Prawo Ohma w praktyce

Celem ćwiczenia jest przedstawienie i omówienie nierozgałęzionego obwodu z diodą LED. Doświadczenia mają wyjaśnić podstawy omówione w ostatnim artykule. opisującego podstawy elektrotechniki i elektroniki tzw. prawo Ohma. Wykonałem cztery doświadczenia praktyczne wraz z krótkim filmikiem demonstrując uzyskane wyniki.

Schemat badanego obwodu

 

 

Doświadczenie 1

Odbiornik tj. dioda LED ma napięcie przewodzenia ok.2,5 V i maksymalny prąd 30 mA. Z prawa Ohma (patrz kategoria: TEORIA) ustalono wartość rezystancji :

dla której dioda prawidłowo świeci .

Dla szeregu E24 (rezystory z 5%-ową tolerancją), najbliższy tej wartości  opornik ma 220 Ω i taki wykorzystano. Jako wyłącznik zastosowano microswitch. Aby porównać wartości obliczone ze zmierzonymi konieczne było określenie napięcia i  natężenia prądu elektrycznego. W tym celu skorzystano z cyfrowych multimetrów : woltomierza(pomiar napięcia) i amperomierza(pomiar prądu). Obwód zbudowano na płytce stykowej.


Doświadczenie 2

W  tym doświadczeniu zbadano napięcie i prąd dla rezystora 1 kΩ. Wykorzystując prawo Ohma obliczono jakie powinno być natężenie prądu w obwodzie uwzględniając spadek napięcia 2V na diodzie LED:

ID=(UZ – UD) : R=(9V – 2V) : 1000Ω = 0,007A = 7mA

Następnie wykonano pomiary za pomocą multimetrów i zanotowano wyniki w tabeli.


Doświadczenie 3

W kolejnym badaniu użyto rezystora o oporności 10 kΩ. W tym przypadku  szacowany prąd przepływający przez diodę LED uwzględniając  1,8V spadku napięcia na niej wynosi :

ID=(UZ – UD) : R=(9V – 1,8V) : 10000Ω = 0,00072A = 0,72mA

Zmierzone wartości natężenia prądu i napięcia zapisano w tabeli:


Doświadczenie 4

W  tym  zadaniu skupiono się na świadomym  wymuszeniu  przerwy w naszym obwodzie. Na płytce stykowej wyjęto czerwony przewód (wideo) pełniący rolę zwory. Rezystancja miała nieskończenie wielką wartość . :

ID=(UZ – UD) : R         , gdzie R=∞


Zaobserwowane wyniki zapisano w tabeli.

Wideo-prezentacja z opisanych doświadczeń :

WYNIKI:

WNIOSKI:

W pierwszym doświadczeniu wykorzystano opornik 220Ω. Spowodował ograniczenie prądu w obwodzie do ok. 29 mA  natomiast spadek napięcia na diodzie LED wyniósł ok. 2,3 V. Pozostałe napięcie tj. 6,7 V (bo 9 V-2,3 V = 6,7) odłożyło się na rezystorze, ponieważ jest on połączony szeregowo z diodą LED.

W  drugim doświadczeniu jasność świecenia diody LED osłabła, gdyż większa rezystancja, czyli 1 kΩ znacznie ograniczył przepływ elektronów oraz hamując napięcie (9 V – 1,97 V = 7,03)

Podobnie  w trzecim badaniu przy użyciu rezystora  10 kΩ prąd w obwodzie był bardzo mały: poniżej 1 mA . Spadek napięcia na diodzie LED wynosił  1,80 V, tak więc 7,2 V zostało „powstrzymane „ przez rezystor.

Czwarte doświadczenie polegające na rozłączeniu obwodu udowodniło wpływ rezystancji na wartość prądu oraz napięcia. Nieskończenie wielka rezystancja( przerwa w obwodzie) powoduje brak przepływu elektronów (od plusa do minusa).

Prawo Ohma dowodzi, że nie ma przepływu prądu bez napięcia niemniej jednak obecność napięcia nie gwarantuje przepływu prądu w obwodzie ze względu na trzecią wielkość  elektryczną , czyli rezystancję.

 

Porównując wyniki z multimetrów została potwierdzona zgodność z obliczeniami , a niewielkie odchyłki spowodowane są między innymi błędem pomiarowym mierników oraz ich niezerową rezystancją wewnętrzną. Rezystor posiadając 5% tolerancje również ma pewną odchyłkę +/- 220Ω. Pomimo tych niedogodności wartość z multimetrów nie różni się bardzo i przy wielu przypadkach może być pominięta.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *