V	mA	Ω
1	R=_____
2
3
4
5
6
7
1		R=_____
2
3
4
5
6
7

tabela nr 2

Konfiguracja obwodu

I1

I2

I

UAB

UBC

UAC

R1'

R2'

R3'

R'AB

RAC'

---

mA

mA

mA

V

V

V

Ω

Ω

Ω

Ω

Ω

(R1 R2) + R3

(R1 R3) + R2

(R2 R3) + R1

Teoretyczne wartości rezystancji odczytane z rezystorów dekadowych oraz zastępcze całego obwodu ( obliczone ).

tabela nr 3

R1=	R2=	R3=
(R1 R2) + R3	(R1 R3) + R2	(R2 R3) + R1

Opracowanie wyników

1. Sprawdzenie słuszności prawa Ohma.

- dla obu badanych rezystorów wykreślić wykres napięcia w funkcji prądu [ U =f(I) ] ;
najlepiej na jednym układzie współrzędnych,

- czy kształt wykresów odpowiada założeniom teoretycznym?

- czy (i w jaki sposób) wykonane pomiary i obliczenia oraz wykreślone wykresy
potwierdzają słuszność prawa Ohma?

- co jest przyczyną różnic między obliczonymi wartościami rezystancji a ich wartościami
nastawionymi na rezystorze dekadowym?

2. Sprawdzenie słuszności praw Kirchhoffa.

- na podstawie otrzymanych wyników pomiarów obliczyć wartości rezystancji R₁',R₂',R₃'
oraz rezystancje zastępcze R_AB', R_AC',
- czy (i w jaki sposób) wykonane pomiary i obliczenia potwierdzają słuszność praw
Kirchhoffa?

- co jest przyczyną różnic między obliczonymi wartościami rezystancji, a ich wartościami
nastawionymi na rezystorach dekadowych?
- porównać obliczone wartości rezystancji zastępczych pomiędzy punktami A-C
z wartościami teoretycznymi i wyjaśnić ewentualne różnice.

Pytania kontrolne:

1. Podaj brzmienie Prawa Ohma i Praw Kirchhoffa

2. Narysuj wykres U = f(I), ilustrujący prawo Ohma; podaj jego interpretację.

3. Narysuj (opisz rolę poszczególnych elementów) układ do sprawdzania słuszności prawa Ohma.

4. Narysuj (opisz rolę poszczególnych elementów) układ do sprawdzania słuszności praw Kirchhoffa.

5. Omów znaczenie poszczególnych wielkości występujących w tabelach pomiarowych.

A

V

+

zasilacz
DC

_

R

A₁

A₂

A₃

+

zasilacz
DC

_

I₁

I₂

I

R₁

R₂

R₃

A

B

C

I

R

U

I₄

I₅

I₁

I₂

I₃

1

R₁

E₁

R₄

I₄

I₂

R₂

E₂

2

3

4

I₃

R₃

E₃

R₁

R₂

R₃

R₂

R₁

R₂

R₃

R₂

---