10prawoOhma, WSEIZ, Budownictwo, Semestr III, 1. Fizyka, Laborki
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->W S E i Z W WARSZAWIEWYDZIAŁ ………………..LABORATORIUM FIZYCZNEĆwiczenieNr 10Temat: POMIAR OPORU METODĄ TECHNICZNĄ.PRAWO OHMAWarszawa 2009POMIAR OPORU METODĄ TECHNICZNĄPrawo OhmaUporządkowany ruch elektronów nazywa się prądem elektrycznym. Poruszające sięw przewodniku elektrony napotykają na pewien opór. W wyniku analizy różnicy potencjałuna końcach badanego przewodnika przy pomiarze prądu płynącego przez niego stwierdzono,że natężenie prądu jest wprost proporcjonalne do napięcia na końcach przewodnika (Rys.1),a więc stosunek napięcia do natężenia prądu jest stały.U�½const.IPowyższa zależność nosi nazwęprawa Ohma.I [A]przewodnik "b"Ibprzewodnik "a"IaURys. 1Charakterystyka prądowo – napięciowaU [V]Przy stałym napięciu wprzewodniku „a”płynie mniejszy prąd niż wprzewodniku „b”,przewodnik„a”charakteryzuje się większym oporem, aprzewodnik „b”mniejszym.Oporem elektrycznymnazywamy, więc stosunek napięcia do natężenia prądu.R�½U,IVA �½ Symbolem graficznym opornika (rezystancji odcinka przewodnika) jest:.W obwodach elektrycznych często znajduje się więcej niż jeden opornik. Mogą być onepołączone szeregowo (Rys. 2a) lub równolegle (Rys. 2b)R1R2a)IR1b)IR2Rys. 2Połączenie a) szeregowe, b) równoległe.Pierwsze prawo KirchhoffaAlgebraiczna suma prądów schodzących się w węźle jest równa zeru.nIk�½1k�½Drugie prawo KirchhoffaSuma iloczynów prądów i oporów równa jest sumie sił elektromotorycznych działającychw obwodzie zamkniętym (oczku)Miii�½1Nkk�½1I R�½Prądy i siły elektromotoryczne pokrywające się z dowolnie wybranym kierunkiem obieguobwodu przyjmuje się za dodatnie, a skierowane przeciwnie za ujemne.Pierwsze i drugie prawo Kirchhoffa pozwalają ułożyć układ równań algebraicznychpierwszego stopnia względem prądów w odcinkach obwodu. Rozwiązanie takiego układurównań pozwala na znalezienie wartości tych prądów a więc i spadków napięć naposzczególnych elementach obwodu lub, gdy znamy te prądy znaleźć wartości elementówobwodu (oporów, sił elektromotorycznych itp.).Urządzenia używane do pomiaru wielkości elektrycznychDo pomiaru płynącego prądu elektrycznego stosuje się amperomierzA, który podłącza siędo układu szeregowo (Rys. 3a). Amperomierz charakteryzuje się bardzo małym oporemwewnętrznym (RA). W idealnym urządzeniu RA→ 0Ω, w rzeczywistości RA>0Ω.Do pomiaru różnicy potencjałów na końcach opornika (spadku napięcia na oporniku) stosujesię woltomierzV, który podłącza się do układu równolegle (Rys. 3b). Idealny woltomierzcharakteryzuje się bardzo dużym oporem wewnętrznym RV→ ∞ Ω, a rzeczywisty RV<∞ Ω.Ra)b)IARIVRys. 3Schemat połączenia a) szeregowego amperomierza i b) równoległego woltomierzaPrzy projektowaniu układu służącego do pomiaru prądu i spadku napięcia na oporniku należyzastosować odpowiednie podłączenie przyrządów pomiarowych. Przy badanym małymoporze (Rys. 4a), porównywalnym z oporem wewnętrznym amperomierza, należy zdawaćsobie sprawę, że spadki napięć na badanym oporze i oporze wewnętrznym amperomierzabędą podobne. Stąd pomiar napięcia należy dokonywać jedynie na badanym oporze. Pomiarprądu płynącego przez obwód z powodu dużej oporności wewnętrznej woltomierza będziepraktycznie taki sam jak przez badany opornik. W przypadku badania dużego oporu (Rys. 4b),porównywalnego z oporem wewnętrznym woltomierza,spadek napięcia na oporze wewnętrznymamperomierza będzie dużo mniejszy niż na badanym oporze, natomiast prąd obwodu podzielisię na podobne płynące przez badany opornik i układ woltomierza.UAa)I=IR+IVAIRIVUAUR=UVRVURRb)I=IA+IVAIVIAUVVRys. 3Układy pomiarowe przy badanym a) małym oporze, b) dużym oporze.Każde urządzenie pomiarowe charakteryzuje się pewnym błędem pomiaru, który jestokreślony przez klasę przyrządu. Błąd pojedynczego pomiaru miernikiem analogowym(wychyłowym) określony jest przez klasę przyrządu wyrażoną w procentach pomnożonąprzez aktualny zakres pomiarowy. Wynika z tego, że wszystkie pomiary dokonane na jednymzakresie będą charakteryzować się jednakowym błędem pomiarowym. Błąd pojedynczegopomiaru dokonanego miernikiem cyfrowym określony jest przez klasę przyrządu wyrażoną wprocentach pomnożoną przez aktualny wynik pomiarowy i dodaną do liczby (podanej dladanego miernika) pomnożonej przez rząd ostatniej cyfry wyniku pomiarowego (patrz dodatek3).Stąd chcąc otrzymać wynik pomiaru o najmniejszym błędzie dokonujemy go na najczulszymdostępnym zakresie.W skład zestawu wchodzą:zasilacz regulowany prądu stałego2 uniwersalne mierniki amperomierz i woltomierz3 pary przewodów długich2 przewody krótkiebadany obwód elektryczny z 4 opornikamiPrzygotowanie do pomiarów, budowa układu pomiarowego1. Upewniamy się, że wszystkie potencjometry zasilacza (dodatek 1) są skręcone naminimum, zakresy mierników na maksymalne wartości.2. Po wyborze badanego opornika składamy układ pomiarowy, czerwone przewodywtykamy do gniazd o przewidzianym wyższym potencjale, czarne o niższym. W miarępotrzeby eliminujemy inne opory używając 1 z 2 krótkich przewodów, spinając nimi obakońce danego opornika.3. Po sprawdzeniu poprawności obwodu przez asystenta podłączamy zasilanie.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]