Перевірка закону Ома для ділянки кола та визначення опору провідника (варіант 1)

Завдання роботи:

визначити опори резисторів за значеннями струму та прикладеної напруги та порівняти їх із номіналами.

Обладнання:

набірне поле «Школяр», датчик напруги, датчик струму, з’єднувальні провідники, джерело струму (батарея акумуляторів), АЦП (аналогово-цифровий перетворювач) Einstein LabMate+, кабелі для під’єднання датчиків, ПК.

Основні терміни та поняття

Електричний опір ЗАКОН ОМА ДЛЯ ДІЛЯНКИ КОЛА. ОПІР МЕТАЛЕВИХ ПРОВІДНИКІВ. НАДПРОВІДНІСТЬ – ЗАКОНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ Закон Ома для ділянки кола

Теоретична частина

Рис. 1. Загальний вигляд обладнання

Закон Ома – це твердження про пропорційність сили струму в провіднику до прикладеної напруги.
Закон Ома справедливий для металів і напівпровідників за не надто великих прикладених напруг. Якщо для елемента електричного кола справедливий закон Ома, то говорять, що цей елемент має лінійну вольт-амперну характеристику. Закон Ома справедливий для провідників, виготовлених із матеріалів, у яких є вільні носії заряду: електрони, провідності, дірки або іони. Якщо до таких провідників прикласти напругу, то в них виникає електричне поле, що змушуватиме носії заряду рухатися. Під час цього руху носії заряду прискорюються і збільшують свою кінетичну енергію. Проте зростання енергії носіїв заряду обмежене зіткненнями між собою, з атомами матеріалу, зміщеними з положень рівноваги внаслідок теплового руху, з домішками. Під час таких зіткнень надлишкова кінетична енергія носіїв струму передається коливанням кристалічної ґратки, виділяючись у вигляді тепла. В електротехніці прийнято записувати закон Ома в інтегральному вигляді:

U=I∙R, (1)

де U – прикладена напруга, В;
І – сила струму, А;
R – електричний опір провідника, Ом.
Електричний опір провідника – це фізична величина, що характеризує здатність провідника опиратися проходженню електричного струму. Опір провідника визначається з закону Ома для ділянки електричного кола. Закон Ома для ділянки електричного кола формулюється так: сила струму на ділянці кола прямо пропорційна прикладеній напрузі та обернено пропорційна опору самого провідника:

I=U/R, (2)

де U – прикладена напруга;
R – опір провідника.
З формул (1) та (2) R=U/I. У міжнародній системі СІ опір вимірюється в Омах. Позначення – R. Елементи електричних кіл, для яких виконується закон Ома, називають лінійними елементами електричних кіл. У цій лабораторній роботі пропонується розрахувати опір резистора за значеннями прикладеної до його кінців напруги та сили струму, що проходить через нього.

Хід роботи

1. Зберіть електричне коло відповідно до рисунку 1.
2. З’єднайте датчик напруги паралельно з постійним резистором номінальним опором 20 Ом.
3. З’єднайте послідовно з резистором датчик струму.
4. З’єднайте АЦП з USB-входом вашого ПК (дочекайтеся моменту, коли світлодіод на АЦП змінить колір з червоного на жовтий або зелений).
5. З’єднайте датчики струму та напруги з АЦП.
6. Підготуйте в зошиті або на ПК таблицю для занесення результатів.
7. Запустіть програму MiLAB, обравши іконку .
8. Натисніть кнопку на АЦП так, щоб світлодіод почав блимати.
9. Виберіть внизу вікна «Повне налаштування».
10. Виберіть у цьому вікні датчики напруги та струму.
11. Виберіть дискретизацію «Вручну», кількість замірів – 10.
12. Виберіть «Мінімальні налаштування».
13. Виберіть вкладку «Робочий простір» – «Вікно таблиці» .
14. Приєднайте джерело струму та замкніть ключ.
15. Натисніть кнопку «Замір» .
16. Плавно повертайте ручку змінного резистора, щоразу натискаючи кнопку «Замір» .
17. Після завершення реєстрації даних розімкніть ключ.
18. Замініть постійний резистор номінальним опором 20 Ом на резистор 10 Ом та проведіть аналогічні вимірювання.

Аналіз даних

1. Перенесіть отримані дані до таблиці.
2. Розрахуйте опір резистора R для кожного заміру. Результат занесіть до таблиці.
3. Розрахуйте середнє значення опору резистора Rсер. Занесіть результат до таблиці.
4. Порівняйте отримані значення опорів із номіналами відповідних резисторів та дійдіть висновків відповідно до мети роботи.

Таблиця результатів