KO OF Szczecin:

Podobne dokumenty
LV Olimpiada Fizyczna (2005/2006) Zawody II stopnia

LI OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP II Zadanie doświadczalne

LVI OLIMPIADA FIZYCZNA (2006/2007). Stopień III, zadanie doświadczalne D

Ć W I C Z E N I E N R E-7

Pomiar rezystancji. Rys.1. Schemat układu do pomiaru rezystancji metodą techniczną: a) poprawnie mierzonego napięcia; b) poprawnie mierzonego prądu.

Podstawowe układy pracy tranzystora bipolarnego

Segment B.XIII Prąd elektryczny Przygotowała: mgr Bogna Pazderska

XXIX OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP III Zadanie doświadczalne

Ćwiczenie nr 4 Badanie zjawiska Halla i przykłady zastosowań tego zjawiska do pomiarów kąta i indukcji magnetycznej

Pomiar podstawowych wielkości elektrycznych

PRAWO OHMA DLA PRĄDU PRZEMIENNEGO

XLVI OLIMPIADA FIZYCZNA (1996/1997). Stopień III, zadanie doświadczalne D

LIV OLIMPIADA FIZYCZNA 2004/2005 Zawody II stopnia

PRAWO OHMA DLA PRĄDU PRZEMIENNEGO

Ćwiczenie nr 9. Pomiar rezystancji metodą porównawczą.

ĆWICZENIE A2 INSTRUKCJA OBSŁUGI

Pomiar indukcyjności.

Charakterystyka statyczna diody półprzewodnikowej w przybliŝeniu pierwszego stopnia jest opisywana funkcją

13 K A T E D R A F I ZYKI S T O S O W AN E J

( L,S ) I. Zagadnienia

MGR Prądy zmienne.

LVI Olimpiada Fizyczna Zawody III stopnia

Wyznaczanie krzywej ładowania kondensatora

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego - - zadania fizyka, wzory fizyka, matura fizyka

Pomiary elektryczne: Szeregowe i równoległe łączenie żarówek

symbol miernika amperomierz woltomierz omomierz watomierz mierzona

Badanie transformatora

Badanie żarówki. Sprawdzenie słuszności prawa Ohma, zdejmowanie charakterystyki prądowo-napięciowej.

BADANIE REZONANSU W SZEREGOWYM OBWODZIE LC

E 6.1. Wyznaczanie elementów LC obwodu metodą rezonansu

Wyznaczanie charakterystyki prądowo-napięciowej wybranych elementów 1

ĆWICZENIE 1 CHARAKTERYSTYKI STATYCZNE DIOD P-N

Analiza osiadania pojedynczego pala

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

XL OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP I Zadania doświadczalne

Ile wynosi całkowite natężenie prądu i całkowita oporność przy połączeniu równoległym?

Ćw. 27. Wyznaczenie elementów L C metoda rezonansu

Wartość średnia półokresowa prądu sinusoidalnego I śr : Analogicznie określa się wartość skuteczną i średnią napięcia sinusoidalnego:

E1. OBWODY PRĄDU STAŁEGO WYZNACZANIE OPORU PRZEWODNIKÓW I SIŁY ELEKTROMOTORYCZNEJ ŹRÓDŁA

Generator. R a. 2. Wyznaczenie reaktancji pojemnościowej kondensatora C. 2.1 Schemat układu pomiarowego. Rys Schemat ideowy układu pomiarowego

Co się stanie, gdy połączymy szeregowo dwie żarówki?

SPRAWOZDANIE LABORATORIUM ENERGOELEKTRONIKI. Prowadzący ćwiczenie 5. Data oddania 6. Łączniki prądu przemiennego.

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT FIZYKI. Temperaturowa zależność statycznych i dynamicznych charakterystyk złącza p-n

Scenariusz lekcji fizyki w klasie drugiej gimnazjum

LABORATORIUM PODZESPOŁÓW ELEKTRONICZNYCH. Ćwiczenie nr 2. Pomiar pojemności i indukcyjności. Szeregowy i równoległy obwód rezonansowy

BADANIE ELEKTRYCZNEGO OBWODU REZONANSOWEGO RLC

LVII Olimpiada Fizyczna (2007/2008)

Badanie zjawiska rezonansu elektrycznego w obwodzie RLC

WYDZIAŁ.. LABORATORIUM FIZYCZNE

EUROELEKTRA Ogólnopolska Olimpiada Wiedzy Elektrycznej i Elektronicznej Rok szkolny 2015/2016

07 K AT E D R A FIZYKI STOSOWA N E J

LABORATORIUM ELEKTRONIKI OBWODY REZONANSOWE

Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki

KOOF Szczecin:

Zaznacz właściwą odpowiedź

Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki

Katedra Energetyki. Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

I= = E <0 /R <0 = (E/R)

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Temperaturowa charakterystyka termistora typu NTC

Zad. 2 Jaka jest częstotliwość drgań fali elektromagnetycznej o długości λ = 300 m.

Maszyny Elektryczne i Transformatory st. st. sem. III (zima) 2012/2013

Badanie charakterystyki prądowo-napięciowej opornika, żarówki i diody półprzewodnikowej z wykorzystaniem zestawu SONDa

Wyznaczanie oporu elektrycznego właściwego przewodników

Metodę poprawnie mierzonego prądu powinno się stosować do pomiaru dużych rezystancji, tzn. wielokrotnie większych od rezystancji amperomierza: (4)

Politechnika Warszawska Instytut Automatyki i Robotyki. Prof. dr hab. inż. Jan Maciej Kościelny PODSTAWY AUTOMATYKI

Układ napędowy z silnikiem indukcyjnym i falownikiem napięcia

ε (1) ε, R w ε WYZNACZANIE SIŁY ELEKTROMOTOTYCZNEJ METODĄ KOMPENSACYJNĄ

PRAWO OHMA DLA PRĄDU PRZEMIENNEGO. Instrukcja wykonawcza

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

LABORATORIUM OBWODÓW I SYGNAŁÓW

BADANIE SZEREGOWEGO OBWODU REZONANSOWEGO RLC

Ćwiczenie 1. Sprawdzanie podstawowych praw w obwodach elektrycznych przy wymuszeniu stałym

Ćwiczenie 4 WYZNACZANIE INDUKCYJNOŚCI WŁASNEJ I WZAJEMNEJ

Badanie diody półprzewodnikowej

POMIARY CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWEJ IMPEDANCJI ELEMENTÓW R L C

XLVII OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP I Zadanie doświadczalne

1 Ćwiczenia wprowadzające

KONKURS PRZEDMIOTOWY Z FIZYKI dla uczniów gimnazjów. Schemat punktowania zadań

SZEREGOWY SYSTEM HYDRAULICZNY

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

Ćw. 8 Weryfikacja praw Kirchhoffa

Źródła zasilania i parametry przebiegu zmiennego

Zespół Szkół Technicznych im. J. i J. Śniadeckich w Grudziądzu

Temat: Zastosowanie multimetrów cyfrowych do pomiaru podstawowych wielkości elektrycznych

Test powtórzeniowy. Prąd elektryczny

Ćwiczenie nr 3 Sprawdzenie prawa Ohma.

KOOF Szczecin:

KO OF Szczecin:

Filtry aktywne czasu ciągłego i dyskretnego

Badanie zjawiska rezonansu elektrycznego w obwodzie RLC

SPRĘŻYNA DO RUCHU HARMONICZNEGO V 6 74

Plan metodyczny do lekcji fizyki. TEMAT: Prawo Ohma. Opór elektryczny.

1. Właściwości obwodu elektrycznego z elementami połączonymi szeregowo

2.Rezonans w obwodach elektrycznych

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 28 PRĄD PRZEMIENNY

Bogdan Olech Mirosław Łazoryszczak Dorota Majorkowska-Mech. Elektronika. Laboratorium nr 3. Temat: Diody półprzewodnikowe i elementy reaktancyjne

F = e(v B) (2) F = evb (3)

Bierne układy różniczkujące i całkujące typu RC

3.5 Wyznaczanie stosunku e/m(e22)

nazywamy mostkiem zrównoważonym w przeciwieństwie do mostka niezrównoważonego, dla którego Z 1 Z 4 Z 2 Z 3. Z 5

Transkrypt:

55OF D KO OF Szczecin: www.of.zc.pl L OLMPADA FZYZNA (005/006). Stopień, zadanie doświadczalne D Źródło: Komitet Główny Olimpiady Fizycznej A. Wymołek; Fizyka w Szkole nr 3, 006. Autor: Nazwa zadania: Działy: Słowa kluczowe: Andrzej Wymołek Komitet Główny Olimpiady Fizycznej, FD W. adanie czarnej krzynki dla układu dwóch oporników i kondenatora Elektryczność Obwody prądu zmiennego, napięcie, natężenie kuteczne, zawada, opór, opornik, pojemność, czętotliwość, kondenator, generator Zadanie doświadczalne D, zawody topnia, L OF. Dwa oporniki ( 1, ) oraz kondenator połączono w układ elektryczny. Elementy obwodu zotały umiezczone w zamkniętym, izolującym pudełku. W trzech punktach obwodu utworzono kontakty, które umiezczono na ściankach pudełka i oznaczono literami A, oraz. Można do nich podłączyć przewody elektryczne. Mając do dypozycji: woltomierz pozwalający na pomiar napięcia tałego oraz wartości kutecznej napięcia zmiennego, baterię 4,5, generator napięcia inuoidalnego o czętości regulowanej w zakreie 0 1000 Hz, opornik o oporze 100 Ω, przewody i zaciki umożliwiające zetawienie układu pomiarowego, papier milimetrowy, utal, nie otwierając pudełka, chemat połączeń elementów w układzie elektrycznym zamkniętym w pudełku i wyznacz wartości oporów 1, oraz pojemność kondenatora. Wkazówka: 1) Przyjmij, że natężenie prądu płynącego przez woltomierz jet zaniedbywanie małe. ) Dla przedtawionych poniżej obwodów elektrycznych zależność od czętotliwości f tounku napięcia kutecznego do prądu kutecznego opiana jet natępującymi wzorami: ed. T.M.Molenda, PDFiA, F S, 006-1/6 - www.dydaktyka.fizyka.zc.pl

55OF D KO OF Szczecin: www.of.zc.pl () () + 1 ( πf ) () 1+ ( πf) 1 () [ 1 + + 1 ( πf) ] + ( πf) 1+ ( πf ) () 1 4 [ 1 + 1 ( 1 + )( πf ) ] + 1 ( πf ) 1+ ( + ) ( πf ) 1 ozwiązanie zęść teoretyczna Liczba różnych połączeń dwóch oporników i kondenatora jet duża, dlatego przed rozpoczęciem zczegółowych rozważań lepiej jet zbadać jak prąd tały przepływa pomiędzy różnymi parami kontaktów umiezczonych na ściankach pudełka. Pomiary można wykonać w układzie przedtawionym chematycznie na ry. 1. Stanowi on zeregowe połączenie baterii 4,5, opornika 0 (w doświadczeniu wykonanym przez recenzenta użyto opornika o oporze 99,0 Ω) oraz części obwodu zamkniętego w pudełku, znajdującego ię odpowiednio pomiędzy kontaktami A, oraz A. Zgodnie z informacją podaną w treści zadania dołączenie woltomierza (równolegle) do dowolnej części obwodu nie zmieni ani rozkładu napięć w obwodzie ani wartości prądu płynącego w obwodzie. Dołączając woltomierz do par kontaktów D oraz (ry. 1) zmierzono napięcia 1 (0,410 ± 0,001) oraz (4,10 ± 0,01). Na ich podtawie wyznaczono oporność 0 / 1 (1000 ± 7) Ω pomiędzy kontaktami obwodu. W analogiczny poób, dla przepływu prądu pomiędzy kontaktami A uzykano 1 (0,785 ± 0,001) oraz (3,68 ± 0,01), natomiat dla kontaktów A zmierzono 1 (0,87 ± 0,001), (4, ± 0,01). Wykorzytując te dane obliczono wartości oporów A (469 ± ) Ω oraz A (1470 ± 8) Ω. zykane wartości oporów świadczą o tym, że żaden z kontaktów nie jet połączony z pozotałymi jedynie poprzez kondenator. Warto zauważyć, że z dokładnością do niepewności pomiarowych, wyznaczone oporności pełniają równość: A A +. (1) ed. T.M.Molenda, PDFiA, F S, 006 - /6 - www.dydaktyka.fizyka.zc.pl

55OF D KO OF Szczecin: www.of.zc.pl A D 0 pudełko bateria 1 y. 1 Taki wynik można oiągnąć tylko przy połączeniu oporników w poób pokazany chematycznie na ry., dla wartości oporności 1 (1000 ± 7) Ω oraz (469 ± ) Ω. A 1 y. Do pełnego rozwiązania zadania pozotało utalenie poobu umiezczenia w obwodzie kondenatora oraz wyznaczenie jego pojemności. Przy założeniu, że kondenator nie zotał zwarty, możliwe ą trzy nierównoważne pooby umiezczenia go w układzie (ry. 3). A A A 1 1 1 (a) (b) (c) y. 3 Trzy konfiguracje przedtawione chematycznie na ry. 3 różnią ię zachowaniem przy zailaniu prądem zmiennym. Ponieważ możliwość zeregowego połączenia kondenatora z opornikiem zotała już wyeliminowana to należy ię podziewać, że pozczególne gałęzie obwodu będą zachowywać ię tak jak odpowiednie układy przedtawione na chematach (), () lub (), zamiezczone we wkazówce do zadania. O ile dla układu (), tounek Z / (czyli moduł impedancji lub zawada) nie zależy od czętotliwości, to zachowanie obwodów () oraz () dla dużych czętotliwości różni ię: Z 0, natomiat Z 1. Warto też zwrócić uwagę, że przy przejściu do nikich czętości Z natomiat Z 1 +. Odpowiednie ed. T.M.Molenda, PDFiA, F S, 006-3/6 - www.dydaktyka.fizyka.zc.pl

55OF D KO OF Szczecin: www.of.zc.pl pomiary dla różnych czętotliwości prądu przemiennego można wykonać w układzie przedtawionym na ry. 4. Na podtawie pomiarów napięcia 1 oraz można wyznaczyć zależność zawady między pozczególnymi parami kontaktów od czętotliwości f: ( f ) ( f ) Z ( f ) 0 () ( f ) ( f ) Wykonując pomiary z użyciem generatora należy utawić na woltomierzu odpowiedni zakre napięcia zmiennego. A 1 D 0 pudełko generator 1 y. 4 zykane wyniki pomiarów, po przeliczeniu zgodnie ze wzorem (), przedtawiono na ry. 5. Z ry. 5 wynika, że impedancja pomiędzy wyprowadzeniami, z dokładnością do niepewności pomiarowych, nie zależy od czętości. Spośród układów przedtawionych na ry. 3 takiego zachowania można podziewać ię jedynie dla konfiguracji przedtawionej na y. 3 (a). Wartość oporu pomiędzy kontaktami, wynikająca z dopaowania poziomej protej, wynoi (1010 ± 16) Ω i w granicach niepewności pomiarowej jet zgodna z wartością oporu 1 (1000±7) Ω uzykaną dla pomiarów z wykorzytaniem prądu tałego. Z powyżzych rozważań, wynika, że kondenator połączony jet równolegle z opornikiem. Potwierdzają to uzykane zależności czętotliwościowe dla kontaktów A oraz A. Zawada Z A dla dużych czętotliwości dąży do wartości 1, czyli zgodnie z zachowaniem oczekiwanym dla układu (), natomiat impedancja Z A przy wzroście czętotliwości zmniejza ię do zera, czyli tak jak oczekiwalibyśmy od układu (). Warto też zauważyć, że dla czętotliwości 0 Hz, wartość impedancji Z A (1470 ± 0) Ω A, natomiat Z A (469 ± 8) Ω A, co jezcze raz potwierdza, że mamy do czynienia z konfiguracją przedtawioną na ry. 3 (a). Wartość pojemności można wyznaczyć analizując zależność Z A od czętotliwości, która powinna mieć formę przewidywaną dla układu (). Zależność zawady od czętotliwości podaną we wkazówce dla układu () można przekztałcić do potaci: 1 1 + ( ) f (3) Z A π Jeśli wykreślimy zależność wielkości (1/Z ) od kwadratu czętotliwości, otrzymamy protą o wpółczynniku nachylenia α (π). Odpowiednio przeliczone dane ekperymentalne wraz z dopaowaną protą przedtawia ry. 6: ed. T.M.Molenda, PDFiA, F S, 006-4/6 - www.dydaktyka.fizyka.zc.pl

55OF D KO OF Szczecin: www.of.zc.pl Z(Ω) 1600 1500 1400 1300 100 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 00 100 Z A (0)(1470±0)Ω A A Z (0)(1010±16)Ω Z A (0)(469±8)Ω 0 0 00 400 600 800 1000 f(hz) y. 5 70 60 50 1/Z A 106 (1/Ω ) 40 30 0 10 α (53±4) 10-1 F 0 0.0.0x10 5 4.0x10 5 6.0x10 5 8.0x10 5 1.0x10 6 f (Hz ) y. 6 ed. T.M.Molenda, PDFiA, F S, 006-5/6 - www.dydaktyka.fizyka.zc.pl

55OF D KO OF Szczecin: www.of.zc.pl Z dopaowania protej wyznaczono wpółczynnik α (53 ± 4) 10 1 μf. Jego niepewność ozacowano graficznie. Dopaowanej wartości wpółczynnika α odpowiada pojemność α (1,15 ± 0,04) μf. π Z przedtawionych powyżej rozważań wynika, że układ dwóch oporników i kondenatora zotał połączony zgodnie ze chematem przedtawionym na ry. 3 (a). Wartości oporów wynozą: 1 (1000 ± 7) Ω oraz (469 ± ) Ω, natomiat pojemność kondenatora podłączonego równolegle do opornika wynoi (1,15 ± 0,04) μf. Proponowana punktacja 1) Zetawienie układu umożliwiającego wyznaczenie oporności i zawady przy użyciu jednego woltomierza, baterii lub generatora i opornika o znanej oporności do pkt. ) Wykonanie pomiarów napięć 1 oraz umożliwiających wyznaczenie oporności pomiędzy kontaktami A,, A obwodu elektrycznego do 1 pkt. ) Określenie rozmiezczenia oporów 1 i w układzie do pkt. 3) Wyznaczenie wartości oporności 1 i i ich niepewności pomiarowych do 3 pkt. 4) Analiza możliwych połączeń kondenatora w układzie do 1 pkt. 5) Wykonanie pomiarów napięć 1 oraz dla różnych czętotliwości prądu zmiennego i różnych par kontaktów, umożliwiających utalenie poobu podłączenia kondenatora w układzie oraz wyznaczenie jego pojemności do 6 pkt. 6) Analiza zależności zawady od czętotliwości dla pozczególnych par kontaktów i utalenie poobu połączenia kondenatora do 3 pkt. 7) Wyznaczenie wartości pojemności kondenatora i jej niepewności pomiarowej do pkt. ed. T.M.Molenda, PDFiA, F S, 006-6/6 - www.dydaktyka.fizyka.zc.pl