ET – 2 „OBWODY PRĄDU STAŁEGO”

ET – 2
„OBWODY PRĄDU STAŁEGO”
I. Część teoretyczna.
1. Prawa Kirchhoffa. I prawo – prawo węzłów, II – prawo obwodów.
Rozwiązywanie obwodów.
2. Układ poprawnego pomiaru napięcia. Układ poprawnego pomiaru prądu.
Kiedy trzeba uwzględniać opór wewnętrzny mierników?
R
R
A
V
A
V
Wykazać, że jeżeli pierwszym obwodzie zastosujemy woltomierz cyfrowy o dużym oporze
wewnętrznym (rzędu 10 MΩ), to możemy zaniedbać poprawkę i traktować ten obwód jako
poprawnie mierzący i prąd i napięcie.
3. Charakterystyka prądowo – napięciowa opornika.
I
[mA]
•
•
•
•
•
•
•
U [V]
1
1
⋅U
R
U=RI
I=
y = bx + a
b = tgα =
b=
1
R
R=
1
R
1
b
∆R = R
∆b
b
4. Źródła siły elektromotorycznej: ogniwa, baterie, zasilacze, zasilacze stabilizowane.
Definicja siły elektromotorycznej E.
Definicja oporu wewnętrznego ogniwa.
r
E
A
RA
R
R
V
RV
Schemat układu pomiarowego
Schemat zastępczy
Z prawa Ohma dla obwodu zamkniętego
E = I (R+r)
lub z II prawa Kirchhoffa
E = I⋅R + I⋅r
gdzie iloczyn
IR = U
i po przekształceniu
U = E – r⋅I
Jest to krzywa typu y = a + bx , gdzie współczynnik kierunkowy prostej jest równy oporowi wewnętrznemu r, a wyraz wolny jest równy sile elektromotorycznej E.
II. Część doświadczalna.
1. Charakterystyka prądowo – napięciowa opornika.
a) Zaprojektować i zbudować obwód
2
E
Aa
R
Vc
b) Wykonać ok. 10 pomiarów natężenia prądu I oraz napięcia U (zmieniając wartość napięcia zasilającego).
c) Sporządzić wykres I = f (U).
d) Obliczyć wartość oporu R metodą graficzną lub analityczną (np. stosując metodę najmniejszych kwadratów albo procedurę REGLINP z Excela).
2. Wyznaczenie siły elektromotorycznej E i oporu wewnętrznego r.
(Do tej części ćwiczenia można wykorzystać instrukcję do ćwiczenia E-36A).
a) Zbudować obwód wykorzystując jako źródło siły elektromotorycznej zasilacz stabilizowany wraz z szeregowo dołączonym opornikiem dekadowym, który będzie symulował
opór wewnętrzny źródła. Taki trick techniczny pozwoli nam wyeliminować niedogodność podczas stosowania ogniw galwanicznych.
Vc
E = 12V
1000 Ω
r
R
Aa
b) Wykonać pomiary nieliniowo zmieniając wartości oporu R aby punkty na wykresie rozłożyły się mniej więcej równomiernie. Mogą to być następujące wartości w Ω:
50, 100, 150, 200, 300, 400, 600, 800, 1000, 1500, 2000, 3000, 5000,7000,10000.
(W zespole każdy student wykonuje pomiary dla innych wartości E i R).
c) Sporządzić wykres zależności U = f (I), dla kilku punktów zaznaczyć niepewności pomiarowe.
d) Obliczyć parametry prostej b = r, a = E oraz ∆r, ∆E.
e) Sformułować wnioski.
3