Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně"

Oldřich Netrval
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 Unvrzta Tomáš Bat v Zlíně LABORATORNÍ CVIČENÍ Z FYZIKY II Názv úlohy: Vntřní odpor zdroj a voltmtru Jméno: Ptr Luzar Skupna: IT II/ Datum měřní: 0.října 2007 Obor: Informační tchnolog Hodnocní: Přílohy: 0 Zadání: a) sstrojt Voltův článk b) určt lktromotorcké napětí a vntřní odpor článku c) sldováním vybíjní kondnzátoru přs odpor zdroj zjstět vntřní odpor voltmtru Základní pojmy: Elktromotorcké napětí j napětí nzatížného zdroj (zdroj, ktrým ntč proud). Svorkové napětí j napětí na svorkách zatížného zdroj (napětí skutčně změřné na zdroj). Vntřní odpor zdroj j odpor lktrolytu v případě galvanckého článku nbo odpor vnutí gnrátoru. J-l z zdroj odbírán proud, j svorkové napětí (napětí skutčně změřné na zdroj) díky jho úbytku na vntřním odporu mnší nž lktromotorcké napětí. Vntřní odpor zdroj by měl být co njmnší. Idální voltmtr má nkončně vlký vntřní odpor. Skutčné voltmtry mají odpor vlký, al n nkončný. Použté přístroj a pomůcky: Zdroj lktromotorckého napětí, dgtální ampérmtr a voltmtr, analogový voltmtr, rostat, kondnzátor, spojovací vodč. Prncp mtody: V Voltově článku slouží jako lktrody měď a znk v roztoku kyslny sírové. Př chmckých rakcích jsou Cu odbírány lktrony (nabíjí s kladně) a Zn přdávány (nabíjí s záporně). Tím vznkají na lktrodách rozdílné náboj, ktré s př spojní vodčm vyrovnávají - obvodm tč proud. Rozdíl potncálů lktrod lktrochmckého článku j určn přdvším lktrodovým potncály. Jsou to potncálové rozdíly na lktrckých dvojvrstvách vznkajících na rozhraní vodčů. a 2. třídy. Njsou-l lktrody vodvě spojny, j rozdíl jjch potncálů rovn součtu všch potncálových změn uvntř článku, a tnto součt s nazývá lktromotorcké napětí (EMN) článku (starší názv lktromotorcká síla). Označuj s njčastěj symbolmε. Vntřní odpor článku j vlastně odpor lktrolytu mz lktrodam. Tn j ovlvněn koncntrac kyslny, rozměry lktrod a jjch vzdálností. Elktromotorcké napětí vntřní odpor článku jsou ovlvňovány zplodnam chmckých rakcí na lktrodách. Př vodvém spojní obou lktrod (odporovým drátm nbo jakoukolv zátěží), kdy vlvm EMN prochází proud mz lktrodam, musí stjně vlký proud procházt uvntř článku v opačném smyslu (na lktrodách s nmůž trval hromadt náboj jdnoho znaménka), a mz lktrodam naměřím obcně napětí mnší nž j EMN článku, tzv. svorkové napětí (nbo prostě napětí) U. J to způsobno hlavně odporm lktrolytu př pohybu ontů. Exstuj zd tdy vntřní odpor článku R a na něm př průchodu proudu vznká potncální spád, ktrý s odčítá od EMN článku. Vntřní odpor mají obcně všchny druhy zdrojů napětí. Např. u dynama, gnrátoru nbo transformátoru j to odpor vnutí. Chcm-l posoudt použtlnost zdroj k nějakému účlu, musím znát njn jho EMN, al vntřní odpor. Př přpojní vnější zátěž o hodnotě odporu R bud podl II. Krchhoffova zákona obvodm téc proud ε I =, () R + R takž příslušné svorkové napětí (tj. napětí na zátěž) bud

2 U = RI= R R + R ε = ε RI. (2) To znamná, ž bud-l R << R, potom U ε. Takovému zdroj někdy říkám tvrdý zdroj. Naopak, pro R > R bud U < ε a mluvím o měkkém zdroj. Kapacta kondnzátoru j mírou jho schopnost pojmout náboj. J dfnována vztahm C=Q/U, (3) kd C j kapacta, Q j náboj na kondnzátoru a U j napětí mz jho dskam. Pokud nabtý kondnzátor přpojím k odporu R, potč odporm proud I=U/R, (4) ktrým s bud kondnzátor vybíjt a napětí mz jho dskam bud klsat. Uvážím-l, ž proud j dfnován jako náboj prošlý vodčm za jdnotku času I=dQ/dt, (5) můžm spojním vztahů (4) a (5) a násldným dosazním z vztahu (3) Q=CU dostat U R dq du = = C, (6) dt dt kd záporné znaménko říká, ž tč-l z kondnzátoru proud, j změna napětí záporná (napětí klsá). Tím jsm dostal dfrncální rovnc du = dt. (7) U RC Končně ntgrací pravé lvé strany a dosazním počátční podmínky U(t=0)=U 0 obdržím vztah Postup měřní: Sstrojní Voltova článku. Do zřděného roztoku kyslny vložt znkovou a měděnou lktrodu. Protož v laboratorních cvčních bohužl njsou povolny ztráty, používám místo kyslny sírové kyslnu ctronovou. Náš článk má vlm tlustou vrstvu lktrolytu a pro praktcké použtí tdy přílš vlký vntřní odpor. J proto schopn dodávat do obvodu proud pouz v jdnotkách mlampér. Vntřní odpor zdroj. Př odpojné zátěž změřt njprv napětí EMN zdroj U 0. Přpojt zátěž a nastavt zatěžovací proud přměřný druhu batr. Odčtět proud I Z a příslušné svorkové napětí U Z. Zátěž hnd po odčtní odpojt, aby ndocházlo k zbytčnému vybíjní zdroj. Snžujt hodnotu R Z a sldujt nárůst proudu a pokls napětí zdroj. Když dosáhnt maxmální hodnoty proudu, zvyšujt R Z, abyst s stjným krokm dosáhl opět mnmální hodnoty proudu. Dbjt na to, aby zdroj nbyl zatěžován přílš dlouho a přílš vlkým proudm. V opačném případě s vntřní odpor zdroj bud měnt v průběhu měřní. Vntřní odpor voltmtru. Kondnzátor přpojím na několk skund k zdroj lktromotorckého napětí 9 V. Po jho nabtí ho odpojím a přpojím k svorkám voltmtru. Voltmtr j přístroj s vysokým vntřním odporm. Tak, jak s kondnzátor bud přs odpor voltmtru pomalu vybíjt, bud klsat napětí na kondnzátoru. Ruččkovým voltmtrm měřt napětí na kondnzátoru každých skund tak dlouho, dokud napětí npoklsn pod 2V. V průběhu měřní s nsmí měnt rozsah přístroj! V R V I V I ε I Z R A R Z

3 Vypracování: Elktromotorcké napětí ε = 0,855 V Vntřní odpor vypočtm podl vzorc: ε Uz R = Iz [ Ω] Tabulka : Závslost svorkového napětí zdroj na odbíraném proudu (vzstupné měřní) č.m. U z [V] I z [ma] R[W] 0,70 0,30 56,67 2 0,69 0,36 472,22 3 0,66 0,42 464,29 4 0,63 0,5 445,0 5 0,58 0,64 426,56 6 0,53 0,84 392,86 7 0,45 0,89 453,93 8 0,35,3 445,3 9 0,3,2 450,4 0 0,02,80 46,67 R = (452,9 ± 30,) Ω Tabulka 2: Závslost svorkového napětí zdroj na odbíraném proudu (sstupné měřní) č.m. U[V] I[mA] R[W] 0,03 2,40 343,75 2 0,30,5 367,55 3 0,46,00 399,00 4 0,54 0,67 467,6 5 0,58 0,53 524,53 6 0,59 0,5 53,73 7 0,63 0,40 555,00 8 0,66 0,34 576,47 9 0,69 0,28 600,00 0 0,70 0,26 600,00 R = (494,7 ± 90,9) Ω Graf k tabulc : Graf závslot U na I 0,80 U [V] 0,60 0,40 0,20 y = -452,64x + 0,8583 0,00 0 0,0005 0,00 0,005 0,002 I [A] Z grafu č. lz vyčíst, ž R = - 452,64 Ω a ε = 0,8583 V Graf k tabulc 2: Graf závslot U na I I [A] 0,80 0,60 0,40 y = -305,25x + 0,7588 0,20 0,00 0 0,0005 0,00 0,005 0,002 0,0025 0,003 U [V] Z grafu č.2 lz vyčíst, ž R = - 305,25 Ω a ε = 0,7588 V

4 Měřní vntřního odporu voltmtru čas [s] dílky čas [s] dílky čas [s] dílky 0:00 50,5 2:00 29,0 24:00 7,0 0:30 49,0 2:30 28,5 24:30 7,0 :00 47,0 3:00 28,0 25:00 6,5 :30 46,0 3:30 27,0 25:30 6,0 2:00 45,0 4:00 26,5 26:00 5,5 2:30 44,5 4:30 26,0 26:30 5,0 3:00 43,0 5:00 25,5 27:00 5,0 3:30 42,0 5:30 25,0 27:30 4,5 4:00 4,0 6:00 24,5 28:00 4,0 4:30 40,5 6:30 23,5 28:30 4,0 5:00 39,0 7:00 23,0 29:00 3,5 5:30 38,5 7:30 22,5 29:30 3,0 6:00 37,0 8:00 22,0 30:00 3,0 6:30 37,0 8:30 2,5 30:30 2,5 7:00 36,0 9:00 2,0 3:00 2,0 7:30 35,0 9:30 2,0 3:30 2,0 8:00 34,5 20:00 20,5 32:00,5 8:30 33,5 20:30 20,0 33:00,5 9:00 33,0 2:00 9,5 33:30,0 9:30 32,0 2:30 9,0 34:00,0 0:00 3,5 22:00 8,5 34:30 0,5 0:30 3,0 22:30 8,0 35:00 0,0 :00 30,0 23:00 8,0 35:30 0,0 :30 29,5 23:30 7,5 36:00 0,0 Graf závslost ln U na t 2,5 2 ln U [V],5 0,5 0 y = -0,0008x + 2, t [s]

5 Z vztahu (8) a z směrnc přímky vypočítám vntřní odpor voltmtru: U = U0 xp t RC ln(u) = 2,3096-0,0008 t = 0,0008 RC R = ,0008 R = 56888, Ω R = 5,688 MΩ Vyhodnocní: Měřním vntřního odporu zdroj vyšly hodnoty R =(452,9 ± 30,)Ω a R =(494,7 ± 90,9)Ω, př ε=0,855 V. Chyba vznkla u odčítání hodnoty proudu na ampérmtru, z důvodu kolísání hodnot. U hodnot z směrnc vznkla chyba tím, protož křvka nbyla zcla lnární. Př měřní napětí na kondnzátoru jsm zjstl vntřní odpor voltmtru 5,68 MΩ. Hodnota by měla odpovídat v těchto jdnotkách, protož voltmtry mají co njvětší odpor. Př měřní s nsmí rozsah přístroj měnt, protož př jho změně by došlo také k změně odporu voltmtru.

Podobné dokumenty

M ě ř e n í o d p o r u r e z i s t o r ů

M ě ř e n í o d p o r u r e z i s t o r ů M ě ř n í o d p o r u r z s t o r ů Ú k o l : Proměřt sadu rzstorů s nznámým odporm různým mtodam a porovnat přsnost jdnotlvých měřní P o t ř b y : Vz sznam v dskách u úlohy na pracovním stol Obcná část: