Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Αθήνας Φυσική ΙΙ (Ε) Ενότητα 4: Μέτρηση ηλεκτρικής αντίστασης με το νόμο του Ohm Ιωάννης Βαμβακάς Τμήμα Ναυπηγών Μηχανικών Τ.Ε. Το περιεχόμενο του μαθήματος διατίθεται με άδεια Creative Commons εκτός και αν αναφέρεται διαφορετικά Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.
Σκοπόρ ηηρ άζκηζηρ είναι η εξοικείυζη με ηα πειπαμαηικά ζθάλμαηα και η αξιοποίηζη πειπαμαηικών δεδομένυν για ηον ςπολογιζμό ενόρ θςζικού μεγέθοςρ. Επί μέποςρ ζκοποί είναι η εξοικείυζη με ηη σπήζη οπγάνυν ηλεκηπικών μεηπήζευν και η σάπαξη διαγπαμμάηυν. Θεωρία Γλωξίδνπκε όηη ην ξεύκα, πνπ δηαξξέεη έλαλ αγωγό, είλαη αλάινγν ηεο πηώζεο ηάζεο ε νπνία εθαξκόδεηαη ζηα άθξα ηνπ. Ιζρύεη: νόμος τοσ Ohm i 1 R U (1-1) όπνπ: U πηώζε ηάζεο ζηα άθξα ηνπ αγωγνύ ζε Volt (V) i έληαζε ηνπ ξεύκαηνο ζε Amperes (A) R ειεθηξηθή αληίζηαζε ηνπ αγωγνύ ζε ohm V A Σηηο ωμικές αληηζηάζεηο ε ηηκή ηεο ειεθηξηθήο αληίζηαζεο είλαη ζηαζεξή. Σην ζρήκα 1-1 εηθνλίδεηαη ην δηάγξακκα ηεο ηάζεο ζπλαξηήζεη ηεο έληαζεο ηνπ ξεύκαηνο γηα κηα ηέηνηα αληίζηαζε. Η ζρέζε απηή είλαη γξακκηθή θαη απεηθνλίδεηαη κε κηα επζεία γξακκή δηεξρόκελε από ην κεδέλ. Η θιίζε ηεο επζείαο είλαη ε: 1 1 ΔU V αντίσταση R = ζε = ohm (1-2) ΔiU A Γηα λα κεηξήζνπκε ηελ ηηκή κηαο ειεθηξηθήο αληίζηαζεο κπνξνύκε επνκέλωο λα εθαξκόζνπκε άκεζα ην λόκν ηνπ Ohm. Να κεηξήζνπκε δειαδή ην ξεύκα θαη ηελ πηώζε ηάζεο ζηνλ αγωγό θαη λα ιάβνπκε από ην πειίθν ηνπο ηελ αληίζηαζε. Ελ ηνύηνηο κηα θαη κνλαδηθή κέηξεζε κπνξεί λα πεξηέρεη έλα ζεκαληηθό συάλμα. Τν ζθάικα απηό είλαη αλεμάξηεην ηωλ 1
πξνζέζεωλ θαη ηεο πεηξακαηηθήο δεμηόηεηάο καο, αιιά ελ πνιινίο θαη ηεο αθξίβεηαο ηωλ όπωο ζην ζρήκα 1-2. ρξεζηκνπνηνπκέλωλ νξγάλωλ κέηξεζεο θαη νθείιεηαη ζε τσταία γεγνλόηα, π.ρ. δηαθπκάλζεηο ηεο ηάζεο ηξνθνδνζίαο, παξαζίηωλ από αζηάζκεηνπο παξάγνληεο (ζνξύβωλ) θιπ. Έλαο επί πιένλ ιόγνο, γηα ηνλ νπνίν δελ αξθεί έλα δεπγάξη κεηξήζεωλ ηάζεο -ξεύκαηνο, είλαη όηη δε γλωξίδνπκε εθ ηωλ πξνηέξωλ όηη ν αγωγόο καο ζπκπεξηθέξεηαη πξάγκαηη ωο ωκηθή αληίζηαζε, δειαδή αλ είλαη γξακκηθή ε ζρέζε ηάζεο - ξεύκαηνο. Γηα ην ιόγν απηό δε ιακβάλνπκε έλα κνλαδηθό δεπγάξη ηηκώλ, αιιά κηα ζεηξά κεηξήζεωλ ( Uκ,iκ ), πνπ απεηθνλίδνπκε ζην δηάγξακκα U i Γηα λα ππνινγίζνπκε ηελ αληίζηαζε, ραξάζζνπκε κέζω ηωλ πεηξακαηηθώλ ζεκείωλ κηα επζεία, ε νπνία απεηθνλίδεη ηε ζρέζε ξεύκαηνο- ηάζεο. Υπνινγίδνπκε ηελ θιίζε ηεο θαη από ηελ θιίζε θαη ηελ εμίζωζε 1-2 βξίζθνπκε ηελ ηηκή ηεο αληίζηαζεο ζε ohm. Πείραμα 1 2 Απαιηούμενα εξαπηήμαηα: Τποθοδοηικό ηάζηρ 0-6V ζςνεσούρ (DC), ανηιζηάζειρ 240 ohm και 470 ohm, τηθιακά πολύμεηπα (2), καλώδια (5) Τν κεηξεηηθό θύθιωκα εηθνλίδεηαη ζην ζρήκα 1-3. Μέζω ηνπ πνηελζηνκέηξνπ ξπζκίδνπκε ηελ ηάζε ζηελ αληίζηαζε R θαη κεηξάκε ζπγρξόλωο ηελ ηάζε θαη ηελ έληαζε ηνπ ξεύκαηνο. Τν ηξνθνδνηηθό παξέρεη ζπλερή ηάζε. Τν ξεύκα δελ πξέπεη λα ππεξβαίλεη ηα 20mA. Θέηνπκε επνκέλωο ην ακπεξόκεηξν ζηελ θιίκαθα 20mA DC θαη ην βνιηόκεηξν ζηελ θιίκαθα 20 V DC. Τν βαζηθό κεηνλέθηεκα ηνπ θπθιώκαηνο ηνπ ζρήκαηνο 1-3 είλαη όηη ην ακπεξόκεηξν κεηξάεη θαη ην ξεύκα, πνπ δηέξρεηαη κέζω ηνπ βνιηνκέηξνπ. 1 3 2
Εργασίες 1. Αλαγλωξίδνπκε ηα εμαξηήκαηα ηεο πεηξακαηηθήο δηάηαμεο. 2. Πξαγκαηνπνηνύκε ην θύθιωκα ηνπ ζρήκαηνο 3-1. 3. Μεδελίδνπκε ην πνηελζηόκεηξν. 4. Θέηνπκε ην ηξνθνδνηηθό εληόο ιεηηνπξγίαο. 5. Αλαγλωξίδνπκε ηελ πεξηνρή κέηξεζεο. 6. Λακβάλνπκε ηνπιάρηζηνλ δέθα δεύγε ηηκώλ V, i γηα ηηκέο ηάζεο 0-6V θαη θαηαρωξνύκε ηηο ηηκέο ηνπο ζηνλ πίλαθα 1. Τα δεύγε απηά πξέπεη λα θαηαλέκνληαη νκνηόκνξθα ζε όιε ηε δπλαηή πεξηνρή κέηξεζεο. 7. Θέηνπκε ην ηξνθνδνηηθό εθηόο ιεηηνπξγίαο. 8. Αληηθαζηζηνύκε ηελ αληίζηαζε 9. Επαλαιακβάλνπκε ηηο εξγαζίεο 3 έωο θαη 7, αιιά θαηαρωξνύκε ηηο κεηξήζεηο ζηνλ πίλαθα 2. 10. Σρεδηάδνπκε ηηο γξαθηθέο παξαζηάζεηο U-i ζην ίδην δηάγξακκα. U i 11. Υπνινγίδνπκε ηηο αληηζηάζεηο R από ηα θαη. Πξνζνρή: ηα ma πξέπεη λα κεηαηξαπνύλ ζε Α. Αληίζηαζε 1 Αληίζηαζε 2 U U i R 1 = i R 2 = 12. Να ζπγθξίλεηε ηηο ηηκέο πνπ ππνινγίζαηε κε εθείλεο πνπ δίλεη γηα ηηο αληηζηάζεηο ν θαηαζθεπαζηήο θαη λα ζρνιηάζεηε ην απνηέιεζκα ηεο ζύγθξηζεο ζαο. ΠΙΝΑΚΑΣ 1 ΠΙΝΑΚΑΣ 2 U i U i (V) (ma) (V) (ma) 3
Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Αθήνας Τέλος Ενότητας Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.
Σημειώματα Σημείωμα Αναφοράς Copyright ΤΕΙ Αθήνας, Γεώργιος Μήτσου, 2014. Γεώργιος Μήτσου. «Φυσική ΙΙ (Ε). Ενότητα 4: Μέτρηση ηλεκτρικής αντίστασης με το νόμο του Ohm». Έκδοση: 1.0. Αθήνα 2014. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: ocp.teiath.gr. Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό. Οι όροι χρήσης των έργων τρίτων επεξηγούνται στη διαφάνεια «Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων». Τα έργα για τα οποία έχει ζητηθεί άδεια αναφέρονται στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. 2
Επεξήγηση όρων χρήσης έργων τρίτων Δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, παρά μόνο εάν ζητηθεί εκ νέου άδεια από το δημιουργό. διαθέσιμο με άδεια Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου και η δημιουργία CC-BY παραγώγων αυτού με απλή αναφορά του δημιουργού. διαθέσιμο με άδεια Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του CC-BY-SA δημιουργού, και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. διαθέσιμο με άδεια Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του CC-BY-ND δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η δημιουργία παραγώγων του έργου. διαθέσιμο με άδεια Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του CC-BY-NC διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-SA διαθέσιμο με άδεια CC-BY-NC-ND διαθέσιμο με άδεια CC0 Public Domain διαθέσιμο ως κοινό κτήμα χωρίς σήμανση δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού και διάθεση του έργου ή του παράγωγου αυτού με την ίδια άδεια. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου με αναφορά του δημιουργού. Δεν επιτρέπεται η εμπορική χρήση του έργου και η δημιουργία παραγώγων του. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, η δημιουργία παραγώγων αυτού και η εμπορική του χρήση, χωρίς αναφορά του δημιουργού. Επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου, η δημιουργία παραγώγων αυτού και η εμπορική του χρήση, χωρίς αναφορά του δημιουργού. Συνήθως δεν επιτρέπεται η επαναχρησιμοποίηση του έργου. Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: Το Σημείωμα Αναφοράς Το Σημείωμα Αδειοδότησης Τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων Το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. 3