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



Podobne dokumenty
Co się stanie, gdy połączymy szeregowo dwie żarówki?

Ćw. 8 Weryfikacja praw Kirchhoffa

SPRAWDZENIE PRAWA OHMA POMIAR REZYSTANCJI METODĄ TECHNICZNĄ

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

WYDZIAŁ.. LABORATORIUM FIZYCZNE

Test powtórzeniowy. Prąd elektryczny

Przykłady zadań. Gimnazjum im. Jana Pawła II w Sułowie

Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki

Pomiary podstawowych wielkości elektrycznych: prawa Ohma i Kirchhoffa. Katedra Architektury Komputerów i Telekomunikacji

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

Katedra Energetyki. Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

Sprzęt i architektura komputerów

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

Test powtórzeniowy Prąd elektryczny

Ćwiczenie nr 9. Pomiar rezystancji metodą porównawczą.

Segment B.XIII Prąd elektryczny Przygotowała: mgr Bogna Pazderska

Ćwiczenie 3 Badanie obwodów prądu stałego

Projekt efizyka. Multimedialne środowisko nauczania fizyki dla szkół ponadgimnazjalnych. Prawa Kirchhoffa. Ćwiczenie wirtualne

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

Wyznaczanie krzywej ładowania kondensatora

Czy prąd przepływający przez ciecz zmienia jej własności chemiczne?

Wyznaczanie oporu elektrycznego właściwego przewodników

Pracownia Automatyki i Elektrotechniki Katedry Tworzyw Drzewnych Ćwiczenie 1. Połączenia szeregowe oraz równoległe elementów RC

Badanie obwodów rozgałęzionych prądu stałego z jednym źródłem. Pomiar mocy w obwodach prądu stałego

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

Prąd elektryczny w obwodzie rozgałęzionym dochodzenie. do praw Kirchhoffa.

Jak ciężka jest masa?

LI OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP II Zadanie doświadczalne

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

symbol miernika amperomierz woltomierz omomierz watomierz mierzona

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

Elektronika. Laboratorium nr 2. Liniowe i nieliniowe elementy elektroniczne Zasada superpozycji i twierdzenie Thevenina

Pomiary elektryczne: Szeregowe i równoległe łączenie żarówek

Obwody liniowe. Sprawdzanie praw Kirchhoffa

STAŁY PRĄD ELEKTRYCZNY

Mierzymy opór elektryczny rezystora i żaróweczki. czy prawo Ohma jest zawsze spełnione?

Scenariusz lekcji fizyki w klasie drugiej gimnazjum

Ćwiczenie 14 Temat: Pomiary rezystancji metodami pośrednimi, porównawczą napięć i prądów.

Wyznaczanie wielkości oporu elektrycznego różnymi metodami

METROLOGIA EZ1C

42. Prąd stały. Prawa, twierdzenia, metody obliczeniowe

ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA

Prąd elektryczny 1/37

Powtórzenie wiadomości z klasy II. Przepływ prądu elektrycznego. Obliczenia.

Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

Laboratorium Metrologii

PODSTAWY METROLOGII ĆWICZENIE 2 REZYSTANCJA WEWNĘTRZNA Międzywydziałowa Szkoła Inżynierii Biomedycznej 2009/2010 SEMESTR 3

PODSTAWY METROLOGII ĆWICZENIE 7 TEMPERATURA Międzywydziałowa Szkoła Inżynierii Biomedycznej 2009/2010 SEMESTR 3

Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki

Wyznaczanie charakterystyki prądowo-napięciowej wybranych elementów 1

Ćwiczenie: "Pomiary rezystancji przy prądzie stałym"

Ćwiczenie nr 10. Pomiar rezystancji metodą techniczną. Celem ćwiczenia jest praktyczne zapoznanie się z różnymi metodami pomiaru rezystancji.

1 Ćwiczenia wprowadzające

PRAWO OHMA DLA PRĄDU PRZEMIENNEGO

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

Ćwiczenie nr 3 Sprawdzenie prawa Ohma.

Wprowadzenie do programu MultiSIM

Ćwiczenie 12 Temat: Prawa Kirchhoffa w obwodach prądu stałego. Cel ćwiczenia

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

Ćwiczenie nr 4. Badanie filtrów składowych symetrycznych prądu i napięcia

Ćwiczenie nr 3 OBWODY LINIOWE PRĄDU SINUSOIDALNEGO

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

SPRAWDZANIE SŁUSZNOŚCI PRAWA OHMA DLA PRĄDU STAŁEGO

Ćw. 27. Wyznaczenie elementów L C metoda rezonansu

Ruch jednostajnie przyspieszony Wariant B - z czujnikiem ruchu

Ćwiczenie 15 Temat: Zasada superpozycji, twierdzenia Thevenina i Nortona Cel ćwiczenia

PRAWO OHMA DLA PRĄDU PRZEMIENNEGO. Instrukcja wykonawcza

Ćwiczenie 8 Temat: Pomiar i regulacja natężenia prądu stałego jednym i dwoma rezystorem nastawnym Cel ćwiczenia

Pomiar podstawowych wielkości elektrycznych

Dlaczego samochody mają koła?

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

Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki

Eksperymentalnie wyznacz bilans energii oraz wydajność turbiny wiatrowej, przy obciążeniu stałą rezystancją..

Ćw. III. Dioda Zenera

Elektrotechnika Skrypt Podstawy elektrotechniki

Elementy elektroniczne i przyrządy pomiarowe

POWTÓRKA PRZED KONKURSEM CZĘŚĆ 14 ZADANIA ZAMKNIĘTE

Podstawy użytkowania i pomiarów za pomocą MULTIMETRU

NIEZBĘDNY SPRZĘT LABORATORYJNY

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

1. Właściwości obwodu elektrycznego z elementami połączonymi równolegle

ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA

Lekcja 14. Obliczanie rozpływu prądów w obwodzie

Przyrządy i Układy Półprzewodnikowe

Lekcja 6. Metody pracy: pogadanka, wykład, pokaz z instruktarzem, ćwiczenia praktyczne

Ćwiczenie nr 1. Badanie obwodów jednofazowych RLC przy wymuszeniu sinusoidalnym

Ćwiczenie 4 Pomiar prądu i napięcia stałego

Jak działa silnik elektryczny?

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

st. stacjonarne I st. inżynierskie, Energetyka Laboratorium Podstaw Elektrotechniki i Elektroniki Ćwiczenie nr 4 OBWODY TRÓJFAZOWE

LVI Olimpiada Fizyczna Zawody III stopnia

Rafał Staszewski Maciej Trzebiński, Dominik Derendarz

INSTRUKCJA OBSŁUGI. Urządzenie do pomiaru napięcia i prądu ETT

Ć w i c z e n i e 1 POMIARY W OBWODACH PRĄDU STAŁEGO

Badanie własności hallotronu, wyznaczenie stałej Halla (E2)

Skuteczna kompensacja rezystancji przewodów.

Sprzęt i architektura komputerów

Wzmacniacze operacyjne

Ustalenie wartości ph i kalibracja elektrody ph - Podstawowe zasady pomiaru ph

E12. Wyznaczanie parametrów użytkowych fotoogniwa

Transkrypt:

Domowe urządzenia elektryczne są często łączone równolegle, dzięki temu każde tworzy osobny obwód z tym samym źródłem napięcia. Na podstawie poszczególnych rezystancji, można przewidzieć całkowite natężenie prądu oraz całkowitą oporność na obwodzie. Zadanie Zbadanie związku pomiędzy całkowitym natężeniem prądu i częściowymi spadkami potencjału, a także między całkowitą opornością i oporami składowymi w obwodzie równoległym. Materiały 1 Moduł Cobra4 Wireless Manager 12600.00 1 Interfejs Cobra4 Wirless-Link 12601.00 1 Czujnik Cobra4 Natężenie prądu/napięcie, ± 30 V, ± 6 A 12644.00 2 Moduły łącza proste 05601,01 2 Moduły łącza kątowe 05601.02 2 Moduły przewodu, T-kształtne 05601.03 2 Moduły przerwy ze złączami 05601.04 2 Moduły przyłącza 05601.10 2 Moduły kątowe z gniazdem 05601.12 1 Wyłącznik 05602.01 2 Oprawka E 10 05604.00 1 Opornik 50 Ω 05612.50 2 Opornik 100 Ω 100 05613.10 2 Przewody, 250 mm, 32 A, czerwony 07360.01 2 Przewody, 250 mm, 32 A, niebieski 07360.04 1 Przewód, 500 mm, 32 A, czerwony 07361.01 1 Przewód, 500 mm, 32 A, niebieski 07361.04 1 Żarówka, 12 V/0,1 A E10, 10 sztuk 07505.03 1 Zasilacz 0...12 V-, 6 V~, 12 V~ 13505.93 1 Oprogramowanie pomiarowe dla Cobra4 Measure 14550.61 Dodatkowo wymagane: 1 PC z portem USB, Windows XP lub nowszym Rys. 1: Przygotowanie doświadczenia

Przygotowanie i wykonanie doświadczenia 1 Równoległe żarówki Przygotuj doświadczenie zgodnie z Rysunkiem 1 i schematem na Rysunku 2 część a), początkowo nie wkręcaj do gniazda. Obwód podłącz do wyjścia 12 V i 1 A DC zasilacza. Uruchom komputer i system operacyjny Windows. Do portu USB komputera podłącz moduł Cobra4 Wireless- Manager, uruchomi się oprogramowanie measure. Dołącz czujnik Cobra4 Natężenie prądu/napięcie, ± 30 V, ± 6 A do interfejsu Cobra4 Wireless-Link i uruchom go, urządzenie zarejestruje się w oprogramowaniu i uruchomi się Navigator. Załaduj (Eksperyment > Otwórz eksperyment). Teraz zostaną ustalone wszystkie wymagane ustawienia do gromadzenia mierzonych wartości. Rozpocznij zapisywanie wartości pomiarowych naciskając przycisk. Najpierw jedną, a potem drugą żarówkę wkręć do gniazda, obserwuj ich jasność, a następnie pierwszą z nich usuń. Otwórz obwód przełącznikiem i zatrzymaj pomiar, zmierzone wartości przenieś do dalszej analizy do głównego programu measure. Za pomocą narzędzia, zbadaj napięcie przy jednej i dwóch świecących żarówkach. Zmień narzędzie na strzałkę i kliknij natężenie prądu na krzywej, znajdujące się na rysunku po lewej stronie osi Y i wskaż natężenie prądu, odczytuj je za pomocą measure dla obecnego poziomu, który dotyczy natężenia I dla dwóch równoległych żarówek, zapisz wyniki w Tabeli 1. Rys. 2: Schematy Rys. 3: Okno pomiarowe

2 Rezystory równoległe Usuń oba gniazda żarówek z obwodu, rozpocznij rejestrowanie pomiarów za pomocą i zamknij wyłącznik. Umieść w obwodzie moduł 50 Ω, jako R 2. Umieść w obwodzie moduł 100 Ω, jako R 1 w schemacie z Rysunku 2, część b). Usuń z obwodu moduł 50 Ω, a następnie 100-Ω. Otwórz obwód przełącznikiem i zatrzymaj pomiary, mierzone wartości, do dalszej analizy, przenieś do programu głównego. Odczytaj, w taki sam sposób jak w pierwszym przykładzie, natężenie prądu powstające przy podłączeniu rezystora 50 Ω równolegle z rezystorem 50 Ω i rezystorem 100 Ω oraz z jednym opornikiem 100 Ω. Wyniki umieść w Tabeli 2. 3 Natężenie prądu w obwodach Umieść w obwodzie oba rezystory, rozpocznij gromadzenie zmierzonych wartości za pomocą przycisku i zamknij wyłącznik. Następnie obok modułu 100 Ω, zamiast przewodu prostoliniowego, wstaw moduł przerwy ze złączami, podłącz do niego amperomierz, patrz Rysunek 2 część c). W dalszej kolejności umieść moduł z amperomierzem obok opornika 50 Ω poprzez zamianę z modułem prostoliniowego przewodu. Otwórz obwód przełącznikiem, zakończ pomiary przyciskiem i przenieś, jak wcześniej, wartości pomiarowe do dalszej analizy w programie głównym. Całkowite i częściowe natężenia prądu z poszczególnych gałęzi obwodu, przenieś z wykresu do Tabeli 3. Wyniki obserwacji i pomiarów Tabela 1: Wyniki pomiarów całkowitego natężenia prądu dla połączonych równolegle żarówek Natężenie prądu I [A] Napięcie U [V] Jedna żarówka Dwie równoległe żarówki Druga żarówka Tabela 2: Pomiary całkowitego natężenia prądu dla rezystorów połączonych równolegle Natężenie prądu I [A] Napięcie U [V] 50 Ω 50 Ω i 100 Ω połączone równolegle 100 Ω Tabela 3: Pomiary całkowitego natężenia prądu i natężeń w poszczególnych gałęziach obwodu 50 Ω i 100 Ω połączone równolegle Natężenie prądu I [A] Napięcie U [V] Całkowite natężenie prądu: I G Natężenie prądu przepływającego przez 100 Ω: I 1 Natężenie prądu przepływającego przez 50 Ω: I 2

Rys. 4: Przykład pomiarów dla części 1 Rys. 5: Przykład pomiarów dla części 2 Rys. 6: Przykład pomiarów dla części 3

Analiza wyników 1. Na podstawie wyników pomiarów, opisz ogólną zależność natężeń prądu w każdej gałęzi obwodu I 1 i I 2 z całkowitym natężeniem prądu I G (słowie i za pomocą wzoru): 2. Kiedy to prawo jest prawdziwe, czy może się zdarzyć, że w dowolnym miejscu obwodu natężenie prądu znika lub znikąd się pojawia? 3. Jaki jest związek między napięciem zasilającym U i napięciami w obu gałęziach układu U 1 i U 2? 4. Jak zmieni się, w porównaniu z obwodem z pojedynczym opornikiem, natężenie prądu elektrycznego, jeśli dwa rezystory są połączymy równolegle, wzrośnie, zmaleje, a może nie zmieni się? 5. Jaka jest całkowita rezystancja równolegle połączonych rezystorów mniejsza, czy większa od ich pojedynczych oporności?

6. Oblicz, ze zmierzonych wartości z Tabeli 3, za pomocą prawa Ohma R = U I, oporności rezystorów R 1 i R 2 oraz oporność całkowitą R G oraz ich odwrotności z zaokrągleniem do dwóch cyfr po przecinku. Otrzymane wartości zapisz Tabeli 4: Tabela 4: Oporności w poszczególnych gałęziach obwodu R G Oporność [Ω] Odwrotność oporność [1/Ω] R 1 R 2 7. Odwrotność oporności całkowitej 1 R G = I G U jest związana z opornościami w poszczególnych gałęziach 1 R 1 = I 1 U 1 i 1 R 2 = I 2 U 2. Użyj odpowiedzi z punktów 1 i 2 w celu uzyskania ogólnego wzoru na odwrotność całkowitej oporności. 8. Sprawdź na koniec prawdziwość następującego stwierdzenia: rezystancja dwóch rezystorów połączonych równolegle nie jest sumą ich rezystancji, ale odwrotność rezystancji całkowitej jest równoważna sumie odwrotności ich oporności. 9. Oblicz teoretyczną wartość całkowitej oporności R G, połączonych równolegle oporników i porównaj ją z wynikiem pomiaru.

Natężenie prądu elektrycznego oraz oporność dla połączenia równoległego Ile wynosi całkowite natężenie prądu i całkowita oporność Doświadczenie powinno doprowadzić do zrozumienia pierwszego prawa Kirchhoffa (dla węzła), które mówi, że suma natężeń prądów w dowolnym węźle obwodu, zgodnie z zasadą zachowania ładunku, wynosi zero. W związku z tym, całkowite natężenie prądu płynącego w obwodzie jest sumą natężeń prądów w poszczególnych równoległych gałęziach. Oprócz tego, w tym doświadczeniu, poznajemy zasadę obliczania oporności wypadkowej oporników połączonych równolegle. Wynika on z prawa Ohma oraz pierwszego prawa Kirchhoffa (zasady węzła). Uwagi na temat przygotowania i wykonania doświadczenia Prąd płynący przez woltomierz zgodnie ze schematem na Rysunku 2 części a) i b), można zignorować. Warto jednak omówić ten problem z uczniami. Jako drugi rezystor stosujemy 100 Ω. Nie zalecamy większych oporności, ponieważ natężenia prądu są zbyt małe. Wyniki obserwacji i pomiarów Tabela 1: Wyniki pomiarów całkowitego natężenia prądu dla połączonych równolegle żarówek Natężenie prądu I [A] Napięcie U [V] Jedna żarówka 0,10 12,0 Dwie równoległe żarówki 0,20 12,0 Druga żarówka 0,10 12,0 Tabela 2: Pomiary całkowitego natężenia prądu dla rezystorów połączonych równolegle Natężenie prądu I [A] Napięcie U [V] 50 Ω 0,25 12,1 50 Ω i 100 Ω połączone równolegle 0,37 12,1 100 Ω 0,13 12,1 Tabela 3: Pomiary całkowitego natężenia prądu i natężeń w poszczególnych gałęziach obwodu 50 Ω i 100 Ω połączone równolegle Natężenie prądu I [A] Napięcie U [V] Całkowite natężenie prądu: I G 0,36 12,1 Natężenie prądu przepływającego przez 100 Ω: I 1 0,12 12,1 Natężenie prądu przepływającego przez 50 Ω: I 2 0,24 12,1 Analiza wyników 1. Całkowite natężenie prądu I G jest sumą natężeń prądu w poszczególnych równoległych gałęziach I 1 i I 2. Czyli I G = I 1 + I 2. 2. Nie, algebraiczna wartość sumy natężeń prądu wynosi 0. 3. Napięcie zasilania U jest równe napięciom dla każdej gałęzi, U 1 i U 1, tj. U = U 1 = U 2

Natężenie prądu elektrycznego oraz oporność dla połączenia równoległego Ile wynosi całkowite natężenie prądu i całkowita oporność 4. Jeśli dwa rezystory połączymy równolegle, natężenie prądu będzie większe niż w przypadku pojedynczego opornika. 5. Całkowita oporność równoległego połączenia rezystorów jest zatem mniejsza niż oporność każdego z nich. 6. Patrz Tabela 4: Tabela 4: Oporności w poszczególnych gałęziach obwodu Oporność [Ω] Odwrotność oporność [1/Ω] R G 34 0,030 R 1 100 0,010 R 2 50 0,020 7. 8. Rezystancja rezystorów połączonych równolegle, nie jest sumą oporności dwóch rezystorów, ale odwrotność oporności całkowitej jest sumą odwrotności oporności połączonych równoległe rezystorów. 9. 1/100 [1/Ω] + 1/50 [1/Ω] = 0,03 [1/Ω], stąd R G = 33,3 Ω, wartość ta dobrze zgadza się a wynikiem pomiarów.