SPRAWDZANIE SŁUSZNOŚCI PRAWA OHMA DLA PRĄDU STAŁEGO

Transkrypt

1 SPRWDZNE SŁSZNOŚC PRW OHM DL PRĄD STŁEGO Cele ćwiczenia: Doskonalenie umiejętności posługiwania się miernikami elektrycznymi (stała miernika, klasa miernika, optymalny zakres wychyleń). Zapoznanie się z technicznymi metodami pomiaru rezystancji. Planowanie i optymalizacja pomiarów. Sprawdzenie słuszności prawa Ohma. Sprawdzenie warunków stosowalności wzoru przybliżonego R x V. Spis przyrządów: oporniki o dużych i małych rezystancjach, woltomierz, miliamperomierz, klucz, opornice suwakowe, zasilacz, przewody, uniwersalny miernik cyfrowy. Zagadnienia: Definicja natężenia i gęstości prądu, jednostki Prawo Ohma, prawa Kirchhoffa Od czego zależy rezystancja przewodnika Łącznia prądowa i łącznia napięciowa Rodzaje mierników ich cechy i sposoby włączania do układu elektrycznego Literatura: S. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, cz. 3, PWN, Warszawa, Zawadzki, H. Hofmokl, Laboratorium fizyczne, PWN, Warszawa, 1964 R. Resnick, D. Halliday, Fizyka, t., PWN, 1997 B. Jaworski,. Dietłaf, L. Miłkowska, Kurs fizyki, t.2, PWN, Warszawa, 1984 Pracownia Fizyczna. pod red. Cz. Kajtocha, Wydawnictwo Naukowe P, Kraków 2007 Prawo Ohma 1

2 SPRWDZNE SŁSZNOŚC PRW OHM DL PRĄD STŁEGO (część ) Sposób wykonania ćwiczenia:. Pomiar dużych oporności. Zmontować układ przedstawiony na rysunku. R x - duży opór stawić opornicę suwakową tak, by napięcie po włączeniu zasilania E było zerowe. Włączyć zasilanie E. Zmieniając wartość napięcia opornicą suwakową R s odczytywać napięcie mierzone woltomierzem i natężenie prądu przepływającego przez opornik R x. Wyniki notować w tabeli Pomiary wykonać dla kilku wartości napięcia. Narysować wykres =f(). B. Pomiar małych oporności. Zmontować układ przedstawiony na rysunku. R x mały opór Prawo Ohma 2

3 stawić opornicę suwakową tak, by napięcie po włączeniu zasilania było zerowe. Włączyć zasilanie. Zmieniając wartość napięcia opornicą suwakową R s odczytywać wartości natężenia prądu i spadku napięcia na oporniku R x. Wyniki notować w tabeli Pomiary wykonać dla kilku wartości napięcia. Narysować wykres = f(). C. Wyznaczenie oporu wewnętrznego woltomierza Zmontować układ przedstawiony na rysunku. stawić opornicę suwakową (opornica 15 ) tak, by napięcie po włączeniu zasilania było równe zero. Pomiary wykonać dla wykorzystywanych wcześniej zakresów woltomierza. Włączyć zasilanie. Zmieniając wartość napięcia opornicą suwakową R s odczytywać napięcie mierzone woltomierzem V oraz natężenie prądu. Wyniki notować w tabeli Obliczyć wartości oporów wewnętrznych woltomierza dla badanych zakresów wg wzoru: V RV (1) m Prawo Ohma 3

4 D. Wyznaczenie oporności wewnętrznej miliamperomierza. Zmontować układ przedstawiony na rysunku. stawić opornicę suwakową R s na wartość maksymalną. Pomiary wykonać dla wykorzystywanych wcześniej zakresów miliamperomierza (dla zakresu 7,5 m użyć opornicy 4700 ) (a dla zakresu 750 m - opornicy 15 ) Włączyć zasilanie. Zmieniając wartość prądu przepływającego przez miliamperomierz odczytywać spadek napięcia na nim. Wyniki notować w tabeli Obliczyć oporności wewnętrzne miliamperomierza dla badanych zakresów. mv Rm (2) m względniając poprawki na R (opór amperomierza) i R V (opór woltomierza) obliczyć wartości oporów mierzonych oporników. R R Rx V V x R (dla dużych oporności), (3) Rx Rx V V x (dla małych oporności). (4) Rx V V RV Obliczone wartości oporności porównać z wartościami obliczonymi ze wzoru: V Rx (5) Prawo Ohma 4

5 Tabela 1 Pomiary rezystancji za pomocą układu do pomiaru dużych i małych rezystancji: Nr R d R d R p R p - R d oporu [V] [] R d R d (wartość dokładna) wyliczamy z uwzględnieniem oporów wewnętrznych mierników wg wzorów 3 i 4, R p (wartość przybliżona) wyliczamy wg wzoru Tabela 2 Wyznaczanie oporów wewnętrznych miliamperomierza i woltomierza r r Zakres [V] [] Prawo Ohma 5

6 Tok postępowania: SPRWDZNE SŁSZNOŚC PRW OHM (część ) Zmontować obwód, który schematycznie przedstawia Rys., podłączając do punktów i B jeden z drutów kanthalowych o długości 1,5m, 2m, 2,5m, 3m lub 3,5m (zgodnie z zaleceniami prowadzącego) Z zasilacz regulowany; m miliamperomierz; V woltomierz cyfrowy; R x badany drut. Rys. Schemat obwodu do sprawdzenia prawa Ohma Do końców i B metalowego przewodnika przyłożyć stałe napięcie pobierane z zasilacza (Z). [Natężenie prądu płynącego przez przewodnik mierzy miliamperomierz (m), napięcie przyłożone do jego końców - woltomierz (V)]. Zmieniając, za pomocą potencjometru, napięcie przyłożone do przewodnika, odczytywać napięcie zmierzone woltomierzem oraz natężenie płynącego prądu. Dla danego drutu oporowego wykonać około 6 pomiarów. Wyniki pomiarów umieścić w tabeli. Obliczyć iloraz i wyciągnąć wnioski. Tabela [V] [m] Prawo Ohma 6 R =

7 OPÓR WŁŚCWY Tok postępowania Zmontować obwód jak w poprzednim doświadczeniu (Rys. 1), włączając do punktów i B kolejno druty R 1, R 2 i R 3 o długości l = 0,5m i średnicy d = 0,7mm. Za pomocą potencjometru ustawić napięcie przyłożone do przewodnika, odczytać napięcie () i natężenie () płynącego przezeń prądu. Wykonać co najmniej 3 pomiary. Wyniki pomiarów umieścić w tabeli. Obliczyć pole przekroju (S) i następnie opór właściwy ( ) badanych przewodników. Korzystając z danych tablicowych, określić materiały, z których zostały one wykonane. Tabela R 1 R 2 R 3 [V] [m] R = l [m] d [m] Przekrój przewodnika 2 d S π 4 [m 2 ] R S ρ l [ m] Materiał Przewodnika Prawo Ohma 7

8 ZLEŻNOŚĆ OPOR ELEKTRYCZNEGO OD DŁGOŚC i PRZEKROJ PRZEWODNK Tok postępowania. Zależność oporu elektrycznego od długości przewodnika Zmontować obwód jak w poprzednim doświadczeniu (Rys. 1), włączając do punktów i B drut kanthalowy o średnicy d = 0,5mm i długości l = 0,5m. Za pomocą potencjometru ustawić napięcie przyłożone do przewodnika, odczytać napięcie () i natężenie () płynącego przezeń prądu. Pomiary powtórzyć, włączając do punktów i B drut kanthalowy kolejno o długościach l = 1m, 1,5m, 2m, 2,5m, 3m i 3,5m i średnicy d = 0,5mm. Pomiary wykonać 3-krotnie dla każdego z drutów i umieścić w tabeli. Tabela [V] [m] R = R = l S R om Długość przewodnika [m] 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 Prawo Ohma 8

9 . Zależność oporu elektrycznego od przekroju przewodnika Do punktów i B obwodu (Rys. 1) włączyć drut kanthalowy o długości l = 0,5m i polu przekroju S 1 gdzie d = 0,8mm. Za pomocą potencjometru ustawić napięcie przyłożone do przewodnika, odczytać napięcie () i natężenie () płynącego przezeń prądu. Powtórzyć pomiar, podłączając do punktów i B druty kanthalowe o tej samej długości l = 0,5m i o różnych polach przekroju S 2, S 3 i S 4, gdzie d 2 = 0,6mm, d 3 = 0,5mm i d 4 = 0,2mm. Wyniki pomiarów umieścić w tabeli V. l Porównać wartości oporu R, obliczone z zależności R = i R =, oraz S zmierzone omomierzem R om,. Wykazać na podstawie wykonanych pomiarów i obliczeń jak opór R zależy od długości i przekroju badanego drutu. Tabela V [V] [m] R = R = l S R om Średnica przewodnika d [m] Przekrój przewodnika 2 d S π [m 2 ] ,0008 0,0006 0,0005 0,0002 Prawo Ohma 9