LABORATORIUM

ELEKTROTECHNIKI I ELEKTRONIKI

Temat ćwiczenia : METODY ROZWIĄZYWANIA OBWODÓW PRĄDU STAŁEGO

Opracował:

Dawid Szumilas

Grzegorz Giolda

Krzysztof Chudy

Andrzej Pępkowski

Łukasz Szot

1.Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zastosowanie prawa Ohma w analizie teoretycznej obwodu prądu stałego i praktyczne jego sprawdzenie na przykładzie wykorzystania go przy pomiarach dużych i małych rezystancji obwodów prądu stałego.

2.Teoria

2.1 Mikroskopowa teoria przewodnictwa

2.2 Prawo Ohma

2.3 Prawa Kirchoffa

3.Wykonanie ćwiczenia

3.1 Sprawdzanie prawa Ohma

3.2 Metoda techniczna pomiaru rezystancji

1. Pomiar dużych rezystancji

2. Pomiar małych rezystancji

Ad. 2.1 Mikroskopowa teoria przewodnictwa.

Metale są pierwiastkami wyraźnie dodatnimi, których atomy posiadają jeden, lub dwa elektrony walencyjne (takie, które łatwo oderwać od atomu macierzystego). Budowę metalu wyobrażamy sobie jako sieć krystaliczną. W węzłach sieci umieszczone są dodatnie jony - atomy po oderwaniu elektronów, natomiast wokół dodatnie naładowanych jonów swobodnie krążą elektrony przewodnictwa. Jeżeli tak zbudowany przewodnik umieścimy w polu elektrycznym, to na bezładny ruch elektronów nałoży się uporządkowany ruch zgodny z kierunkiem linii sił pola. Popłynie prąd elektryczny. Elektrony nie poruszają się tak zupełnie swobodnie, ale napotykają na swojej drodze dodatnio naładowane jony i oddziaływają z nimi. Wynikiem tego oddziaływania jest zjawisko oporu elektrycznego. Jony w sieci nie są zupełnie nieruchome, a drgają drganiami cieplnymi. Im temperatura przewodnika jest wyższa tym drgania cieplne jonów mają większe amplitudy. Im bardziej drgają jony tym opór ruchu elektronów jest większy. Widzimy zatem bezpośredni związek między temperaturą a oporem przewodnika.

Ad. 2.2 Prawo Ohma.

Wielkość napięcia między końcami przewodu przez który płynie prąd jest proporcjonalna do wartości natężenia płynącego prądu i wielkości rezystancji tego przewodnika

U = I•R

Przewodnik spełnia prawo Ohma, jeżeli wykres zależności I=I(U) jest linią prostą, tzn. kiedy R nie zależy od U . Powyższa zależność jest ogólną definicją oporu przewodnika i jest spełniona bez względu na to czy przewodnik spełnia prawo Ohma, czy też nie. Prawo Ohma spełniają tylko niektóre przewodniki i nie stanowi ono ogólnego prawa elektromagnetyzmu, jak np. prawo Gaussa, czy prawo Coulomba.

Ad 2.3 Prawa Kirchoffa.

I prawo Kirchoffa : Suma natężeń prądów wpływających do węzła równa jest sumie prądów wypływających z węzła.

i₁+i₂=i₃

II prawo Kirchoffa : Algebraiczna suma spadków potencjałów w czasie obiegu oczka musi być równa zeru.

i₁R₁+ i₂R₂ +i₃R₃=0₃

Rysunek 1. Układ pomiarowy do sprawdzenia praw Kirchoffa (które to prawo?)

Element nieliniowy - żarówka

Wykonaliśmy układ według schematu przedstawionego na rysunku 2 ( w miejscu opornika żarówka) . Dla różnych wartości napięcia w obwodzie mierzyliśmy natężenie prądu płynącego w obwodzie. Otrzymane dane zamieszczono w tabeli 2.

Tabela 2.

Napięcie [V]	0,5	1	1,5	2	2,5	3	3,5	4	4,5	5	5,5	6	6,5	7
Natężenie[mA]	15,4	24,1	31,6	37,9	40,7	50,4	55,2	60,4	65,5	70,2	74,9	79,2	83,8	87,7
R [Ω]	35,7	41,6	48,39	54,05	62,5	60	63,63	66,67	69,23	71,43	74,32	75,95	78,34	80,46
δ

Napięcie [V]	7,5	8	8,5	9	9,5	10	11	11,5	12	12,5	13	13,5	14	14,5
Natężenie[mA]	91,7	95,1	98,9	102,8	106,8	110,1	113,8	117,4	123,5	126,5	129,9	132,8	136	139,3

R [Ω]	82,4	84,2	86,73	88,23	89,62	90,9	97,34	98,3	97,56	99,2	100,8	102,27	102,94	104,32
δ

Na podstawie danych zgromadzonych w tabeli 2. rysujemy wykres.

Wykres2: Charakterystyka prądowo napięciowa

Ad.3.2 b) Metoda techniczna pomiaru rezystancji - pomiar dużych rezystancji

W celu dokonania pomiaru dużych rezystancji montujemy układ jak na rysunku 3.

Z mierników odczytujemy wartość napięcia i prądu w układzie. Wartość rezystancji obliczamy w następujący sposób.

Rysunek 3.

Według schematu przedstawionego na rysunku 3, dla różnych wartości napięcia w obwodzie mierzyliśmy natężenie prądu płynącego w obwodzie. Otrzymane dane zamieszczono w

tabeli 4, a charakterystykę prądowo napięciową na wykresie 4.

Tabela 4.

U[V]	2	4	5	6	10	12	14
I[mA]	0,19	0,39	0,49	0,58	0,98	1,17	1,37
R[Ω]	10,5	10,25	10,2	10,34	10,2	10,25	10,21
δ[Ω]

Uwagi i wnioski:

Strona 2

---