RKL8ltIBCYRTK1

Zdjęcie przedstawia stół warsztatowy, którego użytkownik dokonuje operacji przywracania elementów elektronicznych zwanych kondensatorami, do pełnej sprawności. Kondensatory mają kształt dość dużych niebieskich cylindrów i stoją obok siebie w liczbie czterech sztuk. Do jednego z nich podłączone zostało źródło prądu oraz dwa multimetry mierzące napięcie przy obu zakończeniach, zwanych okładkami.

1. Wyznaczenie oporu elektrycznego i mocy wydzielanej w oporniku

Krótkie przypomnienie:
Prawo Ohma odnosi się do zależności między natężeniem prądu ($I$) płynącym w przewodniku a napięciem ($U$) przyłożonym między końcami tego przewodnika. Napięcie mierzy się w woltach (V)wolt (V)woltach (V), a natężenie – w amperachamperamperach.
Tę zależność zapisujemy w postaci wzoru:

gdzie$\mathrm{ R}$ [[Ω]]\pojecie‑ref={opór elektryczny}– opór elektryczny. Z prawa Ohma wynika, że miarą oporu przewodnika jest stosunek napięcia między końcami przewodnika do natężenia w nim prądu, który tamtędy płynie:

Aby wyznaczyć wartość oporu elektrycznego żarówki, trzeba zatem zmierzyć napięcie i natężenie prądu za pomocą odpowiednich mierników.

AmperomierzamperomierzAmperomierz to przyrząd służący do pomiaru natężenia prądu. Aby tego pomiaru dokonać, prąd musi przepływać przez miernik, dlatego amperomierz podłącza się do obwodu szeregowo. Prawidłowy pomiar natężenia prądu jest możliwy dzięki temu, że amperomierz ma bardzo mały opór w porównaniu z innymi oporami w obwodzie. Gdyby opór miernika był duży, to sama obecność amperomierza zmieniłaby natężenie mierzonego prądu.

WoltomierzwoltomierzWoltomierz to przyrząd służący do pomiaru napięcia prądu. Aby je wyznaczyć, wystarczy przyłożyć końce woltomierza do dwóch końców przewodnika. Oznacza to, że woltomierz podłączamy równolegle. Powinien on mieć duży opór elektryczny w porównaniu z oporem elementu obwodu, do którego jest podłączony. Gdyby było inaczej, to przez miernik płynąłby prąd o dużym natężeniu, co zmieniałoby wartości wielkości fizycznych w obwodzie.

Przypomnijcie sobie, w jaki sposób można wyznaczyć opór elektryczny opornika (takie doświadczenie juz przeprowadzaliscie na jednej z poprzednich lekcji. Pomocne w prawidłowych rozważaniach będą poniższe ćwiczenia.

Następnie trzeba wykonać pomiary i wyznaczyć opór elektryczny odbiornika energii elektrycznej.

Za pomocą tego samego zestawu doświadczalnego możesz wyznaczyć moc żarówki. Gdy znasz napięcie ($U$) i natężenie ($I$), możesz obliczyć moc ($P$):

Jednostką mocy jest wat (W)wat (W)wat (W). Przypomnijcie sobie z poprzedniej lekcji, w jaki sposób wyznacza się moc żarówki.

Dzięki pomiarowi napięcia elektrycznego i natężenia prądu można wyznaczyć dwie wielkości fizyczne – opór elektryczny i moc badanego odbiornika energii. Pozyskane dane mogą być przydatne w dalszym określaniu zależności między wielkościami fizycznymi, np. między oporem żarówki a przyłożonym do niej napięciem lub między mocą urządzenia a przyłożonym do niego napięciem. Analiza otrzymanych wyników może przyczynić się do znalezienia nowych zależności międy wielkościami fizycznymi.

Niepewność pomiaru:

Wiadomo, że pomiar oporu czy moc obarczony jest niepewnością. Największą wartość oporu uzyskamy, gdy do wzoru $R=\frac{U}{I}$ wstawimy największą wartość zmierzonego napięcia i minimalną natężenia prądu. Najmniejszą wartość oporu uzyskamy, jeżeli do tego wzoru wstawimy najmniejszą wartość napięcia i największą wartość natężenia prądu. Na podstawie tej informacji wyznacz największą i najmniejszą wartość oporu żarówki (przy danym napięciu zasilającym).

Moc żarówki wyznaczymy z wzoru $P=U·I$. Na podstawie tej zależności i opisanego sposobu wyznaczenia minimalnej i maksymalnej wartości oporu oblicz minimalną i maksymalną wartość mocy żarówki.

Zanim przystąpisz do wyznaczania przedziału, w którym znajdują się otrzymane w wyniku pomiarów wartości oporu i mocy żarówki, przeanalizuj poniższy przykład:

Podsumowanie

• Aby wyznaczyć opór elektryczny i moc żarówki (lub innego elementu), trzeba zbudować obwód elektryczny składający się z: przewodów elektrycznych, baterii, żarówki (lub innego elementu), amperomierza i woltomierza. Następnie należy dokonać pomiaru napięcia i natężenia prądu. Na podstawie uzyskanych wyników doświadczalnych wyznaczymy opór i moc.

• Opór elektryczny ($R$) oblicza się, dzieląc napięcie ($U$) przez natężenie ($I$), czyli ze wzoru:
  $R=\frac{U}{I}$

• Moc (P) oblicza się, mnożąc napięcie ($U$) przez natężenie ($I$), czyli ze wzoru:
  $P=U·I$

• Po obliczeniu oporu lub mocy należy uwzględnić niepewność pomiarową związaną między innymi z dokładnością użytych mierników.

Słowniczek