Sprawozdanie z ćwiczenia nr p40

Temat: Sprawdzanie prawa Ohma.

Wstęp teoretyczny

Celem tego ćwiczenia jest badanie zależności prądu i napięcia dla materiałów spełniających i nie spełniających prawa Ohma.

Opór przewodnika definiowany jest jako stosunek napięcia do natężenia prądu: R = U / I = const

Jest on stały, niezależnie od wielkości napięcia.

Wzór ten obowiązuje dla przewodników metalicznych i nosi nazwę prawa Ohma.

Zakładamy, że temperatura przewodnika w czasie wykonywania ćwiczenia jest stała. Tak więc prawo Ohma słuszne jest tylko dla niewielkich natężeń prądu - takich, które nie wywołują dającego się zauważyć ogrzewania przwodnika. Dla małych natężeń prądu, niewielkie ilości ciepła oddawane są otoczeniu, wskutek czego temperatura przewodnika zmienia się nieznacznie. Gdy natężenie prądu wzrasta, diże ilości ciepła nie mogą być już w całości przekazane otoczeniu i temperatura przewodnika wzrasta, co pociąga za sobą zmianę oporu.

Wiele przewodników nie spełnia prawa Ohma. Przykładem może być termistor. Jest to półprzewodnik, którego opór maleje bardzo szybko wraz ze wzrostem temperatury.

Opór przewodnika metalicznego zależy od temperatury. Można to stwierdzić mierząc opór 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. W związku z tym opór żarówki nie zmienia się. Przy niskich częstotliwościach, poniżej 1 Hz, nastepują zmiany temperatury włókna żarówki w czasie cyklu zmiany natężenia prądu, czego konsekwencją są zmiany oporności.

Oporniki, czyli elementy charakteryzujące się pewną wartością oporu, łączy się w skomplikowane układy - najprostsze z tych połączeń, to połączenie szeregowe i równoległe. Na podstawie praw Kirchhoffa można uzasadnić, że opo łączny R połączenia szeregowego oporów R1 i R2 jest równy ich sumie. W przypadku połączenia równoległego, odwrotność oporu łącznego jest sumą odwrotności oporów składowych.

Połączenie szeregowe: R = R1 + R2

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

Wykonanie ćwiczenia

• Opór przewodnika metalicznego:

1. podłączam wzmacniacz mocy do analogowego kanału A interfejsu

2. umieszczam opornik między dwiema sprężynkami, znajdującymi się w pobliżu

gniazd podłączeniowych.

3. łączę przewodami wzmacniacz mocy z gniazdami bananowymi.

4. włączam interfejs i komputer.

5. uruchamiam program operacyjny Windows i program Science Workshop.

Otwieram dokument P40_OHM.SWS.

6. dalej postepuję wg instrukcji podanej w ćwiczeniu, dotyczącej wyznaczenia oporu

przewodnika metalicznego (przeprowadzam pomiar zależności napięcia od

natężenia prądu)

7. dokonuje pomiarów dla R1, R2 a następnie dla badanych oporów, gdy są one

podłączone szeregowo - Rs i równolegle - Rr.

8. obliczam wartości oporów wypadkowych - Ros, Ror.

9. obliczam procentową różnicę pomiędzy wartością oporu wypadkowego R i

obliczoną Ro.

• Opór włókna żarówki:

1. usuwam opornik z układu.

2. używając 2 drutów łącze sprężynki znajdujące się w pobliżu gniazd bananowych ze

sprężynkami znajdującymi się się powyżej i poniżej żarówki na napięcie 3V.

3. łącze wzmacniacz mocy z gniazdami bananowymi.

4. zmieniam amplitudę i częstotliwość napięcia.

5. przy tym pomiarze powtarzam czynności które wykonałam przy pomiarze oporu

metalicznego.

6. odczytuje z wykresu wartość maksymalną i minimalną oporu.

Analiza wyników

Wyznaczanie oporu:

R1 = 21,04774

R2 = 10,07799

Rs = 30,95788

Rr = 6,89157

Opór obliczony: Rs = 31,12573

Rr = 6,81491

Różnica procentowa: dla Rs, Bp = 0,6 %

dla Rr, Bp = 1,2 %

Opór włókna żarówki:

przy częstotliwości 60 Hz, R = 12,82941

przy częstotliwości 0,3 Hz, Rmin. = 12,39723

Rmax = 13,54854

Wnioski

Celem ćwiczenia było zbadanie zależności prądu i napięcia dla materiałów spełniających i niespełniających prawa Ohma.

---