XXIX OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP III Zadanie doświadczalne

Podobne dokumenty
LI OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP II Zadanie doświadczalne

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

Wyznaczanie krzywej ładowania kondensatora

XL OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP I Zadania doświadczalne

Podstawy użytkowania i pomiarów za pomocą MULTIMETRU

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

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

WYDZIAŁ.. LABORATORIUM FIZYCZNE

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

LVI Olimpiada Fizyczna Zawody III stopnia

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

Ćwiczenie nr 9. Pomiar rezystancji metodą porównawczą.

Laboratorium Metrologii

Segment B.XIII Prąd elektryczny Przygotowała: mgr Bogna Pazderska

Politechnika Białostocka

Ćwiczenie: "Pomiary rezystancji przy prądzie stałym"

INSTRUKCJA OBSŁUGI M9805G #02998 MULTIMETR CĘGOWY

Wyznaczanie charakterystyki prądowo-napięciowej wybranych elementów 1

E104. Badanie charakterystyk diod i tranzystorów

Pomiar podstawowych wielkości elektrycznych

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

XLVII OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP I Zadanie doświadczalne

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

Badanie transformatora

Ćwiczenie nr 3 Sprawdzenie prawa Ohma.

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 121: Termometr oporowy i termopara

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

POLITECHNIKA OPOLSKA

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

Ćw. 27. Wyznaczenie elementów L C metoda rezonansu

INSTRUKCJA OBSŁUGI M-320 #02905 KIESZONKOWY MULTIMETR CYFROWY

UKŁADY PROSTOWNICZE 0.47 / 5W 0.47 / 5W D2 C / 5W

Wstęp. Doświadczenia. 1 Pomiar oporności z użyciem omomierza multimetru

SPRAWDZANIE SŁUSZNOŚCI PRAWA OHMA DLA PRĄDU STAŁEGO

ZŁĄCZOWY TRANZYSTOR POLOWY

Ćwiczenie nr 74. Pomiary mostkami RLC. Celem ćwiczenia jest pomiar rezystancji, indukcyjności i pojemności automatycznym mostkiem RLC.

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 10

Instrukcje do doświadczeń. Elektronika

INSTRUKCJA OBSŁUGI. MINI MULTIMETR CYFROWY M M

Ćwiczenie 17 Temat: Własności tranzystora JFET i MOSFET. Cel ćwiczenia

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

symbol miernika amperomierz woltomierz omomierz watomierz mierzona

MULTIMETR CYFROWY AX-100

SPRAWDZENIE PRAWA OHMA POMIAR REZYSTANCJI METODĄ TECHNICZNĄ

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 9

WYMAGANIA EDUKACYJNE I KRYTERIA OCENIANIA Z PRZEDMIOTU POMIARY W ELEKTROTECHNICE I ELEKTRONICE

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

SERIA II ĆWICZENIE 2_3. Temat ćwiczenia: Pomiary rezystancji metodą bezpośrednią i pośrednią. Wiadomości do powtórzenia:

Instrukcja obsługi miernika uniwersalnego MU-07L

WYMAGANIA EDUKACYJNE I KRYTERIA OCENIANIA Z PRZEDMIOTU POMIARY W ELEKTRYCE I ELEKTRONICE

BADANIE ELEKTRYCZNEGO OBWODU REZONANSOWEGO RLC

Politechnika Białostocka

Pracownia pomiarów i sterowania Ćwiczenie 1 Pomiar wielkości elektrycznych z wykorzystaniem instrumentów NI ELVIS II

Pomiar parametrów tranzystorów

Politechnika Białostocka

ĆWICZENIE 5. POMIARY NAPIĘĆ I PRĄDÓW STAŁYCH Opracowała: E. Dziuban. I. Cel ćwiczenia

Wprowadzenie do programu MultiSIM

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 5

MAS343 #2999 MAS344 #3900 MAS345 #3901

ĆWICZENIE NR 1 TEMAT: Wyznaczanie parametrów i charakterystyk wzmacniacza z tranzystorem unipolarnym

KOOF Szczecin:

Pomiary elektryczne: Szeregowe i równoległe łączenie żarówek

Miernictwo - W10 - dr Adam Polak Notatki: Marcin Chwedziak. Miernictwo I. dr Adam Polak WYKŁAD 10

Prostowniki. 1. Cel ćwiczenia. 2. Budowa układu.

LVII Olimpiada Fizyczna (2007/2008)

Tranzystor bipolarny LABORATORIUM 5 i 6

Ćwiczenie A7 : Tranzystor unipolarny JFET i jego zastosowania

Uniwersytet Pedagogiczny

PL B1. POLITECHNIKA GDAŃSKA, Gdańsk, PL BUP 19/09. MACIEJ KOKOT, Gdynia, PL WUP 03/14. rzecz. pat.

Wyznaczanie wielkości oporu elektrycznego różnymi metodami

Celem ćwiczenia jest poznanie metod pomiaru podstawowych wielkości fizycznych w obwodach prądu stałego za pomocą przyrządów pomiarowych.

Scenariusz lekcji fizyki w klasie drugiej gimnazjum

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

KIESZONKOWY MULTIMETR CYFROWY AX-MS811. Instrukcja obsługi

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

Badanie transformatora

Ćwiczenie 16. Temat: Wzmacniacz w układzie Darlingtona. Cel ćwiczenia

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

Bierne układy różniczkujące i całkujące typu RC

Politechnika Białostocka

Opis dydaktycznych stanowisk pomiarowych i przyrządów w lab. EE (paw. C-3, 302)

strona 1 MULTIMETR CYFROWY M840D INSTRUKCJA OBSŁUGI

Ćwiczenie 1: Pomiar parametrów tranzystorowego wzmacniacza napięcia w układzie wspólnego emitera REGIONALNE CENTRUM EDUKACJI ZAWODOWEJ W BIŁGORAJU

Badanie diody półprzewodnikowej

Badanie transformatora

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

Elementy elektroniczne i przyrządy pomiarowe

ZASADA DZIAŁANIA miernika V-640

TRANZYSTOR BIPOLARNY. WZMACNIACZ TRANZYSTOROWY

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

Podstawy Elektroniki dla Informatyki. Tranzystory unipolarne MOS

Test powtórzeniowy. Prąd elektryczny

Ćwiczenie - 3. Parametry i charakterystyki tranzystorów

UNI-T UT33A Multimetr cyfrowy Numer katalogowy UT33A - # 5281

MULTIMETR CYFROWY TES 2360 #02970 INSTRUKCJA OBSŁUGI

2. Narysuj schemat zastępczy rzeczywistego źródła napięcia i oznacz jego elementy.

Wyznaczanie przenikalności magnetycznej i krzywej histerezy

Analiza zderzeń dwóch ciał sprężystych

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego nr 13

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

Transkrypt:

XXIX OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP III Zadanie doświadczalne ZADANIE D1 Nazwa zadania: Wyznaczenie napięcia. Mając do dyspozycji: trójnóżkowy element półprzewodnikowy, dwie baterie 4,5 V z opornikami zabezpieczającymi 560 Ω, potencjometr, 2 mierniki uniwersalne, kable połączeniowe i krokodylki, wyznacz napięcie do jakiego naładowano dostarczony przez asystenta układ składający się z połączonych szeregowo kondensatora i opornika. Uwaga: 1. Jedna z końcówek powyższego elementu półprzewodnikowego ma tę własność, że od jej potencjału silnie zależy opór między pozostałymi końcówkami. 2. Baterii nie można podłączać do przyrządu półprzewodnikowego bezpośrednio (bez oporu zabezpieczającego) gdyż grozi to jego uszkodzeniem. ROZWIĄZANIE ZADANIA D1 Uczestnicy przystępujący do rozwiązania zadania mogli od razu stwierdzić, że oporność dołączona szeregowo do kondensatora była zbyt duża, aby którykolwiek z mierników dał się zastosować jako galwanometr balistyczny. Miernik po podłączeniu do układu kondensator + opornik wychylił się co najwyżej o jedną dwie działki. Można było (co część uczestników wykorzystała) określić polaryzację (znak) napięcia do jakiego był naładowany kondensator. Trzeba było wobec tego zbadać własność układu półprzewodnikowego i spróbować wykorzystać go do pomiaru napięcia. Układ z rysunku 8 podłączony do kolejnych par końcówek przy Rys.8 obu polaryzacjach pozwalał stwierdzić, że w pierwszym przybliżeniu mamy do czynienia z układem przedstawionym na rysunku 9. Rys.9

Widać od razu, że wyróżniona jest końcówka, która w zestawie była przylutowana do zielonego przewodu. Opór R zależał silnie od potencjału końcówki zielonej zmieniało go nawet zbliżenie ręki. W tym momencie badań wielu uczniów doszło do wniosku, że ma do czynienia z tranzystorem npn. Wniosek ten był błędny, ale ponieważ określenie rodzaju elementu półprzewodnikowego nie było celem zadania nie wpływało to na punktację. Inni uczniowie doszli do słusznego wniosku, że mają do czynienia z tranzystorem polowym (FET) z kanałem typu n. Następnym krokiem było zmontowanie układu przedstawianego na rysunku 10. Rys.10 Polaryzacja końcówek czerwonej i żółtej nie miała znaczenia. Zarówno przy dodatniej jak i ujemnej polaryzacji końcówki zielonej względem pozostałych wartość potencjału końcówki zielonej wpływała na oporność między pozostałymi. Natomiast jak się łatwo było przekonać w układzie przedstawionym na rysunku 11 przy dodatniej polaryzacji końcówki zielonej można było zaobserwować przepływ prądu przez amperomierz I Rys.11 a przy polaryzacji ujemnej tej końcówki prąd był mniejszy od czułości miernika. Ponieważ chodziło o to, żeby kondensator nie rozładowywał się w czasie pomiaru, należało polaryzować końcówkę zieloną ujemnie względem pozostałych. Po przeprowadzeniu takich badań i rozumowania, dalsze wykonanie zadania było już proste. Należało w układzie przedstawionym na rysunku 10 zdjąć zależność prądu w obwodzie końcówek czerwonej i żółtej od potencjału końcówki zielonej, wykreślić ją (rys.12) a następnie dołączyć zamiast układu

Rys.12 Potencjometrycznego układ badany (rysunek 13), zmierzyć prąd i odczytać z wykresu szukaną wartość napięcia. W celu uniknięcia interpolacji można było Rys.13 po odczytaniu wartości prądu podłączyć powtórnie układ potencjometryczny i ustawić tak napięcie, żeby uzyskać prąd, jak przy połączeniu układu z kondensatorem. Niektórzy uczestnicy tak właśnie postępowali. Oszacowanie błędu pomiaru należało przeprowadzić na podstawie dokładności mierników. Po włączeniu do obwodu naładowanego układu, opornik + kondensator, prąd w obwodzie końcówek żółtej i czerwonej nie zmieniał się, co świadczyło o bardzo dużej oporności wejściowej zbudowanego przyrządu. Wielu uczestników wykorzystało do pomiarów układ przedstawiony na rysunku 14. Rys.14

Wprawdzie i w tym układzie można było regulować prąd I przez zmianę napięcia U, ale jak się można było przekonać, w układzie z rysunku 15 oporność wejściowa tak Rys.15 wykorzystanego układu półprzewodnikowego jest mała. Po włączeniu na miejsce układu układu potencjometrycznego badanego układu kondensator + opór napięcie na kondensatorze zmieniało się. Niektórzy uczestnicy próbowali prowadzić badania w układzie przedstawionym na rysunku 16. Oczywiście w tym układzie ze względu Rys.16 na bardzo małą pojemność użytych przyrządów potencjał obwodu potencjometrycznego jest zupełnie przypadkowy w stosunku do obwodu z amperomierzem i żadnych wyników nie można w takim układzie uzyskać. Niektórzy uczestnicy nie zachowywali należytej ostrożności przy przenoszeniu układu opór + kondensator i dotykali palcami jego końcówek. Ponieważ opór skóry jest rzędu 1-10 MΩ, zależne od wilgotności, a mieliśmy do czynienia z kondensatorem o pojemności 2,2 mf i opornikiem 1 M Ω, takie postępowanie prowadziło do częściowego rozładowania kondensatora i zafałszowania wyników. Podobnie włączenie układu, opór + kondensator, najpierw końcówką + do zielonej końcówki w układzie z rysunku 13 prowadziło ze względu na przyczyny omawiane powyżej do częściowego rozładowania kondensatora. Kilku uczestników dołączało badany układ, kondensator + opornik, szeregowo do układu potencjometrycznego ( rysunek 17). Jeżeli polaryzacje

Rys. 17 końcówki zielonej była ujemna a bezwzględna wartość jej potencjału większa od napięcia do jakiego naładowano kondensator, takie postępowanie prowadziło do uzyskania prawidłowego wyniku. Jak wspomniano nieznanym elementem półprzewodnikowym był tranzystor polowym z kanałem typu n, o symbolu BF 256. łatwo się domyślić, że końcówka zielona była podłączona do bramki a czerwona i żółta odpowiednio do źródła i drenu tranzystora polowego. Dla zakresu napięć wykorzystywanych w ćwiczeniach źródło i dren były nierozróżnialne. Czytelników zainteresowanych zasadą działania tranzystorów polowych odsyłamy do Encyklopedii Fizyki lub nowoczesnych podręczników elektroniki (np. P. E. Gray, C. L. Seale, Podstawy Elektroniki, PWN, Warszawa 1976). Warto podkreślić, że ze względu na swoją dużą oporność pomiędzy bramką a kanałem (rzędu 10 9 10 14 Ω ) tranzystory takie mają służyć do konstruowania woltomierzy o bardzo dużym oporze wejściowym. Mając do dyspozycji tranzystor polowy np. użyty w doświadczeniu (jego cena wynosi 30 zł) można wykonać woltomierz, a przy użyciu wzmacniacza prądu stałego mili- lub mikrowoltomierz o oporze wejściowym rzędu 10 10 Ω. Taki przyrząd pozwala bezpośrednio mierzyć siłę elektromotoryczną np. termopary, a jego oporność wejściowa nie wprowadza żadnego błędu przy pomiarach napięcia. Spośród szesnastu uczniów, których prace doświadczalne ocenione zostały na 18-20 punktów (na 20 możliwych) siedmiu umiało powiedzieć z jakim przyrządem półprzewodnikowym ma do czynienia. Pozostali twierdzili, że używają tranzystora lub pozostali przy nazwie przyrząd półprzewodnikowy. Widać więc, że zadanie można było poprawnie rozwiązać prowadząc odpowiednie badania i nie korzystając z wiadomości z poza programu szkolnego. Źródło: Zadanie pochodzi z Druk OF Komitet Okręgowy Olimpiady Fizycznej w Szczecinie www.of.szc.pl