SPRAWDZANIE SŁUSZNOŚCI PRAWA OHMA DLA PRĄDU STAŁEGO

SPRAWDZANIE SŁUSZNOŚCI PRAWA OHMA DLA PRĄDU STAŁEGO

Cele ćwiczenia:

1. Doskonalenie umiejętności posługiwania się miernikami elektrycznymi (stała miernika, klasa miernika, optymalny zakres wychyleń).

2. Zapoznanie się z technicznymi metodami pomiaru rezystancji.

3. Planowanie i optymalizacja pomiarów.

4. Sprawdzenie słuszności prawa Ohma.

5. Sprawdzenie warunków stosowalności wzoru przybliżonego R U

x I

V A

 . Spis przyrządów:

oporniki o dużych i małych rezystancjach, woltomierz, miliamperomierz, klucz, opornice suwakowe, zasilacz, przewody, uniwersalny miernik cyfrowy.

Zagadnienia:

1. Definicja natężenia i gęstości prądu, jednostki 2. Prawo Ohma, prawa Kirchhoffa

3. Od czego zależy rezystancja przewodnika 4. Łącznia prądowa i łącznia napięciowa

5. Rodzaje mierników ich cechy i sposoby włączania do układu elektrycznego

Literatura:

1. S. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, cz. 3, PWN, Warszawa, 1980 2. A. Zawadzki, H. Hofmokl, Laboratorium fizyczne, PWN, Warszawa, 1964 3. R. Resnick, D. Halliday, Fizyka, t. II, PWN, 1997

4. B. Jaworski, A. Dietłaf, L. Miłkowska, Kurs fizyki, t.2, PWN, Warszawa, 1984 5. I Pracownia Fizyczna. pod red. Cz. Kajtocha, Wydawnictwo Naukowe AP,

Kraków 2007

SPRAWDZANIE SŁUSZNOŚCI PRAWA OHMA DLA PRĄDU STAŁEGO

(część I)

Sposób wykonania ćwiczenia:

A. Pomiar dużych oporności.

1. Zmontować układ przedstawiony na rysunku.

Rx - duży opór

2. Ustawić opornicę suwakową tak, by napięcie po włączeniu zasilania E było zerowe.

3. Włączyć zasilanie E. Zmieniając wartość napięcia opornicą suwakową Rs

odczytywać napięcie mierzone woltomierzem i natężenie prądu przepływającego przez opornik Rx. Wyniki notować w tabeli 1. Pomiary wykonać dla kilku wartości napięcia. Narysować wykres I =f(U).

B. Pomiar małych oporności.

1. Zmontować układ przedstawiony na rysunku.

2. Ustawić opornicę suwakową tak, by napięcie po włączeniu zasilania było zerowe.

3. Włączyć zasilanie. Zmieniając wartość napięcia opornicą suwakową Rs odczytywać wartości natężenia prądu i spadku napięcia na oporniku Rx. Wyniki notować w tabeli 1.

Pomiary wykonać dla kilku wartości napięcia. Narysować wykres I = f(U).

C. Wyznaczenie oporu wewnętrznego woltomierza 1. Zmontować układ przedstawiony na rysunku.

2. Ustawić opornicę suwakową (opornica 15  ) tak, by napięcie po włączeniu zasilania było równe zero. Pomiary wykonać dla wykorzystywanych wcześniej zakresów woltomierza.

3. Włączyć zasilanie. Zmieniając wartość napięcia opornicą suwakową R_s odczytywać napięcie mierzone woltomierzem V oraz natężenie prądu . Wyniki notować w tabeli 2.

4. Obliczyć wartości oporów wewnętrznych woltomierza dla badanych zakresów wg wzoru:

mA V

V I

R  U ₍₁₎

D. Wyznaczenie oporności wewnętrznej miliamperomierza.

1. Zmontować układ przedstawiony na rysunku.

2. Ustawić opornicę suwakową R_s na wartość maksymalną. Pomiary wykonać dla wykorzystywanych wcześniej zakresów miliamperomierza

(dla zakresu 7,5 mA użyć opornicy 4700  ) (a dla zakresu 750 mA - opornicy 15  )

3. Włączyć zasilanie. Zmieniając wartość prądu przepływającego przez miliamperomierz odczytywać spadek napięcia na nim. Wyniki notować w tabeli 2.

Obliczyć oporności wewnętrzne miliamperomierza dla badanych zakresów.

mA mV mA I

R U (2)

4. Uwzględniając poprawki na R_A (opór amperomierza) i RV (opór woltomierza) obliczyć wartości oporów mierzonych oporników.

A A V A

A V Rx

Rx

x R

I U I

U U I

R U   



 (dla dużych oporności), (3)

V V A

V V

A V Rx

Rx x

R I U

U I

I U I

R U



 



 (dla małych oporności). (4)

Obliczone wartości oporności porównać z wartościami obliczonymi ze wzoru:

V

x I

R U (5)

Tabela 1

Pomiary rezystancji za pomocą układu do pomiaru dużych i małych rezystancji:

Lp. Nr U U I I Rd Rd Rp Rp- Rd

oporu [V] [A] [] R_d

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

Rd (wartość dokładna) wyliczamy z uwzględnieniem oporów wewnętrznych mierników wg wzorów 3 i 4,

Rp (wartość przybliżona) wyliczamy wg wzoru 5.

Tabela 2

Wyznaczanie oporów wewnętrznych miliamperomierza i woltomierza

Zakres U U I I r r

[V] [A] []

SPRAWDZANIE SŁUSZNOŚCI PRAWA OHMA (część II)

Tok postępowania:

1. Zmontować obwód, który schematycznie przedstawia Rys. 1., podłączając do punktów A i B jeden z drutów kanthalowych o długości 1,5m, 2m, 2,5m, 3m lub 3,5m (zgodnie z zaleceniami prowadzącego)

Z – zasilacz regulowany; mA – miliamperomierz;

V – woltomierz cyfrowy; Rx – badany drut.

Rys. 1. Schemat obwodu do sprawdzenia prawa Ohma

2. Do końców A i B metalowego przewodnika przyłożyć stałe napięcie pobierane z zasilacza (Z).

[Natężenie prądu płynącego przez przewodnik mierzy miliamperomierz (mA), napięcie przyłożone do jego końców - woltomierz (V)].

3. Zmieniając, za pomocą potencjometru, napięcie przyłożone do przewodnika, odczytywać napięcie zmierzone woltomierzem oraz natężenie płynącego prądu . 4. Dla danego drutu oporowego wykonać około 6 pomiarów.

5. Wyniki pomiarów umieścić w tabeli I.

6. Obliczyć iloraz I

U i wyciągnąć wnioski.

Tabela I

Lp. U

[V]

I

[mA] R =

I

U []

1.

OPÓR WŁAŚCIWY Tok postępowania

1. Zmontować obwód jak w poprzednim doświadczeniu (Rys. 1), włączając do punktów A i B kolejno druty R1 , R2 i R3 o długości l = 0,5m i średnicy

d = 0,7mm.

2. Za pomocą potencjometru ustawić napięcie przyłożone do przewodnika,

odczytać napięcie (U) i natężenie (I) płynącego przezeń prądu. Wykonać co najmniej 3 pomiary.

3. Wyniki pomiarów umieścić w tabeli II.

4. Obliczyć pole przekroju (S) i następnie opór właściwy () badanych przewodników.

5. Korzystając z danych tablicowych, określić materiały, z których zostały one wykonane.

Tabela II

Lp. U

[V]

I [mA]

R = I U []

l [m]

d [m]

Przekrój przewodnika

 π

 4 S d

2

[m²]

l S R  ρ 

[m]

Materiał

Przewodnika

1.

R1

2.

3.

4.

R2

5.

6.

7.

R₃ 8.

9.

ZALEŻNOŚĆ OPORU ELEKTRYCZNEGO OD DŁUGOŚCI i PRZEKROJU PRZEWODNIKA

Tok postępowania

I. Zależność oporu elektrycznego od długości przewodnika

1. Zmontować obwód jak w poprzednim doświadczeniu (Rys. 1), włączając do punktów A i B drut kanthalowy o średnicy d = 0,5mm i długości l = 0,5m .

2. Za pomocą potencjometru ustawić napięcie przyłożone do przewodnika, odczytać napięcie (U) i natężenie (I) płynącego przezeń prądu.

3. Pomiary powtórzyć, włączając do punktów A i B drut kanthalowy kolejno o długościach l = 1m, 1,5m, 2m, 2,5m, 3m i 3,5m i średnicy d = 0,5mm . 4. Pomiary wykonać 3-krotnie dla każdego z drutów i umieścić w tabeli III.

Tabela III

Lp. U

[V]

I [mA]

R = I U []

R = S

 l

 []

Rom

[]

Długość przewodnika

[m]

1.

0,5 2.

3.

4.

1 5.

6.

7.

1,5 8.

9.

10.

2 11.

12.

13.

2,5 14.

15.

16.

3 17.

II. Zależność oporu elektrycznego od przekroju przewodnika

1. Do punktów A i B obwodu (Rys. 1) włączyć drut kanthalowy o długości l = 0,5m i polu przekroju S1 gdzie d = 0,8mm.

2.

3. Powtórzyć pomiar, podłączając do punktów A i B druty kanthalowe o tej samej długości l = 0,5m i o różnych polach przekroju S₂, S₃ i S₄, gdzie

d2 = 0,6mm, d3 = 0,5mm i d4 = 0,2mm.

4. Wyniki pomiarów umieścić w tabeli IV.

5. Porównać wartości oporu R, obliczone z zależności R = I

U i R = S

 l

 , oraz zmierzone omomierzem Rom,. Wykazać na podstawie wykonanych pomiarów i obliczeń jak opór R zależy od długości i przekroju badanego drutu.

Tabela IV

Lp. U [V]

I [mA]

R = I U []

R = S

 l

 []

Rom

[]

Średnica przewodnika

d [m]

Przekrój przewodnika

 π

 4 S d

2

[m²] 1.

0,0008 2.

3.

4.

0,0006 5.

6.

7.

0,0005 8.

9.

10.

0,0002 11.

12.