wiczenie 5 ”Charakterystyki I-U”
Temat: Charakterystyki prdowo-napiciowe
Cel: Pomiar charakterystyk opornika, arówki, diody. Sprawdzenie stosowalnoci prawa Ohma.
Przyrzdy: Zasilacz prdu staego, woltomierz, amperomierz.
I. Metoda pomiaru
Rys.1. Ukad do pomiaru charakterystyki I-U Rys.2. Liniowa charakterystyka I-U
Najprostszymi elementami obwodów elektrycznych s dwójniki, czyli elementy zawierajce tylko dwie kocówki którymi moe prd wpywa i wypywa. Przykadami dwójnika s arówka, opornik, kondensator, dawik, silnik prdu staego, itd. Charakterystyk prdowo-napiciow dwójnika nazywamy zaleno napicia pomidzy kocówkami a nateniem prdu przepywajcego przez dwójnik. Do pomiaru staoprdowej charakterystyki dowolnego dwójnika potrzebnymi przyrzdami s:
zasilacz prdu staego z regulacj napicia wyjciowego,
woltomierz,
amperomierz
poczone zgodnie z rysunkiem 1
Wyniki pomiaru przedstawia si graficznie. Szczególnie prosta jest charakterystyka, której graficzn reprezentacj jest linia prosta przechodzca przez pocztek ukadu wspórzdnych jak na rysunku 2. W tym przypadku napicie elektryczne pomidzy kocówkami dwójnika jest wprost proporcjonalne do natenia prdu przepywajcego przez dwójnik, czyli spenione jest prawo Ohma. Zamiast formy graficznej relacj pomidzy nateniem prdu i napiciem zapisuje si w postaci równania
, (1)
gdzie wspóczynnik R nazywa si oporem elektrycznym.
Wikszo dwójników nie spenia jednak prawa Ohma w tej postaci, co wyka badania charakterystyk prowadzone w tym wiczeniu. Bada bdziemy charakterystyk opornika, arówki i diody póprzewodnikowej. Charakterystyki opornika i arówki s symetryczne wzgldem odwrócenia kierunku prdu i napicia, tzn. speniaj relacj
. (2)
Charakterystyka diody narusza powysz symetri. Tylko opornik ma charakterystyk speniajc prawo Ohma zgodne z równaniem (1).
W uogólnionym prawie Ohma przyjmuje si, e opór ukadu zaley od dodatkowych czynników. Przewody z czystych metali maj opór elektryczny wzrastajcy wraz z temperatur. Poniewa przy przepywie prdu elektrycznego wydziela si w nich ciepo, to wraz ze wzrostem natenia prdu temperatura przewodnika wzrasta, porednio wzrasta wic opór przewodnika. Sytuacja taka wystpuje w arówce. Przy bardzo maych nateniach prdu temperatura wókna jest prawie równa temperaturze otoczenia, czyli okoo 300 kelwinów. Podczas pracy temperatura wókna arówki wynosi ponad 2000 kelwinów, opór wókna arówki wzrasta kilka razy. W wysokich temperaturach (znacznie ponad 1000 K) opór elektryczny czystych metali, a wic take wolframu jest w przyblieniu proporcjonalny do temperatury bezwzgldnej, czyli opór arówki mona przedstawi w postaci:
. (3)
Korzystajc ze wzorów na moc ciepa Joule'a 
otrzymujemy przyblione wyraenie na moc ciepln arówki:
. (4)
Wydzielajca si moc jest przekazywana do otoczenia przez promieniowanie oraz przez przewodnictwo cieplne i konwekcj w gazie wypeniajcym bak. Przy temperaturach ponad 1000 K udzia przewodnictwa i konwekcji jest may w porównaniu z promieniowaniem. Moc wypromieniowana jest zgodnie z prawem Stefana-Boltzmanna propopcjonalna do czwartej potgi temperatury, czyli moc tracon przez arnik mona wyrazi nastpujco:
. (5)
Porównujc wyraenia (4) i (5) mona wykaza, e natenie prdu arówki i napicie speniaj proporcj:
. (6)
Równania (3)-(5) s tym lepiej spenione, im wysza jest temperatura arnika, wic proporcja (6) na pewno nie jest speniona przy niskich temperaturach arnika, gdy arówka nie wieci lub wieci bardzo sabo.
II. Wykonanie pomiarów
Rys.3. Ukad pomiarowy do bada
Podcz zasilacz, woltomierz i amperomierz do pyty zawierajcej 3 elementy do bada charakterystyk I-U (rys.3).
Nastpnie dla kadego badanego dwójnika wykonaj nastpujce pomiary:
Zmierz wartoci napicia i natenia prdu zmieniajc napicie w przyblieniu co 0,5 V w zakresie od 0 V do 10 V. (Dla diody pomiar charakterysytyki w kierunku przewodzenia ogranicz do zakresu 0-1,5 V).
Odwró podczenie zasilacza (zamie bieguny plus na minus i minus na plus) i powtórz pomiary z punktu 1.
Nastpnie sporzd 3 wykresy charakterystyk nanoszc wartoci zmierzone w punktach 1 i 2. Jeli na wykresie nie wida wyranie przebiegu charakterystyki to uzupenij pomiary dla wartoci napi przypadajcych pomidzy zmierzonymi wartociami.
Zanotuj warto napicia zasilania arówki, przy którym wyranie wieci.
III. Opracowanie wyników
1. Sprawd, czy istnieje charakterystyka zbliona do liniowej. Jeli istnieje, to wyznacz zaleno natenia prdu od napicia w postaci relacji:
(7)
korzystajc z metody najmniejszych kwadratów. Nanie lini prost zgodn z powysz zalenoci na wykres i oce, czy punkty pomiarowe dobrze zgadzaj si z t zalenoci. Oblicz opór elektryczny przy uyciu wzoru
i oblicz jego niepewno.
2. Oce, które charakteryki speniaj relacj (2).
3. Sporzd dla arówki wykres zalenoci ln(I) od ln(U). Wyznacz metod najmniejszych kwadratów relacj pomidzy nimi w postaci równania
(8)
uwzgldniajc tylko wyniki tych pomiarów, przy których arówka wiecia. Narysuj t lini.
4. Napisz wnioski. Które elementy speniaj prawo Ohma w postaci równania (1) ? Które elementy speniaj relacj symetrii (2) ? Czy dla arówki suszna jest proporcja (6) ?
IV. Pytania kontrolne
Co to jest natenie prdu ?
Co to jest napicie elektryczne ?
Co to jest charakterystyka prdowo-napiciowa dwójnika ?
Wyjanij prawo Ohma.
Jak wyglda charakterystyka, gdy prawo Ohma jest spenione ?
Co wynika z równania (2) ?
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Ćw nr 7. Elektromagnes, ?wiczenie 7
Ćw nr 9 termoparan, ?wiczenie 7
(Ćw nr 2) PA Lab CHARAKT PRZETW SREDNICH CISNIEN
Ćw Lab nr 3 charakt wentylatora ZSI, ZSI, instrukcje ZSI
Wyznaczanie charakterystyki diody ćw nr 7
(Ćw nr 2) PA Lab CHARAKT PRZETW SREDNICH CISNIEN
cw nr 14
Biofizyka kontrolka do cw nr 20
Zestaw ćw nr 10, zestawy ćwicze gimnastycznych, zestawy ćwiczeń gimnastycznych
sprawozdanie ćw nr 1(1)
Biofizyka instrukcja do cw nr 23
Biofizyka instrukcja do cw nr 0 Nieznany (2)
ćw nr 2 badanie lamp fluorescencyjnych (2)
Cw nr 15
Cw nr 4
Biofizyka instrukcja do cw nr 09
więcej podobnych podstron