2. Měření odporu rezistoru a volt-ampérové charakteristiky žárovky

Transkript

1 Fyzikální praktikum 1 2. Měření odporu rezistoru a volt-ampérové charakteristiky žárovky Jméno: Václav GLOS Datum: Obor: Astrofyzika Ročník: 1 Laboratorní podmínky: Teplota: 22,6 C Tlak: 1000,0 hpa Vlhkost: 48 % Úvod: Naším prvním úkolem je změřit odpor dvou rezistorů pomocí dvou různých zapojení viz. obrázky 1 a 2. Druhým úkolem je proměření volt-ampérové charakteristiky žárovky. Obr. 1 - Zapojení A Obr. 2 - Zapojení B Teorie: Elektrický odpor je fyzikální veličina charakterizující schopnost elektrických vodičů vést elektrický proud. Elektrický odpor je definován vztahem: R = (1) 1

2 Pro zapojení A je třeba vzorec upravit tak, že od naměřeného proudu odečteme proud tekoucí voltmetrem abychom získali proud tekoucí měřeným rezistorem. R = R V (2) Při zapojení B je třeba od měřeného napětí odečíst úbytek napětí na ampérmetru abychom získali úbytek napětí na měřeném rezistoru. R = R A (3) Postup: Potřebné vybavení: Zdroj napětí, ampérmetr, voltmetr, propojovací kabely, měřené rezistory a žárovka. Nejprve provedeme kontrolu pomůcek zda nejsou nějak poškozeny. Dále se seznámíme s třídami přesnosti použitých měřících přístrojů, hodnotami jejich rozsahů a zjistíme hodnoty vnitřních odporů při použitých rozsazích. Tyto údaje použijeme pro stanovení nejistot jednotlivých měření napětí a proudů, dále značené jako σ a σ. Na zdroji nastavíme minimální hodnotu napětí, na ampérmetru a voltmetru přepneme na nejvyšší rozsah měřených hodnot a začneme se zapojením obvodu dle obr. 1. Po kontrole zapojení přistoupíme k měření. Po zapnutí zdroje nastavíme požadované napětí a snižujeme rozsahy měřících přístrojů postupně tak, aby bylo měřeno v co nejmenším rozsahu. Po naměření prvního rezistoru vypneme zdroj, dáme měřící přístroje do počátečního stavu, přepojíme druhý rezistor a postupujeme stejně jako u rezistoru prvního. Následně realizujeme zapojení podle obr. 2 a postupujeme stejně jako u předchozího zapojení. Pro měření volt-ampérové charakteristiky žárovky využijeme zapojení A, které je vhodné pro měření malých odporů a postupujeme stejně jako u předchozích měření jen s tím rozdílem, že uděláme měření více pro různá napětí. V našem případě jsme provedli 6 měření v rozsahu vstupního napětí od 1,16 do 10,7 voltu. Zadanou maximální hodnotu 24 voltů jsme vzhledem k chování žárovky neriskovali. Pro změřené hodnoty napětí a proudů spočítáme nejistoty měření a pomocí zákona šíření nejistoty stanovíme nejistotu pro výsledný odpor σ R. 2

3 Nejistota pro určení odporu pomocí vzorce (1): ( ) R 2 ( ) R 2 (1 ) 2 ( ) 2 σ + σ = σ + 2 σ (4) Nejistota pro určení odporu pomocí vzorce (2): ( ) R 2 ( ) R 2 σ + σ = ( ( R V ) 2 σ ) 2 (( 1 + R + V R V ( R V ) 2 ) σ ) 2 (5) Nejistota pro určení odporu pomocí vzorce (3): ( ) R 2 ( ) R 2 (1 ) 2 ( ) 2 σ + σ = σ + 2 σ (6) Zpracování: Úkol 1: Měření metodou A: Rezistor R 1 : = 3,0500 V σ = (0,001 3,05) 2 + 0,002 2 = 0,0036 V = 31,45 ma (Rozsah 100 ma) σ = 0,12 ma Rezistor R 2 : = 51,320 V σ = 0,051 V = 0, ma (Rozsah 200 µa) σ = 0,00023 ma 3

4 Měření metodou B: Rezistor R 1 : = 5,000 V σ = 0,005 V = 31,50 ma (Rozsah 100 ma) σ = 0,12 ma Rezistor R 2 : = 51,680 V σ = 0,052 V = 0, ma (Rozsah 200 µa) σ = 0,00023 ma Výsledné hodnoty rezistorů a nejistot - tabulka č. 1: Rezistor Metoda A Metoda B R V R = R = R = R = R A R 1 (96,98 ± 0,39) Ω (96,98 ± 0,35) Ω (158,73 ± 0,64) Ω (136,23 ± 0,64) Ω R 2 (855,33 ± 3,39) kω (935,34 ± 43,62) kω (929,50 ± 3,96) kω (921,50 ± 3,96) kω Úkol 2: Hodnoty napětí a proudu při měření volt-ampérové charakteristiky - tabulka č. 2: [V] 1,16 2,70 5,35 7,20 8,90 10,70 [ma] 30,25 40,25 54,50 64,00 73,50 82,00 4

5 Závěr: Výsledky měření v úkolu prvním potvrdily předpoklad, že metoda A je vhodná pro měření malých odporů, protože v případě malého odporu je proud volt-metrem minimální a tak se změřená hodnota proudu blíží hodnotě na rezistoru. Také se potvrdilo, že metoda B je vhodná pro měření větších odporů, protože tak dochází k menšímu úbytku napětí na ampérmetru a hodnota měřeného napětí se tak s rostoucím odporem rezistoru více blíží skutečnému úbytku napětí na rezistoru. V úkolu druhém volt-ampérová charakteristika žárovky ukazuje nelinenárnost závislosti proudu na napětí. Je to dáno zahříváním wolframového vlákna, díky čemuž dochází k růstu jeho odporu. 5