Badanie prądu elektrycznego z wykorzystaniem programu komputerowego COACH

Teresa Stoltmann Anna KamińskaUAM Poznań

I. Stosowane przyrządy i materiały

Zestaw komputerowy Interfejs pomiarowy z programem COACH Źródło prądu stałego Oporniki laboratoryjne Potencjometr Mierniki prądu – amperomierze i

woltomierze Przewody elektryczne.

II. Wykonane doświadczenia:

Badanie prawa Ohma. Wyznaczanie oporu zastępczego dwóch oporników połączonych szeregowo.3. Wyznaczanie oporu zastępczego dwóch oporników połączonych równolegle.4. Badanie I prawa Kirchhoffa.5. Badanie prądu rozładowania kondensatora.

Ad. 1. Cel doświadczenia: Wyznaczanie zależności I(U) dla danego opornika.

V A

R=100 Ω POTENCJOMETR

WynikiPoniższa tabela pokazuje otrzymane wyniki napięcia (V) i natężenia prądu ( mA) oraz oporu elektrycznego R [Ω] jako ilorazu U [V]/ I[A]

U I R V mA Ω 1,566464103 15,74642247 99,48063 1,566464103 16,12798535 97,12708 1,558571551 16,12798535 96,63771 1,566464103 15,36485959 101,9511 1,566464103 15,36485959 101,9511 1,566464103 16,12798535 97,12708 1,574356655 16,12798535 97,61645 1,582249206 16,12798535 98,10582 1,582249206 15,36485959 102,9784 1,590141758 16,12798535 98,59519

1,676959829 16,89111111 99,28061 1,684852381 17,27267399 97,54439 1,684852381 17,27267399 97,54439 1,676959829 16,89111111 99,28061 1,676959829 16,89111111 99,28061 1,684852381 16,89111111 99,74787 1,684852381 16,89111111 99,74787 1,684852381 16,89111111 99,74787 1,676959829 16,89111111 99,28061 1,676959829 16,89111111 99,28061 1,684852381 16,89111111 99,74787

U I R

U I R

1,866381075 18,41736264 101,3381 1,866381075 18,41736264 101,3381 1,858488523 18,79892552 98,86142 1,866381075 18,79892552 99,28126 1,858488523 18,41736264 100,9096 1,858488523 18,79892552 98,86142 1,858488523 18,79892552 98,86142 1,866381075 18,79892552 99,28126 1,858488523 18,41736264 100,9096 1,858488523 18,79892552 98,86142 1,858488523 18,41736264 100,9096

U I R

2,189975702 21,85142857 100,2212 2,189975702 21,46986569 102,0023 2,18208315 21,85142857 99,85998

2,189975702 21,85142857 100,2212 2,18208315 21,85142857 99,85998

2,197868254 22,23299145 98,85616 2,197868254 21,46986569 102,3699 2,197868254 22,23299145 98,85616 2,205760806 21,85142857 100,9436

U I R

4,510385959 44,36363858 101,6685 4,510385959 44,74520147 100,8016 4,510385959 44,74520147 100,8016 4,510385959 44,36363858 101,6685 4,502493407 44,74520147 100,6252 4,510385959 45,12676435 99,94924 4,51827851 44,74520147 100,9779 4,51827851 45,12676435 100,1241

4,541956166 45,12676435 100,6488 4,597204029 45,88989011 100,179

Wyniki pomiarów przedstawia poniższe wykresy wykonane w

programie Coach 5 .

Wnioski

Otrzymane wyniki potwierdzają fakt, że wraz ze wzrostem napięcia proporcjonalnie wzrasta natężenie prądu płynącego w przewodniku.

Opór elektryczny R to iloraz napięcia i natężenia prądu. Jest stały dla danego przewodnika i wynosi w tym doświadczeniu 100 Ω.

Ad. 2. Cel doświadczenia: Wyznaczenie oporu zastępczego

dwóch oporników połączonych szeregowo.

R1= 100 Ω R2=100 Ω

A

V

Otrzymane wyniki

U I Opór V mA Ω

4,676129548 24,14080586 193,7022971 4,676129548 23,75924298 196,8130699 4,676129548 24,14080586 193,7022971 4,668236996 24,14080586 193,3753589 4,676129548 23,75924298 196,8130699 4,676129548 23,75924298 196,8130699 4,676129548 23,75924298 196,8130699 4,676129548 23,75924298 196,8130699 4,676129548 23,75924298 196,8130699 4,676129548 24,14080586 193,7022971

Fragment wyników uzyskanych w programie Coach

5.

W połączeniu szeregowym oporników opór zastępczy obliczamy ze wzoru:

21 RRR 100100R

200R

21 RRR 100100R

200R

Wnioski W połączeniu szeregowym opór

zastępczy kilku jest większy od oporu każdego z nich. Wraz z dołączeniem kolejnych oporników opór zastępczy będzie wzrastał.

Ad. 3. Cel doświadczeniaWyznaczenie oporu zastępczego dwóch oporników

połączonych równolegle.

R1=100Ω, R2=100Ω

A

R1

R2

V

Otrzymane wyniki

U I R V mA Ω 4,526171062 90,53274725 49,99484937 4,526171062 90,91431013 49,78502345 4,526171062 90,91431013 49,78502345 4,526171062 90,53274725 49,99484937 4,526171062 90,91431013 49,78502345

W połączeniu równoległym opór zastępczy dwóch oporników połączonych równolegle obliczamy ze wzoru:

Wnioski:

W połączeniu równoległym opór zastępczy dwóch oporników jest mniejszy od oporu każdego z nich. Wraz z dołączaniem kolejnych oporników opór zastępczy będzie malał.

Ad. 4. Cel doświadczenia: Zbadanie zależności natężeń prądu płynącego w dwóch opornikach połączonych równolegle od całkowitego natężenia prądu w obwodzie.

Badane zjawisko: I prawo Kirchhoffa

Prawo to dotyczy węzła obwodu elektrycznego, tzn. punktu, w którym łączy się kilka przewodów.

I I1

I2

Zmontowano obwód elektryczny, tak, jak na poniższym schemacie.

R=100Ω R1=51Ω R2=51Ω

Wyniki pomiarów:

U1 I1 U2 I2 I V mA V mA mA

0,183150183 17,82661783 0,178266178 17,82661783 38,64019536 0,183150183 17,82661783 0,178266178 17,82661783 38,25863248 0,188034188 17,82661783 0,178266178 17,82661783 38,25863248 0,183150183 17,82661783 0,178266178 17,82661783 38,64019536 0,183150183 17,82661783 0,178266178 17,82661783 37,8770696 0,183150183 17,82661783 0,178266178 17,82661783 38,25863248 0,183150183 17,82661783 0,178266178 17,82661783 37,8770696 0,183150183 17,82661783 0,178266178 17,82661783 37,8770696 0,183150183 17,82661783 0,178266178 17,82661783 38,25863248 0,183150183 17,82661783 0,178266178 17,82661783 38,25863248 0,183150183 17,82661783 0,178266178 17,82661783 38,25863248 0,183150183 17,82661783 0,178266178 17,82661783 37,8770696 0,183150183 17,82661783 0,178266178 17,82661783 38,25863248 0,183150183 17,82661783 0,178266178 17,82661783 37,8770696

Otrzymane wyniki pokazują zależność opisaną przez I prawo Kirchhoffa:

I = I1+ I2 I18,32 mA +18,32 mA I37 mA

Wykres pokazuje zależność natężeń prądu płynącego przez dwa połączone równolegle oporniki ( zielony i fioletowy) od całkowitego prądu płynącego w obwodzie ( czarny).

Wnioski:

W łączeniu równoległym oporników suma natężeń płynących przez poszczególne oporniki jest równa całkowitemu natężeniu prądu w obwodzie.

Ad. 5. Cel doświadczenia: Zbadanie zależności napięcia od czasu w trakcie rozładowania kondensatora

Badane zjawisko: Rozładowanie kondensatora naładowanego wcześniej poprzez podłączenie do źródła prądu stałego, jak widać na poniższym schemacie. Maksymalne napięcie na kondensatorze wyniosło 5 V.

Następnie kondensator odłączono od źródła prądu i wykonano pomiar napięcia w czasie rozładowania, w ciągu 20 sekund.

V

Poniższy wykres przedstawia prąd rozładowania kondensatora o pojemności 3,3 F

Rozładowanie kondensatora

Zdjęcia: od lewej A. Kamińska i T. Stoltmann oraz interfejs

pomiarowy używany do badania prawa Ohma.