Sprawdź się

Pokaż ćwiczenia:

Ćwiczenie 1

RuNWpZEEcIBky

Rysunek przedstawia schemat obwodu elektrycznego do wyznaczania charakterystyki prądowo‑napięciowej żarówki. Składa się on z zasilacza (poziomy prostokąt na dole rysunku), żarówki (kółko z krzyżykiem), oraz dwoma nieznanymi elementami przedstawionymi za pomocą kółek - czerwone oznacza element podłączony równolegle, a niebieskie kółko - element podłączony szeregowo. — Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0. https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.pl.

RX3xTMA49xWvJ

Jakich mierników użyjesz do doświadczalnego wyznaczenia charakterystyki prądowo-napięciowej żarówki o mocy 3 W i napięciu znamionowym 24 V?

miliamperomierz (zakres 0-250 mA), watomierz (zakres 0-10 W), miliwoltomierz (zakres 0-250 mV), amperomierz (zakres 0-50 A), miliamperomierz (zakres 0-1000 mA), woltomierz (zakres 1-50 V)

Odpowiedź:
czerwony – ....................................................................
niebieski – ....................................................................

R1XK0mjOR4K1g

Moc urządzenia elektrycznego wyraża się wzorem

$P=U\cdot I$

gdzie U to napięcie, a $I$ – natężenie przepływającego przezeń prądu.

Ćwiczenie 2

Uczniowie wyznaczyli charakterystykę prądowo‑napięciową żarówki i otrzymali dane zgromadzone w tabeli.

$U$ [V]	0,0	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0	7,0	8,0	9,0	10,0
$I$ [mA]	0,0	40,0	60,6	77,3	91,9	105,1	117,2	128,6	139,3	149,5	159,2

Otwórz obiekt multimedialny i wskaż wykres, który odpowiada tym danym.

Rd6BcH936U7g0

Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0. https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.pl.

R19vLF5fthauh

Rdk8Bmu48BqId1

Ćwiczenie 3

RweOnX391mWLT

Ćwiczenie 3

Ćwiczenie 4

RgdiEM4FPv3Tl

Rysunek przedstawia wykres I(U) w układzie współrzędnych. Prostokątny układ współrzędnych jest oznaczony: oś pozioma U[V] z wyskalowaniem od od 0 do 10,5, co 0,5, a oś pionowa I[mA] wyskalowana od 4 do 194, co 10. Wykres w kolorze niebieskim ma kształt łuku zaczynającego się w początku układu współrzędnych, wygiętego do góry. W zaznaczonym na niebiesko punkcie (poniżej (3,5;94)) przyłożono styczną w kolorze czerwonym i zaznaczono kąt alfa nachylenia stycznej do osi poziomej. — Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0. https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.pl.

R1U1MDoODTg28

Jaką wielkość fizyczną

X

można wyznaczyć, jako nachylenie przedstawionej charakterystyki prądowo-napięciowej żarówki (na rysunku – tangens kąta

α

). Ułóż wzór przeciągając kafelki z jednostkami, liczbami lub wielkościami na właściwe miejsce, aby wyznaczyć tę wielkość i jej jednostkę, korzystając z wykresu wzoru. Odpowiedź:

X

= 1. kΩ, 2. mΩ, 3. mV, 4. kV, 5. Ω, 6.

Δ U

, 7. 1, 8.

Δ I

, 9. A / 1. kΩ, 2. mΩ, 3. mV, 4. kV, 5. Ω, 6.

Δ U

, 7. 1, 8.

Δ I

, 9. A, [

X

] = 1. kΩ, 2. mΩ, 3. mV, 4. kV, 5. Ω, 6.

Δ U

, 7. 1, 8.

Δ I

, 9. A / 1. kΩ, 2. mΩ, 3. mV, 4. kV, 5. Ω, 6.

Δ U

, 7. 1, 8.

Δ I

, 9. A

Kafelki z jednostkami i liczbami:

Jaką wielkość fizyczną $X$ można wyznaczyć jako nachylenie przedstawionej charakterystyki prądowo-napięciowej żarówki (na rysunku – tangens kąta $α$ )?
Ułóż wzór przeciągając kafelki z jednostkami, liczbami lub wielkościami na właściwe miejsce, aby wyznaczyć tę wielkość i jej jednostkę.

kΩ, $Δ I$ , 1, kV, mΩ, mV, $Δ U$ , A, Ω

Odpowiedź: $X$ = ............ / ............, [ $X$ ] = ............ / ............

Kafelki z jednostkami i liczbami:

R1FXWOyvyHv9I

Ćwiczenie 5

Jaka jest przyczyna tego, że charakterystyka prądowo‑napięciowa żarówki nie jest liniowa, czyli żarówka nie spełnia prawa Ohma? Porównaj swoją odpowiedź z naszą propozycją.

Ćwiczenie 6

RvwegvSMUPn8A

Ułóż podane elementy w zestawy odpowiadających sobie wartości, zawierające: klasę miernika, zakres pomiarowy i dokładność pomiaru.

Zakres, Dokładność $Δ U$

Klasa	0,5	1	2,5
Zakres
Dokładność $Δ U$

Stosujemy wzór

$\text{Dokładność}=\frac{\text{Klasa}\cdot\text{Zakres}}{100}$

Pamiętamy o tym, że dokładności pomiaru zaokrąglamy zawsze w górę, by mieć pewność, że rzeczywisty wynik mieści się w podanym zakresie.

Ćwiczenie 6

W jaki sposób wyznacza się dokładność pomiarową?

Stosujemy wzór $\text{Dokładność}=\frac{\text{Klasa}\cdot\text{Zakres}}{100}$ . Pamiętamy o tym, że dokładności pomiaru zaokrąglamy zawsze w górę, by mieć pewność, że rzeczywisty wynik mieści się w podanym zakresie.

Ćwiczenie 7

Oszacuj opór elektryczny żarówki w punktach zaznaczonych na wykresie, a następnie wskaż, które z zaproponowanych odpowiedzi są prawidłowe.

R1WmALK5KtiY0

R6Um0XBPtUOFS

Punkt A:

24 Ω
40 Ω

RvOzlRKrmfE4e

Punkt B:

49 Ω
100 Ω

Chwilowy opór żarówki (opór przy danym napięciu) wyznacza się na podstawie nachylenia krzywej charakterystyki w badanym punkcie. Gdyby brać pod uwagę jedynie wartości odczytane z osi w tym punkcie, otrzymalibyśmy wynik taki, jak dla wykresu liniowego (zaznaczonego na rysunku obok zielonymi liniami), a to przecież nie jest prawda.

R1OfywMXdfzg7

Punkt A: Odczytujemy współrzędne dwóch punktów na stycznej do wykresu. Na przykład: A (0,8 V; 34 mA) i (0 V; 14 mA).

R_{A} = \frac{Δ U}{Δ I} = \frac{0, 8 V}{0, 02 A} = 40 Ω

Punkt B: Na przykład: B (6,5 V; 134 mA) i (7,5 V; 144 mA).

R_{B} = \frac{1 V}{0, 01 A} = 100 Ω

Ćwiczenie 8

R1J39kgy7hWX1

Opór żarówki o mocy 60 W i napięciu znamionowym 230 V, zmierzony omomierzem wykorzystującym małe natężenie prądu (taki prąd nie rozgrzeje włóka żarówki) wyniósł 441 Ω. O ile procent w stosunku do tej wartości wzrośnie opór elektryczny żarówki podczas jej pracy w warunkach znamionowych?

Odpowiedź: $p$ = ............%

Moc żarówki można wyrazić wzorem:

$P=U\cdot I$

a natężenie prądu $I$ można obliczyć z prawa Ohma, na podstawie napięcia $U$ i oporu żarówki $R$ :

$I=\frac{U}{R}$

Korzystając z podpowiedzi, możemy obliczyć opór żarówki pracującej w warunkach znamionowych:

$R=\frac{U^{2}}{P}=\frac{(230\hspace{1mm}\textrm{V})^{2}}{40\hspace{1mm}\textrm{W}}=1322,5\hspace{1mm}\Omega$

Skoro w warunkach początkowych opór żarówki wynosił $R_{0}$ = 441 omega, to opór ten wzrósł o

$p=\frac{R-R_{0}}{R_{0}}\cdot100\%=\frac{1322,5\hspace{1mm}\Omega-441\hspace{1mm}\Omega}{441\hspace{1mm}\text{Ω}}\cdot100\%\approx200\%$

Symulacja interaktywna

Dla nauczyciela