Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia)

2. Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia) • Nazwa szkoły: • Zespół Szkół Ponadgimnazjalnych im. Józefa Nojego w Czarnkowie • ID grupy: 97/13_MF_G1 • Opiekun: mgr inż. Monika Mieloch-Sobczyńska • Kompetencja: • matematyczno-fizyczna • Temat projektowy: • Pomiar oporu elektrycznego • Semestr/rok szkolny: II / 2010/2011

3. Prąd elektryczny • Prąd elektryczny to uporządkowany ruch cząstek naładowanych odbywający się pod wpływem działania na te cząstki pola elektrycznego (różnicy potencjałów). W metalach nośnikiem ładunku są swobodne elektrony. W cieczach (elektrolitach) są to dodatnie i ujemne jony. W gazach nośnikami ładunku elektrycznego są elektrony i jony (na przykład wyładowanie atmosferyczne). Przyjęto umowę, by kierunek prądu oznaczać tak jak by jego nośnikami były ładunki dodatnie – ruch odbywa się z obszaru o wyższym potencjale do obszaru o niższym potencjale.

4. Warunek przepływu prądu elektrycznego w przewodniku • Warunek przepływu prądu elektrycznego w przewodniku jest istnienie pola elektrycznego, będącego wynikiem wytworzenia w różnych punktach przewodnika różnych potencjałów. Gdy potencjały wyrównają się pole elektryczne w przewodniku zanika i uporządkowany ruch elektronów ustaje.

5. SEM (siła elektromotoryczna ogniwa) • SEM (siła elektromotoryczna ogniwa) – charakteryzuje ogniwo pod względem zdolności do wykonania pracy na przemieszczenie ładunku Źródłem SEM jest urządzenie, w którym nieelektryczna energia może być w sposób ciągły zmieniana na energię elektryczną.

6. Natężenie prądu elektrycznego • Natężenie prądu elektrycznego nazywamy stosunek ładunku elektrycznego przepływającego przez poprzeczny przekrój przewodnika do czasu, w którym ten ładunek przepłynął.

7. Prawo Ohma • Prawo Ohma -natężenie prądu przepływającego przez przewodnik jest wprost proporcjonalne do napięcia przyłożonego na jego końcach.

8. Opór elektryczny przewodnika • Opór elektryczny przewodnika nazywamy, stały dla tego przewodnika w danej temperaturze, stosunek napięcia do natężenia prądu

9. Zależność oporu przewodnika od wymiarów geometrycznych • Zależność oporu przewodnika od wymiarów geometrycznych – opór elektryczny przewodnika jest wprost proporcjonalny do jego długości, odwrotnie proporcjonalny do pola powierzchni jego przekroju poprzecznego oraz zależy od rodzaju materiału, z którego jest wykonany przewodnik.

10. Zależność oporu przewodnika od temperatury

11. Prawo Ohma dla całego obwodu • Prawo Ohma dla całego obwodu – natężenie prądu płynącego w obwodzie jest wprost proporcjonalne do siły elektromotorycznej, a odwrotnie proporcjonalne do całkowitego oporu obwodu.

12. Pomiar napięcia (woltomierz) • Pomiar napięcia (woltomierz) -pomiar napięcia wykonuje się woltomierzem, który dołącza się równolegle do punktów obwodu. Woltomierz powinien mieć opór bardzo duży w stosunku do oporów innych elementów obwodu. Zmiana zakresu pomiaru woltomierza odbywa się przez włączenie szeregowo do woltomierza dużych oporów.

13. Pomiar natężenia (amperomierz) • Pomiar natężenia (amperomierz) - pomiar natężenia prądu wykonuje się amperomierzem, który dołącza się w obwód szeregowo. Amperomierz powinien mieć jak najmniejszy opór. W celu zmiany zakresu skali amperomierza stosuje się włączane do niego równolegle opory zwane bocznikami.

14. Prawa Kirchhoffa. Łączenie oporów • I prawo Kirchhoffa Suma natężeń prądów wpływających do punktu węzłowego jest równa sumie natężeń prądów wypływających z tego punktu.

15. Prawa Kirchhoffa. Łączenie oporów • II prawo Kirchhoffa Suma algebraiczna sił elektromotorycznych (SEM) i spadków napięć w obwodzie zamkniętym jest równa zero.

16. Łączenie oporów • W połączeniu szeregowym odbiorników opór zastępczy jest równy sumie oporów poszczególnych odbiorników. Połączenie szeregowe

17. Wyprowadzenie wzoru na opór zastępczy połączenia szeregowego • Z drugiego prawa Kirchhoffa wynika:

18. Cechy połączenia • Przez każdy opornik wchodzący w skład połączenia przepływa prąd o tym samym natężeniu. Suma spadków napięcia na poszczególnych opornikach połączenia jest równa napięciu przyłożonemu do połączenia. Połączenie to stosuje się w celu zwiększenia oporu.

19. Połączenie równoległe • W połączeniu równoległym odbiorników odwrotność oporu zastępczego jest równa sumie odwrotności oporów poszczególnych odbiorników.

20. Wyprowadzenie wzoru na opór zastępczy połączenia równoległego • Z pierwszego prawa Kirchhoffa wynika:

21. Cechy połączenia • Na każdym oporze wchodzącym w skład połączenia jest ten sam spadek napięcia, który jest równy napięciu przyłożonemu do połączenia. Suma natężeń prądów przypływających przez elementy połączenia jest równa natężeniu prądu wpływającego do połączenia. Połączenie stosuje się w celu zmniejszenia oporu. Uzyskany opór jest mniejszy od najmniejszego wchodzącego w skład połączenia.

22. Doświadczenie Pomiar oporu elektrycznego metodą amperomierz-woltomierz zasilacz multimetr cyfrowy włączony jako woltomierz Opornica suwakowa multimetr cyfrowy włączony jako amperomierz Zdjęcie zestawu doświadczalnego

23. Wyniki pomiarów

24. Wykres zależności natężenia prądu od przyłożonego napięcia

25. wnioski • Na podstawie wyników z przeprowadzonego doświadczenia możemy stwierdzić, iż udało się nam potwierdzić słuszność prawa Ohma. • Natężenie prądu przepływającego przez przewodnik jest wprost proporcjonalne do napięcia przyłożonego na jego końcach.

26. doświadczenie Pomiar oporu elektrycznego przewodnika w zależności do jego długości i średnicy dla przewodnika aluminiowego zasilacz multimetr cyfrowy włączony jako woltomierz multimetr cyfrowy włączony jako amperomierz Zestaw przewodników do badania oporu elektrycznego Zdjęcie zestawu doświadczalnego

27. Wyniki doświadczenia

28. wnioski • Wniosek 1: • Przy tej samej średnicy zwiększenie długości przewodu powoduje wzrost oporu elektrycznego. • Wniosek 2: • Przy tej samej długości przewodnika zwiększenie średnicy przewodu powoduje, że opór elektryczny maleje .

29. Sprawdzenie poprawności uzyskanych wyników pomiaru dla przewodnika o średnicy 1 mm • d = 1mm = 1* 10-3m • l = 1m • ƍ = 0,12 * 10-6 Ω * m

30. Sprawdzenie poprawności uzyskanych wyników pomiaru c.d. • d = 1mm = 1* 10-3m • l = 0,5m • ƍ = 0,12 * 10-6 Ω * m

31. Sprawdzenie poprawności uzyskanych wyników pomiaru dla przewodnika o średnicy 1,5 mm • l = 1m • d = 1,5mm = 1,5* 10-3m • ƍ = 0,12 * 10-6 Ω * m

32. Sprawdzenie poprawności uzyskanych wyników pomiaru c.d. • l = 0,5m • d = 1,5 mm = 1,5 * 10-3m • ƍ = 0,12 * 10-6Ω * m

33. Pomiar oporu z wykorzystaniem mostka Wheatstone’a • Ponieważ na stanie pracowni nie ma rezystora dekadowego wykonanie praktyczne tego doświadczenia nie było możliwe. Dlatego jego opracowanie pozostało na poziomie teoretycznym. Objaśnienie oznaczeń Za pomocą mostka Wheatsone’a można wyznaczyć opór przewodnika (opornika) Rx, nie mierząc napięcia ani natężenia prądu. G – galwanometr R – opornik wzorcowy Rx – opornik, którego opór będzie wyznaczany E – bateria lub zasilacz AB – drut oporowy zapięty na drewnianej listwie C– oznacza miejsce dołączenia przewodu połączonego z galwanometrem do drutu oporowego W – wyłącznik Rb, Ra – długości odcinków, odpowiednio AC oraz CB drutu oporowego Schemat połączenia

34. Spis literatury • Fizyka i astronomia cz. 1 i 2 wyd. Nowa Era • Fizyka dla liceum zawodowego i technikum J.Mirecki wyd. WSiP • Fizyka cz.3 D. Halliday, R. Resnik wyd. PWN • Fizyka wokół nas P.G.Hewittwyd.PWN • www.astrofiz.pl/fizyka/doswiadczenia/elektromagnetyzm/mostekwheatstone/strona.html • www.wikipedia.pl