TEMAT : BADANIE OBWODU PRĄDU STAŁEGO
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest:
-
sprawdzenie słuszności prawa Ohma oraz prądowego i napięciowego prawa Kirchhoffa,
-
sprawdzenie słuszności wzorów na rezystancję zastępczą układu rezystorów,
-
wyrobienie umiejętności łączenia obwodów rozgałęzionych oraz rysowania wykresów.
Wprowadzenie
Obwód to także połączenie ze sobą elementów, że istnieje co najmniej jedna droga
zamknięta dla przepływu prądu. Obwód nazywamy nierozgałęzionym jeżeli składa się z
jednej gałęzi. Gałąź to część obwodu przez, którą przepływa ten sam prąd, jest to
połączenie między węzłami. Obwód nazywamy rozgałęzionym jeżeli posiada więcej niż
jedna gałąź. Elementy obwodu elektrycznego można podzielić na:
-
aktywne, to te które oddają energię elektryczną
-
pasywne, to te które pobierają energię elektryczną
Prawo Ohma: Prąd „I” płynący przez przewodnik o rezystancji „R” jest wprost
proporcjonalny do przyłożonego do jego końców napięcia i odwrotnie proporcjonalny do
rezystancji „R” przewodnika
I Prawo Kirchhoffa: Suma algebraiczna prądów w węźle obwodu prądu stałego jest równa
zero.
II Prawo Kirchhoffa: Suma algebraiczna napięć w oczku obwodu prądu stałego jest równa
zero.
I
R
U
I
4
I
5
I
1
I
2
I
3
R
U
I
I
R
U
I
U
R
0
5
4
3
2
1
I
I
I
I
I
0
1
n
k
k
I
Szeregowe połączenie rezystorów.
Przy szeregowym połączeniu rezystorów rezystancja zastępcza „R
2
” jest równa sumie
rezystancji składowych.
Równoległe połączenie rezystorów
Przy równoległym połączeniu rezystorów odwrotność rezystancji zastępczej równa się sumie
odwrotności rezystancji składowych.
1
R
1
E
1
R
4
I
4
I
2
R
2
E
2
2
3
4
I
3
R
3
E
3
R
1
R
2
R
3
R
2
R
1
R
2
R
3
R
2
0
3
3
3
2
2
2
4
4
1
1
1
I
R
E
E
I
R
I
R
I
R
E
0
1
1
l
m
l
l
n
k
k
I
R
E
n
k
k
R
R
1
2
3
2
1
2
R
R
R
R
3
2
1
2
1
1
1
1
R
R
R
R
n
k
k
R
R
1
2
1
1
Dla dwóch rezystorów połączonych równolegle
Zadania pomiarowe
1. Sprawdzenie słuszności prawa Ohma.
1. Połączyć układ pomiarowy wg rys.1.
2. Zmieniając pozycję suwaka rezystora R
S
wykonać pomiary napięcia i natężenia prądu w
obwodzie ( wartość rezystancji R poda prowadzący zajęcia ).
3. Pomiary powtórzyć dla rezystancji R dwukrotnie większej.
4. Wyniki pomiarów zapisać w tabeli nr 1.
UWAGA -
pomiary wykonywać na odpowiednio dobranych zakresach pomiarowych
mierników,
-
zwrócić uwagę, aby nie przekroczyć dopuszczalnej wartości prądu rezystora
dekadowego R podanej na jego obudowie.
2. Sprawdzenie słuszności praw Kirchhoffa.
1. Połączyć układ pomiarowy wg rys.2.
2. Dla jednej wartości prądu I nastawionej suwakiem rezystora R
S
zmierzyć wartości prądów
I
1
i I
2
oraz napięć U
AB
,U
BC
,U
AC
.
3. Zmienić wartość prądu I rezystorem suwakowym R
S
i powtórzyć pomiary jak wyżej.
4. Zmienić sposób połączenia rezystorów w układzie pomiarowym i powtórzyć pomiary.
5. Wyniki pomiarów zapisać w tabeli nr 2.
UWAGA -
pomiary wykonywać na odpowiednio dobranych zakresach pomiarowych
mierników,
-
zwrócić uwagę, aby nie przekroczyć prądów dopuszczalnych rezystorów
dekadowych R
1
,R
2
,R
3
.
Oznaczenia
U
AB
,U
BC
,U
AC
-
pomiary napięcia pomiędzy punktami A-B, B-C, A-C,
R
1
’,R
2
’,R
3
’ - obliczone z prawa Ohma wartości rezystancji R
1
,R
2
,R
3
,
R
AB
’,R
AC
’ - obliczone z prawa Ohma wartości rezystancji zastępczych R
AB
i R
AC
między
punktami A-B i A-C,
UWAGA -
zwrócić uwagę, aby w obliczeniach podstawić właściwą wartość napięcia i
prądu.
2
1
2
1
2
,
1
R
R
R
R
R
Schematy układów pomiarowych
Rys.1. Schemat układu pomiarowego do sprawdzenia słuszności prawa Ohma.
R
ys.2. Schemat układu pomiarowego do sprawdzenia słuszności praw Kirchhoffa.
Tabele pomiarowe
tabela nr 1
L.p.
R
U
I
R=U/I
---
V
mA
1
R
=____
_
2
3
4
5
6
7
1
R
=____
_
2
3
4
5
6
7
A
V
+
zasilacz
DC
_
R
A
1
A
2
A
3
+
zasilacz
DC
_
I
1
I
2
I
R
1
R
2
R
3
A
B
C
tabela nr 2
Konfiguracja
obwodu
I
1
I
2
I
U
AB
U
BC
U
AC
R
1
’
R
2
’
R
3
’
R’
AB
R
AC
’
---
mA
mA
mA
V
V
V
(R
1
R
2
) + R
3
(R1
R
3
) + R
2
(R
2
R
3
) + R
1
Teoretyczne wartości rezystancji odczytane z rezystorów dekadowych oraz zastępcze
całego obwodu ( obliczone ).
tabela nr 3
R
1
=
R
2
=
R
3
=
(R
1
R
2
) + R
3
(R
1
R
3
) + R
2
(R
2
R
3
) + R
1
Opracowanie wyników
1. Sprawdzenie słuszności prawa Ohma.
- dla obu badanych rez
ystorów wykreślić wykres napięcia w funkcji prądu [ U =f(I) ] ;
najlepiej na jed
nym układzie współrzędnych,
-
czy kształt wykresów odpowiada założeniom teoretycznym?
-
czy (i w jaki sposób) wykonane pomiary i obliczenia oraz wykreślone wykresy
potwierdzają słuszność prawa Ohma?
-
co jest przyczyną różnic między obliczonymi wartościami rezystancji a ich wartościami
nastawionymi na rezystorze dekadowym?
2. Sprawdzenie słuszności praw Kirchhoffa.
-
na podstawie otrzymanych wyników pomiarów obliczyć wartości rezystancji R
1
’,R
2
’,R
3
’
oraz rezystancje zastępcze R
AB
’, R
AC
’,
-
czy (i w jaki sposób) wykonane pomiary i obliczenia potwierdzają słuszność praw
Kirchhoffa?
-
co jest przyczyną różnic między obliczonymi wartościami rezystancji, a ich wartościami
nastawionymi na rezystorach dekadowych?
-
porównać obliczone wartości rezystancji zastępczych pomiędzy punktami A-C
z wartościami teoretycznymi i wyjaśnić ewentualne różnice.
Pytania kontrolne:
1. Podaj brzmienie Prawa Ohma i Praw Kirchhoffa
2.
Narysuj wykres U = f(I), ilustrujący prawo Ohma; podaj jego interpretację.
3.
Narysuj (opisz rolę poszczególnych elementów) układ do sprawdzania słuszności prawa
Ohma.
4.
Narysuj (opisz rolę poszczególnych elementów) układ do sprawdzania słuszności praw
Kirchhoffa.
5.
Omów znaczenie poszczególnych wielkości występujących w tabelach pomiarowych.