vjeŽba 1. magnetsko polje oko ravnog vodič -...

FAKULTATIVNA NASTAVA FIZIKE III. gimnazija Osijek

VJEŽBA 1. Magnetsko polje oko ravnog vodiča

VJEŽBA 2. Ovisnost električnog otpora vodiča o dimenzijama i materijalu od

kojeg su načinjeni

VJEŽBA 3.

3.1. Određivanje elektromotorne sile izvora

3.2. Određivanje unutrašnjeg otpora izvora struje

VJEŽBA 4.

4.1. Određivanje induktiviteta zavojnice

4.2. Određivanje kapaciteta kondenzatora

VJEŽBA 5. Računalo u praktikumu fizike

5.1. Serijski i paralelni spoj izvora napona 5.2. Strujne prilike u serijskom i paralelnom spoju žarulja 5.3. Spajanje otpornika 5.4. Ohmov zakon 5.5. Žarulja nije konstantan otpor

VJEŽBA 1.

Magnetsko polje oko ravnog vodiča Pribor: 4 vodiča struje, zavojnica s 4 zavoja, zavojnica s 140 zavoja i 6 izvoda, stezaljka, kratka

obložena željezna jezgra, obložena željezna jezgra potkovastog oblika, upravljivi izvor struje 15 V AC/12 V DC/5 A, digitalni teslametar, Hallova sonda (uzdužna), strujni mjerni transformator, digitalni multimetar, metarska skala, okrugli nosač, kvadratna potporna šipka duljine 400 mm, pravokutna stezaljka, 2 G – stezaljke, 2 spojna vodova.

Zadatak: 1.Izmjerite magnetsko polje oko ravnog vodiča u ovisnosti o jakosti struje – 5 mjerenja.

2. Izmjerite magnetsko polje oko ravnog vodiča u ovisnosti o udaljenosti od vodiča – 5 mjerenja.

3. Grafički prikažite te ovisnosti.

Priprema i izvođenje pokusa: Slika spoja i uređaja je prikazana na Slici 1. Strujni transformator služi za mjerenje struje sekundara transformatora u području od 20 A do 120 A (pošto struja sekundara ovisi linearno o struji primara, može se odrediti iznos struje primara). Zbog grijanja vodiča struja mora biti odgovarajuće podešena te treba proći određeno vrijeme zagrijavanja vodiča. Može se i pojaviti fazni pomak između transformatora i teslametra (uređaja za mjerenje magnetskog polja), dajući iluziju negativnog magnetskog polja, a on se tada eliminira zamjenom polova na primarnom transformatoru.

Slika 1.

Teorijska podloga: Magnetske pojave su bile uočene još u starom vijeku, a sredinom 19 stoljeća Oersted je ustanovio vezu između magnetizma i elektriciteta tako što je eksperimentalno dokazao postojanje sile između vodiča kojim teče struja i magnetske iglice koja nije posljedica statičkog električnog naboja u vodiču.

Slika 2.

Stanje u prostoru oko električnih naboja u gibanju može se, umjesto djelovanja sila, opisati pojmom magnetskog polja. Magnetsko polje postoji u nekoj točci prostora ako na naboj u gibanju koji prolazi tom točkom djeluje sila. Budući da se pojmom magnetskog polja zamjenjuje djelovanje magnetskih sila, magnetsko polje također ima vektorski karakter.

U magnetskom se polju zbog djelovanja magnetskih sila naboj u gibanju pomiče po određenoj putanji. Tangenta u svakoj točki te putanje daje smjer sile, pa se te krivulje nazivaju silnicama magnetskog polja. Dogovorno se uzima da je smjer sile onaj u kojem će se otkloniti sjeverni pol magnetske iglice. Silnice magnetskog polja su linije zatvorene u sebe tj. linije bez početka i završetka, za razliku od silnica električnog polja koje izviru na pozitivnim nabojima i poniru na negativnim nabojima. Gustoća silnica predstavlja veličinu sile, a zove se magnetska indukcija B

r.

Smjer silnica oko ravnog vodiča kojim teče struja se određuje pravilom desnog vijka: silnice su u smjeru desnog vijka koji napreduju u smjeru struje kroz vodič (ako ispruženi palac desne ruke pokazuje smjer struje tada savijeni prsti desne ruke određuju smjer silnica magnetskog polja) kako je prikazano na slici 3.

Slika 3. Izraz za magnetsko polje oko ravnog vodiča se može dobiti iz integralnog oblika Biot-Amperovog

zakona i taj izraz nazivamo Biot-Savartov zakon ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ⋅

⋅=

rIB

πμ

20 , a veličina μ0 se naziva

magnetskom permeabilnosti vakuuma. Silnice magnetskog polja su koncentrične kružnice sa središtem u osi vodiča položene u ravnini okomitoj na vodič. Stoga je zanimljivo pokazati ovisnost magnetske indukcije o jakosti struje ili udaljenosti od vodiča ako je možemo direktno mjeriti pomoću uređaja zvanog teslametar i Hallove sonde. Izmjerite magnetsko polje i jakost struje za pet različitih udaljenosti od danog vodiča te grafički prikažite odnos izmjerenih i izračunatih (jednadžba 3) vrijednosti magnetskog polja. Zbog malih odstupanja od nul-vrijednosti, zbog svojstava instrumenata te efekta drugog vodiča, mjerenja treba izvoditi na malim udaljenostima (do 3 cm) i s velikim jakostima struja (oko 100 A).

VJEŽBA 2.

OVISNOST ELEKTRIČNOG OTPORA VODIČA O DIMENZIJAMA I MATERIJALU OD KOJEG SU NAČINJENI

Pribor: Otporna klupa s žicama različitih presjeka i materijala (duljine 1 m), voltmetar,

ampermetar, izvor DC (baterija od 4,5 V), spojni vodiči, prekidač, promjenjivi otpornik 100 Ω.

Zadatak: 1. Provjerite kako električni otpor ovisi o poprečnom presjeku vodiča.

2. Provjerite ovisi li električni otpor o duljini vodiča. 3. Provjerite ovisi li električni otpor vodiča o materijalu od kojeg je načinjen. 4. Grafički prikažite ovisnost električnog otpora R o poprečnom presjeku S vodiča stalne

duljine. 5. Pogreške.

Uputa: Jedno od osnovnih svojstava vodiča je njegov električni otpor. Poznato je da pri stalnom naponu jakost struje u vodiču ovisi o otporu. Što je osnovni uzrok pojavi otpora u metalnim vodičima? Električni otpor vodiča ovisi o njegovim geometrijskim svojstvima (duljini i poprečnom presjeku), materijalu i temperaturi od kojeg je načinjen. Tu ovisnost možemo odrediti iz I - U karakteristike vodiča, odnosno primjenom izraza: R=U/I. Kako bismo saznali kako otpor ovisi o dimenzijama vodiča i materijalu od kojega je načinjen mjerit ćemo napone U i jakosti struje I:

- ravnih vodiča od istog materijala,

jednakih duljina, ali različitih presjeka

- ravnih vodiča od istog materijala,

jednakog presjeka, ali različitih

duljina

- ravnih vodiča jednakih duljina i

jednakih presjeka, ali različitih

materijala

Slika 1 Sastavimo strujni krug prema električnoj shemi na Slici 1. Pažljivo provjerimo jesu li baterija, sklopka, promjenjivi otpornik (za izbor odgovarajućeg napona), ampermetar i žica spojeni serijski, a voltmetar u točkama a i b paralelno s vodičem. Pripazimo da napon na vodiču ne prijeđe 1 V. Provjerimo najprije kako otpor vodiča ovisi o poprečnom presjeku. Između točaka a i b redom uključujemo žice od istog materijala, ali različitih poprečnih presjeka koje smo prije toga izmjerili (ili piše na otpornoj klupi) i vrijednost unijeli u tablicu. Mjerne podatke o jakosti struje i naponu za svaki pojedini vodič odabranog presjeka također unesemo u tablicu 1.

Tablica 1: Vodiči različitih poprečnih presjeka u strujnom krugu l d S I U R mjerenje

jedinica materijal m mm mm2 mA V Ω

1. konstantan 1,00 1,000




Mjerenja ponovimo za serijski spoj dva vodiča istog presjeka, tako ćemo dobiti jedan vodič dugačak 2 m. Ispitajmo kako otpor ovisi o duljini vodiča. Podatke upišimo u tablicu 2. Tablica 2: Vodiči različitih duljina u strujnom krugu

l d S I U R mjerenje jedinica materijal m mm mm2 mA V Ω



I na kraju pogledajmo kako otpor vodiča ovisi o vrsti materijala od kojeg je načinjen. Mjerenje napravite za dva vodiča jednakih duljina i presjeka, ispunite tablicu 3 s vrijednostima za struju i napon.

Tablica 3: Vodiči različitih materijala u strujnom krugu

l d S I U R ρ mjerenje jedinica materijal m mm mm2 mA V Ω Ω mm2/m


2. mjed 1,00 0,500

Tablična vrijednost specifičnog otpora konstantana:

Tablična vrijednost specifičnog otpora mjedi:

Grafički prikažite ovisnost električnog otpora R o presjeku S vodiča stalne duljine. Izračunajte postotnu pogrešku (usporedba tablične vrijednosti i mjerenja) specifičnog otpora konstantana i mjeda.

VJEŽBA 3.

3.1. ODREĐIVANJE ELEKTROMOTORNE SILE IZVORA Pribor: Baterija od 4,5 V, 5 žarulja istih karakteristika, voltmetar, ampermetar, spojni vodiči,

sklopka.

Zadatak: 1. Odredite elektromotornu silu baterije od 4,5 V. 2. Nacrtajte U-I ovisnost izvora struje i iz grafa odredite elektromotornu silu izvora i

maksimalnu električnu struju koju može dati izvor.

Uputa:

Iz prijašnjih pokusa možemo zaključiti da je potreban stalni izvor struje da bi u strujnom krugu neprekidno tekla struja. Ispitajmo neke osnovne karakteristike izvora struje: elektromotornu silu i unutrašnji otpor. Prema slici sastavimo strujni krug tako da u seriju spojimo bateriju, žarulju, ampermetar i sklopku (prekidač), a u paralelu s baterijom spojimo voltmetar.

Slika 1.

U strujni krug najprije uključimo jednu žarulju i izmjerimo struju I i napon U koji pokazuju ampermetar i voltmetar. Rezultat mjerenja upišemo u tablicu 1. Izračunajte pripadne otpore i također ih upišite u tablicu. Tablica 1:

mjerenje I U R jedinica A V Ω

1. 2. 3. 4. 5.

1. Povećajmo broj žarulja u serijskom spoju, izmjerimo struju i napon, a vrijednosti ponovo

unesimo u tablicu. 2. Pokušajte također s dvije, tri ili više paralelno spojenih žarulja jednake snage. Svaki put

izmjerite struju i napon, a vrijednosti unesite u tablicu.

3. Prema tabličnim podacima za U i I, grafički prikažite ovisnost napona o jakosti struje (U-I karakteristika).

4. Kakva je ta ovisnost? Što se događa s jakošću struje, a što s naponom kada se otpor kruga

povećava?

5. Koja relacija iskazuje tu ovisnost napona i struje?

6. Provjerite da li su u otvorenom strujnom krugu (sklopka je otvorena) izmjereni napon U i elektromotorna sila ε jednaki, tj. podudaraju li se s vrijednošću koju dobijemo kada graf produžimo do presjecišta s U-osi.

7. Produžite graf do presjecišta s I-osi, te odredite maksimalnu struju Imaks koju može dati

izvor. Kolika je?

Efikasnost izvora struje definira se kao omjer pada napona U u vanjskom krugu i elektromotorne sile izvora, dakle kao:

εη U=

Slika 2.

8. Izvor slabe struje možemo napraviti od limuna (jabuke, krumpira,…) spajalice za papir i komadića bakrene žice tako da ih ubodemo u limun. Elektroskopom možemo provjeriti postoji li napon. Pokušajte objasniti tu pojavu. Slika 3.

9. Je li elektromotorna sila po svom karakteru prava sila?

3.2. ODREĐIVANJE UNUTARNJEG OTPORA IZVORA STRUJE

Pribor: Baterija od 4,5 V, klizni otpornik od 30 Ω, voltmetar, ampermetar, spojni vodiči,

sklopka.

Zadatak: 1. Odredite unutrašnji otpor RU suhe baterije. 2. Prikažite grafički ovisnosti pada napona U na polovima izvora struje o jakosti struje I

u krugu. 3. Pogreške. Uputa:

Znamo da je, prema Ohmovom zakonu za cio krug struje, elektromotorna sila izvora priključenog u krug struje jednaka zbroju pada napona IR na vanjskom otporu kruga struje i pada napona IRU na unutrašnjem otporu izvora, tj. E=U+IRU . Ako izvor nije priključen u krug struje, napon na priključnicama izvora jednak je elektromotornoj sili.

Izmjerimo li E, U i I možemo iz prethodnog izraza odrediti RU. Potrebne veličine odredit ćemo pomoću strujnog kruga prikazanog na slici 1. Zatvorite strujni krug i očitajte vrijednosti na instrumentima.

Slika 1. 1. Koju veličinu mjerimo voltmetrom? 2. Otvorite prekidač i ponovo očitajte vrijednost na voltmetru. Koju je veličinu pokazao

voltmetar u tom slučaju? Zatvorite ponovo krug struje i izvršite pet mjerenja za različite vrijednosti pada napona U i jakosti struje I koje ćete dobiti promjenom otpora u krugu struje. Svaki put ponovo izmjerite elektromotornu silu izvora. Pomoću Ohmova zakona za cio krug struje odredite unutrašnji otpor izvora struje za svako mjerenje i nađite zatim srednju vrijednost dobivenih vrijednosti za RU. Nađite maksimalno apsolutno i maksimalno relativno odstupanje pojedinih vrijednosti za RU od srednje vrijednosti. U drugom zadatku treba nacrtati U-I grafički prikaz pomoću mjernih podataka. 3. U kakvoj su međusobnoj ovisnosti pad napona U na priključnicama izvora i jakosti struje

I u krugu? 4. Možete li iz dobivenog grafa odrediti elektromotornu silu izvora? Usporedite dobivenu

vrijednost s vrijednošću koju ste dobili izravnim mjerenjem.

VJEŽBA 4.

4.1. ODREĐIVANJE INDUKTIVNOSTI ZAVOJNICE Pribor: Voltmetar, ampermetar, zavojnica, izvor izmjenične struje s 5 izvoda, izvor istosmjerne

struje s 5 izvoda, spojni vodiči, sklopka.

Zadatak: 1. Odredite induktivnost dane zavojnice U-I metodom. 2. Pogreške.

Uputa:

U krugu izmjenične struje u kojem se nalazi zavojnica omskog otpora R i induktivnosti L javljaju se dva otpora: radni (ili omski otpor) i induktivni otpor LR L ⋅= ω , gdje je f⋅⋅= πω 2 . Ukupni otpor

(ili impedancija) u tom strujnom krugu dan je izrazom 22LRRZ += , odakle je induktivnost:

2

22

ωRZL −

=

Prema tome ako izmjerimo ukupni otpor Z i radni otpor R zavojnice moći ćemo odrediti induktivnost zavojnice ukoliko nam je poznata frekvencija gradske mreže. Ukupni otpor Z odredit ćemo tako da zavojnicu priključimo u krug izmjenične struje pa U-I metodom odredimo impedanciju Z što ga zavojnica pruža prolasku izmjenične struje. Spojite strujni krug prema slici 1. Izvor izmjenične struje odaberite s najmanje pet izvoda od 3 V do 12 V. Odaberite na izvoru najmanji napon i zatvorite strujni krug. Slika 1.

Izmjerite pad napona U na zavojnici i jakost struje I kroz nju. Ponovite mjerenja pet puta za druge vrijednosti napona i jakosti struje koje ćete dobiti priključivanjem na različite izvode na izvoru. Za svako mjerenje izračunajte, pomoću Ohmovog zakona, impedanciju pa potom odredite srednju vrijednost te maksimalnu apsolutnu pogrešku impedancije.

Odredite radni otpor R zavojnice pomoću U-I metode. U tu svrhu složit ćete strujni krug prema slici 2. Koja je bitna razlika između električne sheme 1. i sheme 2? Izvršite pet mjerenja za različite vrijednosti pada napona na zavojnici i jakosti struje koje ćete dobiti s promjenom priključnica na DC izvoru s najmanje 5 izvoda. Pomoću Ohmova zakona odredite radni otpor R zavojnice za svako mjerenje pa potom izračunajte srednju vrijednost i maksimalno apsolutno odstupanje od te vrijednosti (ΔR). Slika 2.

Pomoću dobivenih vrijednosti za Z i R izračunajte induktivnost zavojnice te pomoću ΔZ i ΔR i izraza (10) i (4) iz knjige Vježbe iz fizike nađite maksimalno relativno odstupanje rezultata.

4.2. ODREĐIVANJE KAPACITETA KONDENZATORA

Pribor: Voltmetar, ampermetar, tri kondenzatora, izvor izmjenične struje s 5 izvoda, spojni

vodiči, sklopka.

Zadatak: 1. Odredite kapacitet tri dana kondenzatora U-I metodom. 2. Odredite kapacitet serijskog spoja tri kondenzatora U-I metodom. 3. Odredite kapacitet paralelnog spoja tri kondenzatora U-I metodom.

4. Odredite kapacitet mješovitog spoja tri kondenzatora U-I metodom (spoj po izboru, ali nacrtajte taj mješoviti spoj kondenzatora).

5. Nacrtajte U-I grafikone. 6. Pogreške.

Uputa:

U krugu izmjenične struje u kojem se nalazi kondenzator javlja se samo kapacitivni otpor RC. Kapacitet kondenzatora odredit ćemo mjereći pad napona U na krajevima kondenzatora spojenog u krug izmjenične struje i jakosti struje I koja protječe tim krugom. Shema kruga struje dana je na slici 3. Izvor izmjenične struje odaberite s najmanje pet izvoda od 3 V do 12 V.

Odaberite na izvoru najmanju elektromotornu silu i zatvorite prekidačem krug struje. Izmjerite jakost struje I i pad napona U na kondenzatoru. Izvršite pet mjerenja za različite vrijednosti napona i jakosti struje, koje ćete dobiti promjenom elektromotorne sile izvora. Izmjerene vrijednosti unesite u tablicu. Vezu između jakosti struje i napona na kondenzatoru prikažite grafički tako da nacrtate I-U graf. Slika 3.

1. Vrijedi li za ovaj krug struje Ohmov zakon? 2. Koliki otpor RC pruža izmjeničnoj struji kondenzator? Odredite taj otpor iz grafičkog I-U grafa. Kako ćete to učiniti?

Nađite kapacitet ispitivanih kondenzatora ako znate da je kapacitivni otpor jednak C

RC ⋅=ω

1 , a

frekvencija gradske mreže 50 Hz. Spojite u strujni krug drugi kondenzator i na opisan način odredite njegov kapacitet, a potom i treći te ostale tražene spojeve kondenzatora. Za koliki se postotak razlikuju vrijednosti za kapacitet što ste ih dobili eksperimentalno od vrijednosti koje dobijete računom za kapacitet serijskog, paralelnog odnosno mješovitog spoja kondenzatora.

VJEŽBA 5. Računalo u praktikumu fizike

VJEŽBA 5.1.a. SERIJSKI SPOJ IZVORA NAPONA

Potreban pribor: računalo s uređajem CATT2 spojna ploča 2 STB baterije 1,2 V 2 STB priključka 1 STB ravni vod sa utičnicom spojni vodiči

Slika 1.

Koliki je ukupni napon serijskog spoja istosmjernih izvora napona?

Računalni program: Analogvoltmeter (Analogni voltmetar) Priprema: Ostvari spoj prema slici 1. Dva napona mogu se mjeriti istovremeno uređajem CATT2. Na kanalu 1 mjeri se napon lijeve baterije, a na kanalu 2 ukupni napon tj. napon serijski spojenih baterija. Postavke uređaja CATT2: mjerna područja : kanal 1: 3 V kanal 2: 3 V Postavke programa Analogvoltmeter: "nullpunkte -> links'' (nul-točka lijevo -mjerljivi su samo pozitivni naponi) "digitalanzeige -> ein" (uključiti digitalni pokazivač) Pokus 1: Izmjerite napon prve baterije na kanalu 1, a na kanalu 2 izmjerite ukupni napon serijskog spoja baterija. Zamijenite mjesta blokovima baterija i ponovo izmjerite (pazite na polaritet tj. serijski protuspoj baterija). Pokus 2: Promjena postavke programa na "nullpunkte -> mitte'' (nul-točka u sredini -moguće je mjeriti pozitivni i negativni napon), gdje je ovo predviđeno. Oba bloka baterije izvadite i zakrenite za 180° (pazite na polaritet) te izmjerite samo ukupni napon serijskog spoja baterija.

VJEŽBA 5.1.b. PARALELNI SPOJ IZVORA NAPONA

Potreban pribor:

računalo s uređajem CATT2 spojna ploča 2 STB priključka 2 STB T-voda 2 STB kutna-voda 1 STB ravni vod 2 STB baterija 1,2 V 1 STB prekidač (EIN/AUS) spojni vodiči

Slika 2.

Koliki je ukupni napon paralelnog spoja istosmjernih izvora napona? Računalni program: Analogvoltmeter (Analogni voltmetar) Priprema: Ostvari spoj prema slici (pazite na polaritet). Mjerenje se provodi samo na jednom kanalu. Postavke uređaja CATT2: mjerno područje: kanal 1: 3 V Postavke programa Analogvoltmeter: "nullpunkte -> links'' (nul-točka lijevo -mjerljivi su samo pozitivni naponi) "digitalanzeige -> ein" (uključujete digitalni pokazivač) Pokus 1: Spojite samo prvu bateriju u poziciju A i izmjerite napon baterije na izabranom kanalu. Pokus 2: Prva baterija se zamjenjuje drugom baterijom i mjeri se napon u poziciji A. Pokus 3: Spajaju se obje baterije prema slici 2., prekidač se zatvara i mjeri se ukupni napon paralelno spojenih baterija (pazite na polaritet).

VJEŽBA 5.2.a. STRUJNE PRILIKE U SERIJSKOM SPOJU ŽARULJA

Potreban pribor: računalo s uređajem CATT2 spojna ploča 2 STB priključka 1 STB ravni blok 2 STB ravna bloka s utičnicom 1 STB ampermetar Ru=10 Ω 2 STB grla žarulje E10 2 žarulje spojni vodiči

Slika 3. Računalni programi: Ampermeter (Ampermetar) i Ohmmeter (Ommetar)

Kakvi je iznos struje kod serijskog spoja dvije iste žarulje naspram struje kroz samo jednu žarulju? Priprema: Ostvarite spoj prema slici. Kao izvor napona služi izlaz stalnog napona +10 V. Budući kako CATT sučelje može mjeriti samo napone, jakost struje mora se preračunati iz pada napona na bloku ampermetra (10 Ω). Kod upotrebe drugog mjernog otpora trebate u programu unijeti njegova vrijednost. Istovremeno se mjere dva napona: ukupni napon i napon na bloku ampermetra. Napon na bloku ampermetra mjeri se na kanalu 1, a ukupni napon na kanalu 2. Ukoliko ne dodate vodič na (-) kanala 2 morate od dobivenog otpora oduzeti otpor ampermetra od 10 Ω. Otpor se računa i prikazuje kao kvocijent napona i jakosti struje. Postavke uređaja CATT2:

mjerna područja: kanal 1: 3 V kanal 2: 10 V

Pokus 1: Pokrenite računalni program Ampermeter i u njemu podesite mjerenje samo na kanalu 1. Izmjerite jakosti struje kroz jednu žarulju. Izmjerena jakost struje treba odgovarati vrijednosti koja je navedena na žarulji. Kolika je jakost struje kroz jednu žarulju? Pokus 2: Umetnite u poziciju B i drugu žarulju (paralelni spoj). Kolika je jakost struje kroz obje žarulje? Pokus 3: Pokrenite računalni program Ohmmeter i izmjerite najprije električni otpor jedne žarulje dok svijetli, a potom i otpor dvije serijski spojene žarulje dok svijetle.

VJEŽBA 5.2.b. STRUJNE PRILIKE U PARALELNOM SPOJU ŽARULJA

Potreban pribor: računalo s uređajem CATT2 spojna ploča 2 STB priključka 2 STB T-bloka 1 STB ravni blok 2 STB kutna blok s utičnicom 1 STB prekidač – EIN/AUS 1 STB ampermetar Ru=10 Ω 2 STB grla žarulje E10 2 žarulje spojni vodiči

Slika 4.

Računalni programi: Ampermeter (Ampermetar) i Ohmmeter (Ommetar) Kakvi je iznos struje kod paralelnog spoja dvije iste žarulje naspram struje kroz samo jednu žarulju? Priprema: Ostvarite spoj prema slici. Kao izvor napona služi izlaz stalnog napona +10 V. Budući kako CATT sučelje može mjeriti samo napone, jakost struje mora se preračunati iz pada napona na bloku ampermetra (10 Ω). Kod upotrebe drugog mjernog otpora trebate u programu unijeti njegova vrijednost. Istovremeno se mjere dva napona: ukupni napon i napon na bloku ampermetra. Napon na bloku ampermetra mjeri se na kanalu 1, a ukupni napon na kanalu 2. Ukoliko ne dodate vodič na (-) kanala 2 morate od dobivenog otpora oduzeti otpor ampermetra od 10 Ω. Otpor se računa i prikazuje kao kvocijent napona i jakosti struje. Postavke uređaja CATT2:


Pokus 1: Pokrenite računalni program Ampermeter i u njemu podesite mjerenje samo na kanalu 1. Izmjerite jakosti struje kroz jednu žarulju. Izmjerena jakost struje treba odgovarati vrijednosti koja je navedena na žarulji. Kolika je jakost struje kroz jednu žarulju? Pokus 2: Sklopkom uključite i drugu žarulju (paralelni spoj). Kolika je jakost struje kroz obje žarulje? Pokus 3: Pokrenite računalni program Ohmmeter i izmjerite najprije električni otpor jedne žarulje dok svijetli, a potom i otpor dvije paralelno spojene žarulje dok svijetle.

U strujnom krugu na slici sve su baterije jednake i sve su žarulje međusobno jednake. Ostavimo li strujne krugove uključene dulje vrijeme, koja će se baterija brže istrošiti?

VJEŽBA 5.3. SPAJANJE OTPORNIKA

Potreban pribor: računalo s uređajem CATT2 spojna ploča 1 STB priključak 2 STB ravna bloka s utičnicom 1 STB T-blok 1 STB T-blok s utičnicom 1 STB otpornik 100 Ω (umjesto ampermetra) 1 STB otpornik 200 Ω 1 STB otpornik 500 Ω 1 STB otpornik 1 kΩ spojni vodiči

Slika 5. Računalni program: Ohmmeter (Ommetar) Koliki je ukupan otpor kombinacije serijskog i paralelnog spoja omskih otpora ? Ukoliko se na kombinaciju različitih otpora dovede konstantni napon, nastupajuća jakost struje ovisi tada o dotičnom ukupnom otporu. Pomoću mjerenja napona i jakosti struje može se izračunati ukupni otpor. Priprema: Ostvarite spoj prema slici. Kao izvor napona služi izlaz stalnog napona +10 V. Budući da svako CATT sučelje može mjeriti samo napone, jakost struje mora se izračunati iz pada napona na svakom mjerenom otporu. Normalno se kod programa "Ohmmetar" kao mjerni otpor ampermetra upotrjebljava 10 Ω, no u ovom se slučaju upotrebom većeg mjerenog otpora (100 Ω). postiže veća preciznost mjerenja. U programu ''Ohmmetar'' opcijom EINGABE WIDERSTAND DES AMPERMETERS izmijeniti na 100. Dva napona mogu se istovremeno izmjeriti. Napon na bloku ampermetra (otpornik 100 Ω) mjeri se na kanalu 1, a ukupni napon na kanalu 2. Postavke uređaja CATT2:


Pokus 1: Provodi se mjerenje samo za otpor od 1k Ω. Na mjesto otpora od 200 Ω na slici stavljamo STB ravni vod, a otpornik od 500 Ω se vadi. Pokus 2: Mjerenje se ponavlja samo za otpor od 500 Ω. Pokus 3: Ukoliko se sada oba otpora, od 1k Ω i 500 Ω, spoje paralelno, dobivamo vrijednost paralelnog spoja otpora. Pokus 4: Blok ravni vod se zamjenjuje STB otporom od 200 Ω, a mjerenje se ponavlja. Ukupni otpor ove kombinacije otpora možemo izmjeriti. Provjerite formulama za serijski, paralelni i mješoviti spoj otpora vrijednosti koje smo dobili mjerenjem.

VJEŽBA 5.4. OHMOV ZAKON

Potreban pribor: računalo s uređajem CATT2 spojna ploča 2 STB priključka 1 STB vod ravni s utičnicom 1 STB ampermetar Ru=10 Ω 1 STB potenciometar 470 Ω 1 STB otpornik 100 Ω 1 STB otpornik 200 Ω 1 STB otpornik 500 Ω spojni vodiči

Slika 6. Struja I koja teče kroz električni otpor R proporcionalna je narinutom naponu U. Veza

.constI

UR == zove se Ohmov zakon.

Ovu vezu trebate grafički istražiti pomoću dijagrama ovisnosti struje o naponu. Računalni program: Ohmsches Gesetz (Ohmov zakon) Priprema: Ostvarite spoj prema slici. Za pojedini otpor se automatski snima karakteristična krivulja struja-napon. Kao izvor napajanja služi izlaz stalnog napona +5 V, s priključenim potenciometrom 470 Ω kojeg stavite u položaj desno, ali ne do kraja. Budući kako svako CATT sučelje može mjeriti samo napone, jakost struje mora se preračunati iz pada napona na ampermetru (10 Ω). Kod upotrebe drugog mjernog otpora u programu trebate navesti vrijednost otpora (ovo je zapravo korištenje ove vježbe unaprijed). Budući kako se pak kod svakog univerzalnog mjernog instrumenta događa isto ovo je, didaktički rečeno, skroz korektno. Istovremeno se mogu mjeriti dva napona. Postavke uređaja CATT2:

mjerno područje: kanal 1: 1 V kanal 2: 10 V

Pokus 1: Eksperimentom u ovom slučaju upravlja program Ohmsches Gesetz (Ohmov zakon). Za tri otpora (100 Ω, 200 Ω, 500 Ω) crta se karakteristična krivulja struja-napon. Snimite dijagram (sva tri pravca na jednoj slici) i priložite ga izvješću. Napon na bloku ampermetra postavlja se na kanal 1. Analogne i digitalne vrijednosti koje su prijavili mjerni instrumenti unose se u dijagram pri čemu boja osi odgovara boji mjernih instrumenata. Iz linearnog tijeka karakteristične krivulje može se prepoznati konstantna veza I sa U pri čemu podizanje pravca odgovara otporu R. Mjerenje možete usporiti ili ubrzati tipkama – i +. Ukoliko se zablokira napon, ne podiže se neko vrijeme, pritisnite razmaknicu 2 puta. Opcijom ZURUCKBLATTERN se vraćate jedan korak unatrag.

Slika 7. Slika 8.

VJEŽBA 5.5. ŽARULJA NIJE KONSTANTAN OTPOR

Potreban pribor: računalo s uređajem CATT2 spojna ploča 1 STB potenciometar 470 Ω 2 STB priključka 2 STB ravni blok s utičnicom 1 STB ampermetar Ru=10 Ω 1 STB grlo lampe E10 1 žarulja spojni vodiči

Slika 9. Računalni programi: Ohmmeter - CATT2 - (Ommetar) CATTSoft – CATT4 Postoje otpori kod kojih veza napona i jakosti struje nije konstantna. Kod žarne niti žarulje otpor se povećava s povećanjem temperature. Većina žarulja ima metalnu žarnu nit. Metali imaju pozitivne koeficijente temperature (žarulje sa ugljenom niti imaju negativni koeficijent temperature). Priprema: Ostvarite spoj prema slici. Kao izvor napona služi izlaz stalnog napona +10 V s postavljenim potenciometrom. Budući kako svako CATT sučelje može mjeriti samo napone, jakost struje mora se izračunati iz pada napona na mjernom otporu (ampermetar 10 Ω). Kod upotrebe drugog mjernog otpora mora se unijeti druga vrijednost. Dva napona mogu se mjeriti istovremeno. Postavke uređaja CATT2:

mjerna područja: kanal 1: 1 V kanal 2: 10 V.

Pokus 1: Pomoću programa "Ohmmetar" pokazuje se električni otpor lampice. Na kanalu 1 mjeri se napon na bloku ampermetra, na kanalu 2 napon na lampici (treba spojiti i minuse kanala na točke gdje želimo mjeriti napon). Pomoću potenciometra mijenja se napon na lampici. Prvo se mjeri otpor lampice za mali napon (žarna nit hladna –žarulja ne svijetli), a zatim za maksimalan pogonski napon (žarna nit vruća –žarulja svijetli punim sjajem). Iz formule R = R0•(1+ α•Δt) može se procijeniti temperatura žarne niti u pogonu gdje je: α - termički koeficijent otpora volframa i pri 0 °C iznosi 0,0042 K-1 R0 - otpor žarne niti u hladnom stanju pri 0 °C Δt - razlika temperature žarne niti (izrazite vrijednost temperature u °C).

Pokus 2: Za žarulju od 10 V snimite I-U graf pomoću programa CATTSoft.

Potreban pribor: računalo s uređajem CATT4 spojna ploča 2 STB priključka 2 STB ravni blok s utičnicom 1 STB ampermetar Ru=10 Ω 1 STB grlo lampe E10 1 žarulja spojni vodiči

Slika 10.

Vježba je prilagođena uporabi uređaja CATT4 i programa CATTSoft. Vrijednosti za struju i napon unose se u dijagram. Snimite dijagram i priložite ga izvješću. Postavke uređaja CATT4: Ostvarite strujni krug prema slici 10. Izvor je napajanja izlaz (+) i (-) generatora. Pri upotrebi generatora uređaja CATT4, povišenje napona će se obavljati automatski koristeći priključnice generatora kao izvor napajanja sastavljenog strujnog kruga na ploči.

Otvorite program CATTSoft i u njemu otvorite datoteku C:CATTSOFT\POKUSI\zarulja.phx. U njemu je sve već podešeno za mjerenje. Kao izvor napona služi izlaz generatora koji namjestite (ako nije): amplituda 10 V, f = 0,010 Hz, dutycycle 50%, 1 perioda, sinusni oblik. Budući kako svaki CATT sučelje može mjeriti samo napone, jakost struje mora se izračunati iz pada napona na mjerenom otporu (ampermetar 10 Ω). Kod upotrebe drugog mjernog otpora mora se unijeti vrijednost otpora u programu. Dokle god je nit žarulje hladna, dobiva se kao poznata linija pravac. Povećanim zagrijavanjem se otpor i jakost struje povećavaju. I-U graf žarulje nije pravac kao kod pokusa s konstantnim otporom, kao što se vidi na slici 11.

Slika 11.

vjeŽba 1. magnetsko polje oko ravnog vodič -...

Documents