Krzysztof Woźniak 26.10.2012r.

L01, grupa IV

Sprawdzanie prawa Ohma dla obwodów prądu stałego

  1. Wstęp

Czym jest prąd elektryczny

Prąd elektryczny jest uporządkowanym (skierowanym) ruchem ładunków elektrycznych. W metalach nośnikami ładunku są elektrony. Elektrony znajdujące się w paśmie przewodnictwa mogą swobodnie się przemieszczać w objętości metalu. Dlatego wszystkie metale są dobrymi przewodnikami, a prąd elektryczny w metalach jest ruchem elektronów przewodnictwa.

W konwencjonalnych półprzewodnikach w temperaturze zera bezwzględnego nie ma elektronów w paśmie przewodnictwa. Przewodzenie prądu wymaga przeniesienia elektronów z pasma walencyjnego do przewodnictwa.

W elektrolitach nośnikami ładunku są ruchliwe jony - aniony (-) i kationy (+).

W gazach nośnikami prądu są również jony.

Prawo Ohma

Sprawdzenie prawa Ohma polega na wykazaniu, że prąd płynący przez opornik lub układ oporników jest wprost proporcjonalny do wartości przyłożonego napięcia.

I = U/R

Prawo Ohma brzmi następująco:

Natężenie prądu I płynącego w przewodniku jest proporcjonalne do różnicy potencjałów (napięcia U) na jego końcach.

Opór i oporność

Rezystancja (opór), to wielkość charakteryzująca relacje między napięciem a natężeniem prądu elektrycznego w obwodach prądu stałego. Jednostką rezystancji jest om (Ω).

Rezystancja przewodnika o jednakowym przekroju poprzecznym do kierunku przepływu prądu jest proporcjonalna do długości przewodnika, odwrotnie proporcjonalna do przekroju i zależy od materiału, co wyraża zależność:

0x01 graphic

gdzie

l - długość przewodnika,

S - pole przekroju poprzecznego przewodnika,

ρ - opór właściwy (rezystywność) przewodnika, parametr charakteryzujący materiał.

Opór zastępczy w połączeniu szeregowym i równoległym oporników

W połączeniu szeregowym rezystancja zastępcza jest sumą poszczególnych wartości.

0x01 graphic

0x01 graphic

W połączeniu równoległym odwrotność rezystancji zastępczej jest sumą odwrotności poszczególnych wartości:

0x01 graphic

0x01 graphic

2. Pomiary

R1

R2

Poł. Szeregowe

Poł. Równoległe

U[V]

I[mA]

U[V]

I[mA]

U[V]

I[mA]

U[V]

I[mA]

0,5

0,47

0,5

0,33

0,5

0,2

0,5

0,84

1

0,96

1

0,62

1

0,37

1

1,56

1,5

1,46

1,5

0,92

1,5

0,54

1,5

2,4

2

1,96

2

1,22

2

0,76

2

3,17

2,5

2,36

2,5

1,58

2,5

0,92

2,5

3,93

3

2,86

3

1,89

3

1,13

3

4,7

3,5

3,37

3,5

2,17

3,5

1,31

3,5

5,4

4

3,8

4

2,47

4

1,52

4

6,2

4,5

4,34

4,5

2,79

4,5

1,69

4,5

6,95

5

4,76

5

3,09

5

1,88

5

7,88

5,5

5,24

5,5

3,42

5,5

2,06

5,5

8,55

6

5,75

6

3,73

6

2,23

6

9,3

6,5

6,16

6,5

3,99

6,5

2,41

6,5

10,03

7

6,63

7

4,35

7

2,61

7

10,95

7,5

7,1

7,5

4,63

7,5

2,81

7,5

11,7

8

7,62

8

4,91

8

3,02

8

12,53

8,5

8

8,5

5,21

8,5

3,17

8,5

13,25

9

8,5

9

5,55

9

3,38

9

14

9,5

9

9,5

5,86

9,5

3,56

9,5

14,65

10

9,49

10

6,17

10

3,72

10

15,53

Suma

105

99,83

105

64,9

105

39,29

105

163,52

Rezystancje w kOhmach

R1

1,051788

R2

1,617874

Rs

2,672436

Rr

0,642123

Rs'

2,669662

Rr'

0,637407

3. Obliczenia

(policzono w MS Excel)

0x01 graphic


4. Wykres zależności I od U

5. Wnioski

Rezystancje układów były stałe, niezależnie od zadawanego napięcia.

Rezystancja oporników połączonych równolegle była mniejsza niż rezystancja pojedynczych oporników, bo:

0x01 graphic

Rezystancja oporników połączonych szeregowo była sumą rezystancji pojedynczych oporników, bo:

0x01 graphic