Архив рубрики: Опыты

Закон Ома применение на практике

В уроке про Закон Ома мы узнали, что ток зависит от напряжения и сопротивления. С увеличением напряжения ток растет с увеличением сопротивления ток уменьшается.

Ниже приведена формула для участка цепи для полной цепи мы рассмотрим после того как познакомимся с внутренним сопротивлением источника тока.

И так, для практики нам понадобится: Мультиметр, 3 резистора на 25 Ом и 1 на 50 Ом.

Соберите схему рис 1.

Рис 1

Измерьте напряжение на R2 оно должно составлять порядка 0.75 вольта далее воспользуемся законом Ома и расчетаем ток протекающий через этот резистор.

I=U/R               I=0.75 v/25 Om =30 mA.

Знание того ,что в последовательной цепи идет один и тот же ток, который в нашем случае составляет 30mA позволяет рассчитать напряжение на резисторе R1.

U=I*R            U=30 mA*50 Om=1.5 v

Вот видите насколько крут Закон Ома, без замера тока в цепи мы смогли его рассчитать, а так же без замеров определить напряжение на резисторе.

Давайте сделаем замеры, что бы убедится в правильности расчётов. Замерьте напряжение на R1 оно должно составить около 1.5 вольт и измерьте ток в цепи который будет составлять около 30mA.

В последовательной цепи амперметр можно подключать в любом месте так как ток в такой цепи везде одинаков.

Соберите схему ниже

 

Так, давайте представим, что мы не знаем сопротивление резисторов R1 и R2, а знаем напряжение и ток проходящий через них.

Дано: U1=2 Вольта U2=1 Вольт Ток I=40mA

Найти: R1-? R2-?

Решение: R=U/I        R1=2/0.04= 50 Om       R2=1/0.04=25 Om

Попрактикуйтесь заменяя резисторы другим номиналам и изменяя их количество в цепи делая контрольные замеры.

В следующем уроке мы по практикуем закон Ома рассчитывая сопротивление для индикаторного светодиода.

Вывод: Между током, сопротивлением и напряжением есть зависимость которая выражена законом Ома.

Напряжённость участка цепи на практике

Это практический урок по теме «напряжение»  в котором мы узнали каким образом появляется сама напряжённость.

Нам понадобится: 3 резистора на 25 Ом и 1 на 50 Ом, мультиметр и две батарейки типа АА.

И так, ЭДС создаёт напряжённость на участках цепи в зависимости от их сопротивления. Чем больше сопротивление участка тем большее напряжение достанется ему от ЭДС.

Значит, если в цепи все участки имеют равное сопротивление, то и их напряжённость будет равна.

  1. Соберите схему 1.

схема 1 Равная напряженность

Как видите все резисторы имеют номинал в 25 Ом и следовательно ЭДС должно создать на них одинаковую напряжённость.

Измерьте напряжение на каждом резисторе, оно должно быть одинаковым с учетом погрешности резисторов сопротивление которых не всегда идеально его номиналу.

2. Замените R3 на резистор в 50 Ом и измерьте напряжение на нём и на остальных резисторах. И тут уже более наглядно видна зависимость напряжённости участка от его сопротивления.

схема 2 Разная напряжённость участков цепи

3. Уберите из цепи один резистор в 25 Ом и измерьте напряжение на оставшихся резисторах. Так как резистор в 50 Ом вдвое больше по сопротивлению чем 25 Ом то и на нем будет вдвое больше напряжение.

схема 3 зависимость напряжения от сопротивления участка цепи

Вывод: ЭДС распределяется по цепи в зависимости от сопротивления её участков, чем большее сопротивление участка относительно других участков тем большее напряжение будет на нём.

Сжигание светодиода

Цель эксперимента: Посмотреть на то как влияет превышение тока и напряжения на радио детали (в нашем случаи это светодиод).

Нам понадобится: Батарейка на 9 вольт, два светодиода, резистор 470 Ом, потенциометр на 1КОм (1000 Ом).

  • Соберите схему ,но перед тем как подключать батарею, убедитесь, что потенциометр установлен в своё максимальное сопротивление с помощью мультиметра и светодиод подключен своей длинной ножкой к плюсу через потенциометр.

Как понять, куда подключать + и — на светодиод?

Плюс подключать на длинную ножку, а минус на ту сторону которая имеет срез по кромке. Так же можно определить по внутреннему строению светодиода, смотрите рисунок.

  • Затем медленно вращайте ручку уменьшая сопротивление току. Изначально мы наблюдаем как светодиод разгорается, а затем безвозвратно гаснет «сгорает». Это произошло по причине превышения тока и напряжения для этого светодиода так как у этого светодиода номинальное напряжение 3 вольта и ток 20 мА = 0.02 А, а мы подали на него 9 вольт и максимальный ток который может выдать батарейка.

Номинальный ток — Это ток при котором оборудование может работать не ограничено долго, не боясь перегрева. Например утюг рассчитанный на ток в 3 Ампера может работать без перерыва на остывание токопроводящих частей сколь угодно долго, а вот при превышении тока допустим на 1 Ампер, утюгу будет необходим перерыв в работе для остывания. Подняв ток до 6А утюг и вовсе может мгновенно перегреться и сгореть.

Номинальное напряжение — Это то напряжение, на которое рассчитан электроприбор, радиодеталь, провод и т.д.. При его превышении прибор может начать не корректно работать или вовсе сломаться, у провода может не выдержать его изоляция и он начнёт «прошивать» (пропускать ток через изоляцию).

  •  Добавив в схему токоограничивающий резистор на 470 Ом  мы можем вращать ручку уменьшая сопротивления потенциометра хоть до упора и со светодиодом не чего не произойдёт так как добавленный резистор ограничивает ток, который сожжет наш светодиод.

P.S. В дальнейших уроках, в научитесь рассчитывать номинал резисторов для ограничения тока и напряжения.

Вывод: Нельзя, превышать номинальные значения тока и напряжения на радиодеталях, что бы не вывести их из строя. При применении потенциометра можно обезопасится от превышения тока и напряжения с помощью простого резистора.

Контрольные вопросы:

1.Почему сгорел светодиод? 

Ответ

Так как для него был превышен рабочий ток и напряжение. Из за большого количества тока для него он просто моментально перегрелся и сгорел.

[свернуть]

2. Что делает резистор на второй схеме? 

Ответ

Ограничивает ток и напряжение для светодиода.

[свернуть]

3. Что такое номинальное значение тока и напряжения, для радиодетали?

Ответ

Это то значение, на котором деталь будет более надёжно работать. При значительном превышении и занижении значений возможны неполадки и выход из строя детали.

[свернуть]

Замер сопротивления с помощью мультиметра.

Цель эксперимента: Научиться измерять сопротивление.

Нам понадобится: Мультиметр, резисторы, потенциометр, провод, катушка индуктивности, предохранитель.

  1. Выставляем на мультиметре режим измерения сопротивления.
  2. Берем резисторы и начинаем измерять их сопротивление с помощью щупов. Обращайте внимание на приставки к показаниям мультиметра. Запомните приставки 1 Кило Ом = 1000 Ом, 1 Мега Ом = 1 000 000 Ом. Замерьте сопротивления не менее 10 резисторов.                                                                                                             
  3. Теперь перейдём к потенциометру. Для начала замерим его максимальное сопротивление приложив щупы к крайним контактам. Теперь переместите один из щупов на средний контакт и вращая ручку мы наблюдаем как изменяется сопротивление.Обратите внимание, что при изменении сопротивления одной группы контактов мы меняем и сопротивление другой группы. Замерьте сопротивления групп контактов потенциометра, чтобы убедиться в этом.
  4. Возьмите провод и померьте его сопротивление. Как видите его сопротивление намного меньше чем у резистора и это не удивительно, ведь его задача проводить электричество (ток) с  наименьшим сопротивлением.
  5. Ради эксперимента измерьте сопротивления предметов которые вас окружают.(стола, вилки для еды, линейки,своей кожи, бумаги и т.д.)На те предметы на которые  мультиметр не реагирует называются диэлектриками, то есть они не способны проводить электричество.

Вывод: Замерять сопротивление очень просто достаточно лишь выставить мультиметр в нужный режим измерения.

Контрольные вопросы:

  1. Каким символом обозначается режим измерения сопротивления?
    Ответ

    Ω Омега или R

    [свернуть]
  2. Потенциометр на 10 КОм (10 000 Ом), на одной группе контактов (1-2) сопротивление 7 КОм. Сколько Ом на другой группе контактов (2-3) ?
    Ответ

    10КОм-7КОм=3КОм

    [свернуть]
  3. Какое сопротивление больше 350КОм или 47МОм?
    Ответ

    350КОм<47МОм 350КОм = 350 000 Ом 47МОм = 47 000 000 Ом

    [свернуть]

Замер тока на практике

Цели эксперимента: Научиться измерять ток.

Нам понадобится: 2 лампочки, мультиметр, потенциометр на 1КОм, батарейки и два зажима «крокодил».

Сам по себе амперметр является счётчиком зарядов который сбрасывает свои показания до нуля каждую секунду. Вот вам пример, если через амперметр за одну секунду пройдет 3 кулона зарядов(кулон = 6,24151·1018  электронов), то амперметр покажет 3 ампера, если 5 кулонов зарядов пройдет за одну секунду, то амперметр покажет 5 ампер. В нашем эксперименте мы будем пользоваться мультимером с режимом измерения тока (ампер).

  1. Соберите схему.

Амперметр подключается к цепи последовательно для пропускания через себя тока.

В место амперметра используйте мультиметр в режиме измерения mA (Мили Ампер)

У потенциометра 3 вывода, используйте средний и любой из крайних, один должен остаться лишним.

2.Вращяйте ручку потенциометра наблюдая за показаниями мультиметра и свечением лампочек. Максимальное значение тока должно быть около 170 mA

  1. Уберите из схемы одну лампочку и вы заметите уменьшение тока в цепи, это произойдёт по тому, что вторая лампочка ранее создавала дополнительный путь для протекания зарядов, а сейчас его нет. Ток уменьшится примерно до 90mA.

Вывод: Амперметр подключается к цепи последовательно для подсчета кулонов (электронов) проходящих через него для определения протекаемого тока через него.

ЭДС на практике

Замер ЭДС

Цели эксперимента: Научиться замерять ЭДС и увеличивать его с помощью дополнительных батареек.

Нам понадобится: Мультиметер, батарейки, лампочка.

  1. Замеряем ЭДС батареек, выставив мультиметр его в режим измерения напряжения (V) DC означает постоянное напряжение AC переменное нас интересует DC. У пальчиковой должно получиться ЭДС около 1.5 вольта, а у кроны в районе 9 вольт.
  2. Соберите простую схемку.

 

-Замеряйте ЭДС при выключенной лампе и включённой лампе. С лампой ЭДС (правильнее будет сказать напряжение) должно уменьшиться.

  1. Соедините две пальчиковых батарейки последовательно, плюс к минусу, для этого можно использовать бокс для батареек. ЭДС батареек при таком соединении плюсуется.

Вывод: ЭДС уменьшается при подключении нагрузки, ЭДС можно увеличить соединяя гальванические элементы последовательно.

Более правильный замер ЭДС,а точнее его расчет мы разберем в будущем после того как научимся определять внутреннее сопротивление источника энергии и познакомимся с законом Ома.

Эксперимент. Увеличение проводимости с помощью примеси.

Цели эксперимента: Посмотреть как примеси влияют на проводимость вещества и попрактиковаться в работе с мультиметром в режиме измерения сопротивления.

Нам понадобится: Стакан с водой из под крана, соль в качестве примеси, мультиметр.

  1. Замеряем сопротивление воды мультиметром выставленным в режим измерения сопротивления.
  2. Добавляем три чайных ложки соли ( можно и больше) для увеличения количества свободных зарядов в веществе и в последствии увеличения проводимости.
  3. Повторяем замер сопротивления воды. Сопротивление должно уменьшится.

В моём случае без добавления соли сопротивление было 6 Мега Ом, а с солью 3 Мега Ома (Ом это единица сопротивляемости вещества электричеству далее мы подробно познакомимся с ней) как мы видим из результатов сопротивление уменьшилось в два раза, что указывает на работа способность примеси.

 

Вывод: С помощью примесей можно увеличить количество свободных зарядов в веществе, что в последствии приводит к увеличению проводимости вещества.

 

 

Заряды при движении создают тепло. Эксперимент.

Цели эксперимента: Убедиться в том, что при движении зарядов в веществе они нагревают его и то что при интенсивном нагреве вещества оно начинает светиться.

Нам понадобится: две батарейки типа АА и контактный бокс для них, одна батарейка типа «Крона»,  макетная плата, лампочка на 3 вольта. Читать далее

Притяжение и отталкивание зарядов. Имитация на магнитах.

Для этого эксперимента нам понадобится: Два магнита.

Цель: Почувствовать притяжение и отталкивание.

Притяжение и отталкивание зарядов можно сравнить с магнитным полем постоянного магнита.

Вся суть притяжения и отталкивания заключается в том, что одноименно заряженные заряды отталкиваются, а разноименно заряженные притягиваются.

Постоянный магнит имеет северный и южный полюс и эти полюса аналогичны нашим зарядам, по своим свойствам притяжения и отталкивания.

Если мы будем сближать магниты одноименными полюсами, то мы почувствуем их отталкивание друг от друга.

А при сближении разноименными полюсами они притянутся друг к другу.

Вывод: Разноименные полюса притягиваются, а одноименные отталкиваются.

Эксперимент: перенос вещества с помощью электричества.

Цели эксперимента: Посмотреть на то как ионы металла отделяются от гвоздей, ну и попутно будем наблюдать как выделяется водород.

Для этого опыта нам понадобится : вода, соль, 2 крокодила, 2 гвоздя, батарейка «крона», контакты для батарейки и макетная плата для соединения контактов.

Для начала засипим соль в воду для того что бы повысить её проводимость, далее подключаем крокодилы к гвоздям и опускаем их в воду теперь нам осталось подключить батарейку к контактам.

Подключаем крокодилы и опускаем гвозди в воду

Далее мы можем наблюдать как выделяется водород (пузырики) и вода потихоньку начинает желтеть от ионов железа которые оторвались от гвоздей.

Почему так получается?

Перенос вещества происходит благодаря ионам, ведь ион тот же атом только он имеет недостаток или наоборот избыток электронов.

Отрыв ионов происходит благодаря разноименно заряженным гвоздям.А как мы помним, что разноименные заряды притягиваются друг к другу, то собственно из за этого притяжения и отрываются ионы от наших гвоздей, а жидкая токопроводящая среда в нашем случае вода способствует перемещению ионов за счет слабой меж атомной связи.

Какие-то ионы даже добираются до противоположенного гвоздя, но основная их масса получает или теряет свои электроны по пути следования к противоположенному гвоздю и наш ион железа становится электрически нейтральным атомом следовательно ему не нужно не куда перемещаться и он просто напросто остается в жидкости.

Теперь достанем наши гвозди из воды и посмотрим на то как они изменились после опыта как видим гвоздь который был на плюсе потерял больше атомов  чем тот что был на минусе.

Вывод : Проведя этот эксперимент мы убедились в том что, электричество способно переносить вещество.