3. Закон Ома

ЭКСПЕРИМЕНТ 3 Закон Ома

Цели

После проведения данного эксперимента Вы сможете рассчитывать и измерять ток, напряжение и сопротивление в электрической схеме для проверки закона Ома.

Необходимые принадлежности

* Цифровой мультиметр

* Макетная панель

* Источник постоянного напряжения

* Резисторы — 1/4 Вт, 5%:

один резистор 470 Ом, один резистор 680 Ом, один резистор 2, 2 кОм, один резистор 4, 7 кОм.

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

По-видимому, наиболее важным основным принципом в электротехнике является закон Ома. Этот закон отражает связь, которая существует между током, напряжением и сопротивлением в электрической или электронной цепи. Источник напряжения подключается к сопротивлению, что вызывает протекание через него тока. Величина тока определяется величиной приложенного напряжения и величиной сопротивления. Закон Ома утверждает, что на участке цепи ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению. Эта связь выражается простой формулой:

I=V/R

В данном выражении: I — ток в амперах, V — напряжение в вольтах, R — сопротивление в омах. Значение тока можно быстро вычислить использовании калькулятора. Например, какой величины ток протекает через резистор 2, 2 кОм, подключенный к источнику напряжения 6В? Ответ таков:

I = 6 В/2, 2 кОм = 6/2200 = 0, 00273 А

Это значение может быть выражено также в миллиамперах, то есть, 2, 73 мА.

Как Вы знаете, основная формула закона Ома может быть преобразована алгебраически, так что Вы сможете определять или напряжение, или сопротивление. Этими другими формулами являются:

V=IxR

R =V/I

В. Вашей работе с электроникой Вам регулярно придется использовать закон Ома; Даже в самых сложных схемах Вы будете применять это соотношение. Важно, чтобы Вы могли проделывать такие расчеты при любых условиях.

Вычисления в соответствии с законом Ома

Для выполнения расчетов в соответствии с законом Ома Вы должны знать две величины из трех. Величины тока, напряжения и сопротивления

могут быть получены различными способами. Величины сопротивлении резисторов могут определяться по их цветовому коду или фактическим измерением сопротивления резистора. Ток обычно определяется путем измерения. Величину напряжения часто бывает легко определить, поскольку напряжение подается от источника питания, выходное напряжение которого фиксированно и известно. Например, если используется батарейка для карманного фонаря, то Вы знаете, что ее напряжение составляет 1, 5 В. Все батареи элементов имеют стандартные значения выходных напряжений, как и многие источники питания. Если напряжение неизвестно, оно может быть, тем не менее, измерено.

Краткое содержание

В данном эксперименте Вы будете собирать некоторые простые электрические схемы и выполнять электрические измерения, в результате чего Вы сможете проводить расчеты в соответствии с законом Ома. Для конкретной схемы Вы научитесь делать расчет необходимых величин. Затем Вы будете конструировать различные схемы и контролировать их величины путем измерении.

ПРОЦЕДУРА

1. Обратитесь к схеме на рисунке 3-1. При известных значениях напряжения и сопротивления рассчитайте величину протекающего в схеме тока. Запишите Ваше полученное значение в предусмотренное поле.

I = ______мА (вычисленное значение)

Рис. 3-1.

2. Соберите схему, показанную на рисунке 3-1. Используйте источник питания постоянного тока, настроенный таким образом, чтобы его выходное напряжение составляло 9 В. Для измерения тока в данной схеме Вы будете использовать мультиметр. Установите предел измерения мультиметра на соответствующее значение, которое основано на Ваших расчетах в шаге 1. Вставьте красный испытательный вывод в гнездо А мультиметра.

3. После того, как Вы собрали схему, коснитесь черным пробником к отрицательному контакту батареи или источника питания, а красным пробником прикоснитесь к неприсоединенному выводу резистора. Прочитайте показание величины тока на мультиметре. Запишите полученное значение.

I = ________мА (измеренное значение)

4. Сравните Ваше расчетное и измеренное значения. Объясните причину различий, если таковые имеются.

5. Удвойте напряжение питания, указанное на рисунке 3-1. Какое теперь новое напряжение питания схемы?

Напряжение питания = ______ вольт

6. Используя величину нового напряжения питания и прежнее сопротивление резистора, рассчитайте величину нового тока.

/ = ______мА (вычисленное значение)

7. Измерьте новый ток, подсоединяя испытательные выводы мультиметра к схеме, как описано ранее.

I =______мА (измеренное значение)

8. Сравните величины токов в шагах 1 и 6 и в шагах 3 и 7. Как изменилась величина тока, когда изменилось напряжение питания? Согласуется ли такое изменение с законом Ома? Объясните.

9. Демонтируйте схему, показанную на рисунке 3-1, и соберите схему, показанную на рисунке 3-2.

Рис. 3-2.

10. Измерьте величину тока, протекающего в схеме, используя процедуру, описанную ранее. Запишите полученное значение.

I= ________мА (измеренное значение)

1. Используя значение измеренного Вами тока, рассчитайте величину сопротивления резистора, применяя для этого закон Ома. Запишите величину сопротивления.

R = ______Ом (вычисленное значение)

12. Теперь по цветовому коду резистора определите его сопротивление и запишите найденное значение. R = _________Ом (определенное по цветовому коду)

13. Сравните значение сопротивления, вычисленное с использованием величины измеренного тока, с величиной сопротивления, определенной по цветовому коду. Объясните любой отличие.

14. Измените величину сопротивления резистора на 2, 2 кОм в схеме на рисунке 3-2.

15. Рассчитайте величину ожидаемого тока. Запишите значение.

I =_______мА (вычисленное значение)

16. Измерьте величину тока, используя процедуру, которая использовалась Вами в предыдущих шагах.

I =_______мА (измеренное значение)

17. Сравните ток, который Вы измерили в шаге 16, с током, измеренным Вами в шаге 10. Как изменился ток после изменения величины сопротивления резистора? Соответствуют л и полученные Вами результаты закону Ома? Объясните.

18. Используйте источник питания постоянного тока с варьируемым напряжением, который Вы применяли в схеме на рисунке 3-2, и резистор 2, 2 кОм. Изменяйте напряжение от 0 до 12 В шагами (дискретами) по 2 В. Измеряйте ток при каждом установленном напряжении.

19. Повторите шаг 18, используя резистор 4700м. Используя данные в шагах 18 и 19, построите графики тока в зависимости от напряжения на миллиметровой бумаге.

ОБЗОРНЫЕ ВОПРОСЫ

1. К резистору 39 кОм был подключен источник питания с неизвестным напряжением. Вы измерили ток и получили величину 0, 31 мА. Приложенное напряжение должно быть порядка:

а) 12 В,

б) 28 В,

в) 57 В,

г) 126 В.

2. Уменьшение напряжения, приложенного к резистору, приводит к:

а) увеличению тока,

б) уменьшению тока,

в) сохранению той же величины тока,

г) падению величины тока до нуля.

3. Уменьшение сопротивления резистора, соединенного с источником питания, приводит к:

а) увеличению тока,

б) уменьшению тока,

в) сохранению той же величины тока,

г) падению величины тока до нуля.

4. Смотрите Ваш график, полученный в шаге 19. Скорость изменения тока по отношению к изменению напряжения:

а) больше при меньшей величине резистора,

б) больше при большей величине резистора,

в) меньше при меньшей величине резистора,

г) та же при любой величине резистора.

5. Для измерения тока при помощи мультиметра как он должен быть подключен к схеме?

а) встречно,

б) параллельно,

в) последовательно,

г) с изменением полярности испытательных выводов.