Grupa: Zespół: wykonał: 1 Mariusz Kozakowski Data: 3/11/ B. Podpis prowadzącego:

Transkrypt

1 Sprawozdanie z laboratorium elektroniki w Zakładzie Systemów i Sieci Komputerowych Temat ćwiczenia: Pomiary podstawowych wielkości elektrycznych: prawa Ohma i Kirchhoffa Sprawozdanie Rok: Grupa: Zespół: wykonał: I 111B 1 Mariusz Kozakowski Data: 3/11/2013 Ocena: Podpis prowadzącego: 1. Wstęp teoretyczny Prawo Ohma mówi, że natężenie prądu stałego I jest proporcjonalne do całkowitej siły elektromotorycznej w obwodzie zamkniętym lub do różnicy potencjałów (napięcia elektrycznego U) między końcami części obwodu nie zawierającej źródeł siły elektromotorycznej. Pierwsze prawo Kirchoffa - Suma natężeń prądów wpływających do węzła jest równa sumie natężeń prądów wypływających z tego węzła. Drugie prawo Kirchhoffa Suma wartości chwilowych sił elektromotorycznych występujących w obwodzie zamkniętym równa jest sumie wartości chwilowych napięć elektrycznych na elementach pasywnych tego obwodu: Rezystory W podstawowej klasyfikacji rezystory dzieli się na stałe i zmienne. Rezystorami stałymi nazywa się elementy o wartości rezystancji ustalonej w procesie wytwarzania i nie podlegającej zmianie w czasie pracy, rezystorami zaś zmiennymi - elementy charakteryzujące się zmiennością rezystancji. Rezystory zmienne dzieli się z kolei na: nastawne, o konstrukcji umożliwiającej płynną, dokonywaną w sposób mechaniczny, zmianę wartości rezystancji w obwodzie włączenia (rezystory te potocznie nazywa się potencjometrami), i półprzewodnikowe (wytwarzane z półprzewodników) o rezystancji zmieniającej się w znacznym przedziale wartości pod wpływem rozmaitych czynników zewnętrznych, są to np. termistory, magnetorezystory, fotorezystory. Podstawowe parametry opisujące opornik to: rezystancja nominalna rezystancja podawana przez producenta na obudowie opornika; rezystancja rzeczywista różni się od rezystancji nominalnej, jednak zawsze mieści się w podanej klasie tolerancji. tolerancja inaczej klasa dokładności; podawana w procentach możliwa odchyłka rzeczywistej wartości opornika od jego wartości nominalnej moc znamionowa moc jaką opornik może przez dłuższy czas wydzielać w postaci ciepła bez wpływu na jego parametry; przekroczenie tej wartości może prowadzić do zmian innych parametrów rezystora (np. rezystancji) lub jego uszkodzenia, 1

2 napięcie graniczne maksymalne napięcie jakie można przyłożyć do opornika bez obawy o jego zniszczenie, temperaturowy współczynnik rezystancji współczynnik określający zmiany rezystancji pod wpływem zmian temperatury opornika. Zastosowania: ograniczenia prądu płynącego w obwodzie tworzenie dzielników napięcia zmiana napięcia przez zmianę prądu symulacja obciążeń ochrona elementów elektronicznych 2. Spis przyrządów NI ELVIS II Multimetr cyfrowy rezystory 820Ω i 1200Ω 3. Układy połączeń 2

3 3. 4. Tabele wyników i obliczenia Tab. 1. Wyniki pomiarów dla rezystora Tab. 2. Wyniki pomiarów dla obwodu szeregowego 5. Zestawienia i wykres Tab. 3. Wyniki pomiarów dla obwodu równoległego Z kodu paskowego została odczytana wartość 820Ω z tolerancją 5%. Wynika z tego, że nasze wyniki mieszczą się w granicy dokładności opornika. 3

4 6. Zadania Zadanie 4. Korzystając z prawa Ohma oraz drugiego prawa Kirchhoffa wyprowadzamy wzór na natężenie prądu I płynącego w obwodzie podstawowym dla połączenia szeregowego Wynika stąd, że opór zastępczy układu szeregowego oporników jest sumą ich oporów. Zadanie 5. Korzystając z prawa Ohma oraz praw Kirchhoffa wyprowadzamy wzór na natężenie prądu I płynącego w gałęzi głównej obwodu podstawowego dla połączenia równoległego. Wynika stąd, że odwrotność oporu zastępczego układu równoległego oporników jest sumą odwrotności oporów w układzie. Zadanie 6. Mając dane E = 10 V, R 1 = 100 Ω oraz R 2 = 400 Ω obliczamy I 1 oraz I 2 z prawa Ohma: Korzystając z pierwszego prawa Kirchhoffa obliczamy I: Zadanie 7. Korzystając z prawa Ohma i drugiego prawa Kirchhoffa wyprowadzamy równanie rezystorowego dzielnika napięcia: 4

5 7. Niepewności pomiare Bezpośrednie Dla napięcia niepewności wynikają z dokładności urządzenia (ΔU=0,001 V) i z dokładności odczytu pomiaru (ΔU=0,01 V). Są to niepewności które obliczamy poprzez rozkład prostokątny: u b1 (U) u b2 (U) u(u) 0,001 V 0,006 V 0,006 V Dla natężenia niepewności wynikają z dokładności urządzenia (ΔU=0,001 V) i z dokładności odczytu pomiaru (ΔU=0,01 V). Są to niepewności które obliczamy poprzez rozkład prostokątny: u b1 (I) u b2 (I) u(i) 0,058 A 0,006 A 0,058 A Dla oporu rezystorów niepewności wynikają z ich tolerancji (5%). Są to niepewności które obliczamy poprzez rozkład trójkątny: u(r1) u(r2) 0,017 Ω 0,024 Ω Pośrednie Dla pierwszego układu niepewności pośrednie wynoszą dla każdego pomiaru odpowiednio: U(R) 17,311 Ω 8,995 Ω 6,075 Ω 4,678 Ω 3,684 Ω Dla drugiego układu niepewności pośrednie wynoszą dla każdego pomiaru: U(U1+U2) U(U1/R1) U(U2/R2) 0,008 V 0,007 ma 0,005 ma Dla trzeciego układu niepewności pośrednie wynoszą dla każdego pomiaru: 5

6 U(I1+I2) U(I1*R1) U(I2*R2) 0,082 ma 0,048 V 0,070 V 8. Wnioski Przeprowadzenie powyższych pomiarów przebiegło bez większych komplikacji i nie odbiegają one znacząco od normy, a ewentualne błędy pomiarowe mogą wynikać z niedokładności przyrządów. Charakterystyka prądowo-napięciowa elementu liniowego okazała się liniowa. Potwierdza to, że prawo Ohma zapisane w postaci I = U/R, gdzie R = const jest słuszne. Wartości wyliczone z prawa Ohma i wartości zmierzone nieznacznie się różnią. Wynika to z niepewności pomiarowych oraz pojawiającego się zauważalnego szumu w urządzeniu ELVIS w przypadku niskich napięć. 6