Pomiar oporu przewodu podczas jego nagrzewania

Rozwiązanie

Sprawdzamy warunek stałej temperatury

Rosnący prąd może zwiększać moc ogrzewania przewodu. Wtedy temperatura nie pozostaje stała, a opór metalowego przewodu może się zmieniać. Rosnący iloraz U/I nie testuje więc bezpośrednio prawa dla niezmienionej temperatury.

Dwa możliwe plany

Można ograniczyć nagrzewanie w odpowiednim szkolnym układzie niskonapięciowym i badać zależność U(I) przy prawie stałych warunkach. Można też jawnie mierzyć temperaturę i zmienić pytanie na zależność R(T). Wybór powinien wynikać z celu, nie z dopasowywania wyjaśnienia po otrzymaniu wyniku.

Wynik

Nie. Rosnący prąd może nagrzewać przewód, a jego opór może zależeć od temperatury. Badanie nie kontrolowało więc warunku stałej temperatury. Trzeba ograniczyć nagrzewanie, np. małymi prądami i krótkimi odczytami w odpowiednim szkolnym układzie, albo osobno mierzyć temperaturę i jawnie badać R(T). Nie należy zwiększać obciążenia aż do przegrzania przewodu.

Kontrola czasu i kolejności

Warto wrócić do tego samego małego prądu po większym obciążeniu i porównać wskazania po odpowiednim czasie. Jeśli różnica zanika podczas chłodzenia, wspiera to hipotezę wpływu temperatury. Nie jest konieczne ani właściwe doprowadzanie przewodu do przegrzania, aby testować tę zależność.

Wniosek: nie wykazano błędu prawa w zadanych stałych warunkach, jeśli tych warunków nie zachowano. To nie znaczy, że każdy dowolny przewód jest liniowy przy każdej temperaturze i napięciu. Zakres modelu trzeba ustalić i sprawdzić, a surowych punktów nie poprawiać do oczekiwanej prostej.

Oddzielamy sterowanie prądem od upływu czasu

Przy stałym R moc P=I²R wzrasta czterokrotnie po podwojeniu prądu. Jest to przewidywanie początkowe; gdy temperatura rośnie i R się zmienia, trzeba uwzględnić rzeczywiste U oraz I. Zapisuj czas od włączenia i temperaturę, a mały prąd odniesienia powtórz między większymi ustawieniami. Jeśli to samo odniesienie daje później inny iloraz U/I, seria nie przebiegała w stałych warunkach. Zmiana kolejności pomaga wykryć problem, ale sama nie utrzymuje stałej temperatury.

Powiązana teoria

Jak zaplanować doświadczenie, żeby wynik odpowiadał na pytanie?

Dalsza lektura

Materiał referencyjny