Pracownia: prawo Ohma, rozgałęzienia i ogniwa

Potrzebne wiadomości: Prąd, napięcie, opór i symbole obwodów.

Przygotowanie i pomiar

Wszystkie doświadczenia wykonuj na sprawdzonym szkolnym źródle niskiego napięcia z ograniczeniem prądu, pod nadzorem nauczyciela. Nie podłączaj układu do sieci domowej. Przed zmianą przewodów odłącz źródło. Dobierz zakres i właściwe gniazdo miernika. Amperomierz włącz szeregowo z opornikiem, woltomierz równolegle do niego. Nigdy nie zwieraj źródła samym amperomierzem.

Wykonaj kilka pomiarów U,I dla opornika, ograniczając nagrzewanie. Zapisz tabelę i narysuj I(U), z jednostkami i niepewnościami. Prosta przez początek odpowiada stałemu R, a jej nachylenie wynosi 1/R. Dla wykresu U(I) nachylenie wynosi R. To nie jest ta sama interpretacja osi.

Wykres pozwala rozpoznać więcej niż jeden iloraz

Dane 1 V/0,020 A,2 V/0,040 A i 3 V/0,060 A pasują do R=50 Ω. Na osi pionowej I nachylenie wynosi 0,020 A/V, czyli przewodność. Po zamianie osi nachylenie U(I) wynosi 50 V/A. Sama jednostka pozwala wychwycić błędne nazwanie obu współczynników oporem.

Przy większej liczbie punktów oglądamy również odchylenia od prostej i powtarzalność. Stały błąd zera amperomierza może dawać niezerowy wyraz wolny, a nagrzewanie elementu zmieniać nachylenie. Dobieramy czas stabilizacji tak, aby porównywać podobne warunki; „prawo Ohma nie działa” nie jest pierwszym wnioskiem z niedopasowanego pojedynczego punktu.

Miernik jest częścią obwodu

Woltomierz ma duży, lecz skończony opór. Amperomierz ma mały, lecz niezerowy opór. Dla opornika 50 Ω prąd boczny woltomierza 10 MΩ przy 3 V jest 0,3 µA, zwykle mały wobec 60 mA. Przy badaniu oporów rzędu megaomów ten sam przyrząd może już znacząco obciążać układ.

Podaj na schemacie dokładne miejsca podłączenia. Amperomierz umieszczony przed rozgałęzieniem na opornik i woltomierz odczytuje sumę obu prądów. Sam napis „zmierzono U oraz I” nie wystarcza do oceny tej poprawki.

Rozgałęzienie i źródła

W dwóch gałęziach z opornikami porównaj prąd przed rozdzieleniem i sumę prądów gałęzi. Mierząc kolejno, sprawdź, czy źródło i temperatura pozostają stabilne. Pierwsze prawo Kirchhoffa wynika z braku trwałego gromadzenia ładunku w węźle.

Nauczyciel przygotowuje identyczne dopuszczone do zestawu ogniwa i oprawki. Zmierz napięcia osobno i w szeregu, sprawdzając oznaczone bieguny. Nie łącz przypadkowych akumulatorów, ogniw uszkodzonych ani nie próbuj ich ładować. Dodawanie napięć ze znakiem nie oznacza, że każda konfiguracja jest bezpiecznym źródłem do dowolnego odbiornika. W raporcie dołącz schemat; sama lista wartości nie pokazuje sposobu podłączenia.

Węzeł i źródła: konsekwentne znaki

Dla 0,15 A wpływających i 0,06 A w jednej gałęzi pozostały prąd wynosi 0,09 A. Gdy wyniki są zbierane kolejno, trzeba sprawdzić stabilność źródła. Różnica sum nie musi oznaczać trwałego gromadzenia ładunku; może powstać dlatego, że porównano różne chwile i temperatury.

W szeregu idealnych źródeł napięcia dodajemy ze znakiem względem ustalonego kierunku obchodzenia obwodu. Zmiana orientacji jednej baterii jest zmianą znaku, a nie jej wartości znamionowej. Obliczeniowy model nie zastępuje ograniczeń doboru rzeczywistych ogniw opisanych wyżej.

Zadania do tego tematu

• Opór i osie wykresu z modelowej tabeli
• Brakujący prąd w gałęzi
• Szereg dwóch modelowych źródeł o przeciwnym zwrocie

Dalsza lektura

Materiał referencyjny