2. Ο νόμος του Ohm. Σύμφωνα με το νόμο του Ohm, η τάση V στα άκρα ενός αγωγού με αντίσταση R που τον διαρρέει ρεύμα I δίνεται από τη σχέση: I R R I

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "2. Ο νόμος του Ohm. Σύμφωνα με το νόμο του Ohm, η τάση V στα άκρα ενός αγωγού με αντίσταση R που τον διαρρέει ρεύμα I δίνεται από τη σχέση: I R R I"

Κόρη Παπαϊωάννου
6 χρόνια πριν
Προβολές:

1 2. Ο νόμος του Ohm 1. ΘΕΩΡΙΑ Σύμφωνα με το νόμο του Ohm, η τάση στα άκρα ενός αγωγού με αντίσταση R που τον διαρρέει ρεύμα δίνεται από τη σχέση: R Ισοδύναμα ο νόμος του Ohm μπορεί να διατυπωθεί και ως: ή Σύμφωνα με την τελευταία σχέση, η αντίσταση R ενός αγωγού είναι η σταθερά αναλογίας ανάμεσα στην τάση στα άκρα του αγωγού και στην ένταση του ρεύματος Ι που τον διαρρέει. Συμπερασματικά, η αντίσταση είναι ευθέως ανάλογη της τάσης και αντιστρόφως ανάλογη της έντασης Η αντίσταση R R Ένα στοιχείο κυκλώματος, το οποίο έχει καθορισμένη τιμή αντίστασης, καλείται αντιστάτης (ή ωμική αντίσταση). Μεμονωμένοι αντιστάτες που χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρονικά κυκλώματα έχουν συνήθως κυλινδρικό σχήμα, διαμέτρου και μήκους μερικών mm και έχουν σύρματα (ακροδέκτες) που εξέχουν από τα δύο άκρα. Η τιμή της αντίστασης μπορεί να είναι σημειωμένη με καθιερωμένο κώδικα χρωμάτων, χρησιμοποιώντας τρεις ή τέσσερις χρωματιστές ταινίες κοντά στο ένα άκρο. Σχήμα 1: Οι λωρίδες για τον υπολογισμό της τιμής μιας αντίστασης. 1

2 ΧΡΩΜΑ 1 η ΛΩΡΙΔΑ 2 η ΛΩΡΙΔΑ 3 η ΛΩΡΙΔΑ 4 η ΛΩΡΙΔΑ 5 η ΛΩΡΙΔΑ Μαύρο x1ω Καφέ x10ω ±1% Κόκκινο x100ω ±2% Πορτοκαλί x1kω Κίτρινο x10kω Πράσινο x100kω ±0.5% Μπλε x1mω ±0.25% Μωβ x10mω ±0.1% Γκρι ±0.05% Λευκό Χρυσό x0.1ω ±5% Ασημί x0.01ω ±10% Πίνακας 1 : Χρωματικός κώδικας των αντιστάσεων. Για να υπολογίσουμε την τιμή της αντίστασης βάσει του χρωματικού κώδικα, ελέγχουμε αρχικά εάν αυτή έχει 4 ή 5 λωρίδες. Στη συνέχεια, την τοποθετούμε έτσι ώστε η λωρίδα που απέχει περισσότερο από τις υπόλοιπες και είναι συνήθως χρυσού ή ασημένιου χρώματος, να βρίσκεται στο δεξί άκρο της αντίστασης. Εάν η αντίσταση έχει 5 λωρίδες, εντοπίζουμε την αντιστοίχιση του χρώματος της κάθε λωρίδας στον παραπάνω πίνακα, ξεκινώντας από αυτήν που βρίσκεται αριστερότερα. Η 4 η λωρίδα έχει το ρόλο του πολλαπλασιαστή, ενώ η 5 η εκφράζει τη μέγιστη απόκλιση που μπορεί να έχει η πραγματική τιμή της αντίστασης από την αναγραφόμενη. Οπότε, έστω ότι μια αντίσταση έχει από αριστερά προς τα δεξιά μια μπλε, μια γκρι, μια μαύρη, μια καφέ και μια χρυσή λωρίδα. Από τον πίνακα βρίσκουμε: Μπλε: 6 Γκρι: 8 Μαύρο: 0 Καφέ: x10ω Χρυσό: ±5%. Επομένως, η τιμή της αντίστασης είναι 680 x10ω = 6800Ω = 6.8kΩ με σφάλμα ±5%. 2

3 Στην περίπτωση της αντίστασης με 4 λωρίδες, παραλείπουμε τη στήλη με τίτλο 3 η ΛΩΡΙΔΑ του παραπάνω πίνακα. Συνεπώς, οι πρώτες δύο λωρίδες της αντίστασης δηλώνουν μια διψήφια τιμή, η τρίτη τον πολλαπλασιαστή και η τέταρτη την ανοχή της τιμής Εναλλακτικές διατυπώσεις του νόμου του Ohm Η αντίσταση R ενός αγωγού είναι το αντίστροφο της αγωγιμότητάς του G: 1 R. G Συνεπώς: G G G 1.3. Ισχύς Η ισχύς P που καταναλώνει μια αντίσταση R την οποία διαρρέει ρεύμα Ι είναι: P 2 R ή ισοδύναμα (χρησιμοποιώντας το νόμο του Ohm), P και 2 P R όπου είναι η τάση στα άκρα της αντίστασης Περιγραφή της εργαστηριακής πλακέτας (breadboard) Οι συγκεκριμένες πλακέτες χρησιμοποιούνται για την εύκολη και γρήγορη τοποθέτηση των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, με σκοπό τη δημιουργία και δοκιμή απλών ή και πιο σύνθετων ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Αποτελούνται από οριζόντιες και κάθετες ζώνες με οπές, στις οποίες μπορούν να τοποθετηθούν καλώδια, αντιστάσεις, πυκνωτές, ή ακόμα και ολοκληρωμένα κυκλώματα (C). 3

Σχήμα 2: Τοποθέτηση εξαρτημάτων στην εργαστηριακή πλακέτα. Όπως φαίνεται και στο Σχήμα 2, οι οπές της κάθε μίας οριζόντιας γραμμής διαρρέονται από το ίδιο ρεύμα, είναι δηλαδή βραχυκυκλωμένες.

4 Σχήμα 2: Τοποθέτηση εξαρτημάτων στην εργαστηριακή πλακέτα. Όπως φαίνεται και στο Σχήμα 2, οι οπές της κάθε μίας οριζόντιας γραμμής διαρρέονται από το ίδιο ρεύμα, είναι δηλαδή βραχυκυκλωμένες. Ομοίως συμβαίνει και για τις 5 οπές κάθε κάθετης γραμμής. Επομένως, για σύνδεση εν σειρά δύο ηλεκτρονικών εξαρτημάτων (π.χ. δύο αντιστάσεων), πρέπει αυτά να τοποθετηθούν έτσι ώστε μόνο το ένα τους άκρο να βρίσκεται στην ίδια κάθετη γραμμή (πάνω αριστερά στο Σχήμα 2). Αντιθέτως, για σύνδεση εν παραλλήλω, πρέπει και τα δύο άκρα τους να βρίσκονται στις ίδιες αντίστοιχες κάθετες γραμμές (κάτω αριστερά στο Σχήμα 2). Πρέπει να τονιστεί ότι οι κάθετες γραμμές τις πλακέτας διακόπτονται από τη μεσαία οριζόντια γραμμή, στην οποία δεν υπάρχουν οπές. Αυτή η περιοχή χρησιμοποιείται για την τοποθέτηση των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων (δεξιά στο Σχήμα 2). Τέλος, οι τέσσερις οριζόντιες γραμμές εκτείνονται σε όλο το μήκος της πλακέτας και χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία των ηλεκτρονικών εξαρτημάτων της πλακέτας Σχετικά με τα όργανα μετρήσεων Η τάση μετριέται με βολτόμετρα. Τάση ονομάζεται η διαφορά δυναμικού μεταξύ των άκρων μιας αντίστασης. Συνεπώς, το βολτόμετρο συνδέεται στα άκρα της αντίστασης και άρα παράλληλα με αυτήν. Τα βολτόμετρα έχουν μεγάλη εσωτερική αντίσταση (γιατί;). Η ένταση του ρεύματος μετριέται με αμπερόμετρα. Το ρεύμα διαρρέει μια αντίσταση. Για να μετρήσουμε, λοιπόν, την ένταση του ρεύματος που περνάει μέσα από μια αντίσταση, πρέπει το αμπερόμετρο να συνδεθεί έτσι ώστε το ίδιο ρεύμα να περάσει και μέσα από αυτό: συνεπώς, το αμπερόμετρο συνδέεται σε σειρά με την αντίσταση. Τα αμπερόμετρα έχουν μικρή εσωτερική αντίσταση (γιατί;) 4

5 Η αντίσταση μετριέται με ωμόμετρα. Το ωμόμετρο συνδέεται στα άκρα μιας αντίστασης ΕΚΤΟΣ κυκλώματος. Πριν από κάθε μέτρηση απαιτείται μηδενισμός του οργάνου. Μην ξεχνάτε ότι: Όλα τα όργανα μετρήσεων και τα τροφοδοτικά έχουν εσωτερική αντίσταση. Αντίσταση έχουν, επίσης, οι ακροδέκτες (καλώδια). 2. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Σχήμα 3: Το κύκλωμα προς υλοποίηση. 1. Υπολογίστε τη θεωρητική τιμή R θ της δοθείσας αντίστασης, βάσει του χρωματικού κώδικα. 2. Τοποθετήστε την αντίσταση στην εργαστηριακή πλακέτα. 3. Με χρήση του πολυμέτρου ως ωμομέτρου, μετρήστε την πραγματική τιμή της αντίστασης R π. 4. Συνθέστε το κύκλωμα του Σχήματος 3 στην εργαστηριακή πλακέτα. 5. Ρυθμίστε το τροφοδοτικό, ώστε να παρέχει τάση s = Χρησιμοποιήστε το πολύμετρο ως βολτόμετρο για τη μέτρηση της τάσης R στα άκρα της αντίστασης R, δηλαδή: 5

6 6.1. Συνδέστε ένα μαύρο και ένα κόκκινο καλώδιο με ακροδέκτες, στις θέσεις COM και του πολυμέτρου, αντίστοιχα Ρυθμίστε τον επιλογέα του πολυμέτρου στη μέγιστη θέση της κλίμακας μέτρησης της συνεχούς τάσης (DC) Τοποθετήστε τους ακροδέκτες του πολυμέτρου στα άκρα της αντίστασης Μετακινήστε τον επιλογέα του πολυμέτρου προς τις μικρότερες κλίμακες μέτρησης, έως ότου εμφανιστεί ο μέγιστος δυνατός αριθμός ψηφίων στην οθόνη Καταγράψτε την ένδειξη του βολτομέτρου για την τάση R. 7. Υπολογίστε την πειραματική τιμή ρεύματος Ι π = R R π. 8. Επαναλάβετε τα βήματα 3 έως 5 για τιμές τάσης s = 4, 6, 8 & Σχεδιάστε τη γραφική παράσταση της τάσης R συναρτήσει του Ι π για τις 5 τιμές της s. 10. Για s = 2, υπολογίστε τη θεωρητική τιμή ρεύματος Ι θ, σύμφωνα με το νόμο του Ohm: Ι θ = s R θ. 11. Για την προηγούμενη τιμή ρεύματος Ι θ, υπολογίστε το ποσοστιαίο σφάλμα ΔΙ Ι θ 100%, όπου ΔΙ = Ι π Ι θ. 12. Πού οφείλονται οι αποκλίσεις μεταξύ των πειραματικών και των θεωρητικών τιμών; 6

Σχετικά έγγραφα

ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΦΥΣΙΚΗΣ "ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΗΣ" Γ Λυκείου Β Φάση: Πειραματικό μέρος : 14/04/2018 Q E-2

ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΗΣ Γ Λυκείου Β Φάση: Πειραματικό μέρος : 14/04/2018 Q E-2 Q E-2 ΟΔΗΓΙΕΣ: 1. Οι απαντήσεις σε όλα τα ερωτήματα θα πρέπει να αναγραφούν στο Φύλλο Απαντήσεων (A E-2) που θα σας δοθεί χωριστά από τις εκφωνήσεις. 2. Η επεξεργασία των θεμάτων θα γίνει γραπτώς σε φύλλα