Kuva 1. Ohmin lain kytkentäkaavio. DC; 0 6 V.

Samankaltaiset tiedostot
7. Resistanssi ja Ohmin laki

1. Tasavirta. Virtapiirin komponenttien piirrosmerkit. Virtapiiriä havainnollistetaan kytkentäkaaviolla

TASAVIRTAPIIRI - VASTAUSLOMAKE

TEHTÄVÄT KYTKENTÄKAAVIO

VASTUSMITTAUKSIA. 1 Työn tavoitteet

Fysiikan laboratoriotyöt 1, työ nro: 3, Vastuksen ja diodin virta-jänniteominaiskäyrät

RESISTANSSIMITTAUKSIA

Fy06 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7

RATKAISUT: 22. Vaihtovirtapiiri ja resonanssi

Luku Ohmin laki

VASTUKSEN JA DIODIN VIRTA-JÄNNITEOMINAISKÄYRÄT

Fysiikan laboratoriotyöt 3 Sähkömotorinen voima

SÄHKÖSTATIIKKA JA MAGNETISMI. NTIETS12 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2013

2. Vastuksen läpi kulkee 50A:n virta, kun siihen vaikuttaa 170V:n jännite. Kuinka suuri resistanssi vastuksessa on?

FYSP104 / K2 RESISTANSSIN MITTAAMINEN

kipinäpurkauksena, josta salama on esimerkki.

Sähkövirran määrittelylausekkeesta

YLEISMITTAREIDEN KÄYTTÄMINEN

Virrankuljettajat liikkuvat magneettikentässä ja sähkökentässä suoraan, kun F = F eli qv B = qe. Nyt levyn reunojen välinen jännite

TN T 3 / / SÄH Ä KÖAS A IOI O TA T Vi taniemen koulu

RATKAISUT: 17. Tasavirtapiirit

Fy06 Koe ratkaisut Kuopion Lyseon lukio (KK) 5/13

Omnia AMMATTIOPISTO Pynnönen

Aineopintojen laboratoriotyöt 1. Veden ominaislämpökapasiteetti

Coulombin laki. Sähkökentän E voimakkuus E = F q

SÄHKÖTEKNIIKKA. NTUTAS13 Tasasähköpiirit Jussi Hurri kevät 2015

Mitataan yleismittarilla langan resistanssi, metrimitalla pituus, mikrometrillä langan halkaisija. 1p

Pynnönen Opiskelija: Tarkastaja: Arvio:

Sähköopin mittauksia 1

DIODIN OMINAISKÄYRÄ TRANSISTORIN OMINAISKÄYRÄSTÖ

Aiheena tänään. Virtasilmukka magneettikentässä Sähkömagneettinen induktio. Vaihtovirtageneraattorin toimintaperiaate Itseinduktio

SÄHKÖTEKNIIKKA. NBIELS13 Tasasähköpiirit Jussi Hurri syksy 2015

Katso Opetus.tv:n video: Kirchhoffin 1. laki

FY6 - Soveltavat tehtävät

SÄHKÖ KÄSITTEENÄ. Yleisnimitys suurelle joukolle ilmiöitä ja käsitteitä:

33 SOLENOIDIN JA TOROIDIN MAGNEETTIKENTTÄ

SMG-1100: PIIRIANALYYSI I

Tehtävä 1. a) sähkövirta = varausta per sekunti, I = dq dt = 1, A = 1, C s protonin varaus on 1, C

SMG-2100: SÄHKÖTEKNIIKKA

HALLIN ILMIÖ 1. TUTKITTAVAN ILMIÖN TEORIAA

Ohjeita fysiikan ylioppilaskirjoituksiin

SÄHKÖSUUREIDEN MITTAAMINEN

PERMITTIIVISYYS. 1 Johdanto. 1.1 Tyhjiön permittiivisyyden mittaaminen tasokondensaattorilla . (1) , (2) (3) . (4) Permittiivisyys

2. Sähköisiä perusmittauksia. Yleismittari.

Hahmottava kokonaisuus TASAVIRTAPIIRIT. Sirkka-Liisa Koskinen Tapio Penttilä Ryhmä: E5

Nimi: Muiden ryhmäläisten nimet:

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

IMPEDANSSIMITTAUKSIA. 1 Työn tavoitteet

Sähkömagnetismi III. Resistanssi. Esikvantifiointi ja kvantifiointi

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

Elektroniikka. Tampereen musiikkiakatemia Elektroniikka Klas Granqvist

Suoran yhtälöt. Suoran ratkaistu ja yleinen muoto: Suoran yhtälö ratkaistussa, eli eksplisiittisessä muodossa, on

origo III neljännes D

Työ 16A49 S4h. ENERGIAN SIIRTYMINEN

1.1 Tyhjiön permittiivisyyden mittaaminen tasokondensaattorilla

Fysiikka 9. luokan kurssi

Harjoitustehtäviä kokeeseen: Sähköoppi ja magnetismi

Oikeasta vastauksesta (1p): Sulamiseen tarvittavat lämmöt sekä teräksen suurin mahdollinen luovutettu lämpö:

TEHTÄVIEN RATKAISUT. b) Sähkövirta I 2 on I 2 = I 1 I 3 = 0,31 A 0,12 A = 0,19 A.

Kuva 1. Vastus (R), kondensaattori (C) ja käämi (L). Sinimuotoinen vaihtojännite

FYSP1082 / K3 RESISTANSSIN LÄMPÖTILARIIPPUVUUS

Vastksen ja diodin virta-jännite-ominaiskäyrät sekä valodiodi

Tehtävänä on määrittää fysikaalisen heilurin hitausmomentti heilahdusajan avulla.

10B16A. LÄMPÖLAAJENEMINEN JA ILMAN SUHTEELLINEN KOSTEUS

Mittaustekniikka (3 op)

DEE Sähkötekniikan perusteet

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

FYS206/5 Vaihtovirtakomponentit

FYSA220/1 (FYS222/1) HALLIN ILMIÖ

1/6 TEKNIIKKA JA LIIKENNE FYSIIKAN LABORATORIO V

ELEKTRONIN LIIKE MAGNEETTIKENTÄSSÄ

Erään piirikomponentin napajännite on nolla, eikä sen läpi kulje virtaa ajanhetkellä 0 jännitteen ja virran arvot ovat. 500t.

ELEKTRONISET JÄRJESTELMÄT, LABORAATIO 1: Oskilloskoopin käyttö vaihtojännitteiden mittaamisessa ja Theveninin lähteen määritys yleismittarilla

RESISTANSSIN LÄMPÖTILARIIPPUVUUS

R = Ω. Jännite R:n yli suhteessa sisäänmenojännitteeseen on tällöin jännitteenjako = 1

SÄHKÖENERGIATEKNIIIKKA. Harjoitus - luento 7. Tehtävä 1

4.1 Kaksi pistettä määrää suoran

Koesuunnitelma. Tuntemattoman kappaleen materiaalin määritys. Kon c3004 Kone ja rakennustekniikan laboratoriotyöt. Janne Mattila.

Sähköoppi. Sähköiset ja magneettiset vuorovaikutukset sekä sähkö energiansiirtokeinona.

Muuntajan toiminnasta löytyy tietoja tämän työohjeen teoriaselostuksen lisäksi esimerkiksi viitteistä [1] - [4].

MIKROAALTOMITTAUKSET 1

1.1 ATOMIN DISKREETIT ENERGIATILAT

On määritettävä puupalikan ja lattian välinen liukukitkakerroin. Sekuntikello, metrimitta ja puupalikka (tai jääkiekko).

Työ 4B8B S4h. AINEEN PITUUDEN MUUTOKSISTA

Lineaarialgebra MATH.1040 / Piirianalyysiä 2

Koesuunnitelma Alumiinin lämpölaajenemiskertoimen määrittäminen

AVOIMEN SARJAN VASTAUKSET JA PISTEITYS

ELEC-E8419 syksy 2016 Jännitteensäätö

Tekijä Pitkä matematiikka

FYSP105/2 VAIHTOVIRTAKOMPONENTIT. 1 Johdanto

Perusopintojen Laboratoriotöiden Työselostus 1

Käy vastaamassa kyselyyn kurssin pedanet-sivulla (TÄRKEÄ ensi vuotta ajatellen) Kurssin suorittaminen ja arviointi: vähintään 50 tehtävää tehtynä

Sähkötekiikka muistiinpanot

FYSP1082 / K4 HELMHOLTZIN KELAT

Lineaarialgebra MATH.1040 / Piirianalyysiä

Johdanto. 1 Teoriaa. 1.1 Sähkönjohtimen aiheuttama magneettikenttä

DEE-11110: SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

Transkriptio:

TYÖ 37. OHMIN LAKI Tehtävä Tutkitaan metallijohtimen päiden välille kytketyn jännitteen ja johtimessa kulkevan sähkövirran välistä riippuvuutta. Todennetaan kokeellisesti Ohmin laki. Välineet Tasajännitelähde (15020), virtamittari (A)(11110), jännitemittari (V) (11120), yleismittari (DT-830B Digital Multimeter), vastuslankaa (esim. krominikkelivastuslanka, halk. 0,40 mm(14010)), vastuslangan kiinnitystolpat (+ hauenleuat tolppien päihin) sekä johtimia. Taustatietoja Resistanssilla R tarkoitetaan johtimen kykyä vastustaa sähkövirtaa (sähkövarausten liikettä). Ohmin laki kuuluu seuraavasti: Metallijohtimen resistanssi on vakiolämpötilassa jännitteestä riippumaton vakio. Toisin sanoen metallijohtimessa jännitehäviö on vakiolämpötilassa verrannollinen sähkövirtaan (U ~ I); U = RI. Resistanssi R on verrannollisuuskerroin (ks. F4 s. 79-84 (76-81)). Jos sähköjohtimen päiden välistä jännitettä U muutetaan, muuttuu sähkövirtakin I siten, että jännitteen muutoksen suhde sähkövirran muutokseen pysyy samana, jos lämpötila on vakio. Mittauksen kytkentäkaavio on kuvassa 1. Kuva 1. Ohmin lain kytkentäkaavio. DC; 0 6 V. Osamäärän vakiona pysyvästä arvosta käytetään nimitystä resistanssi R. Se kertoo, kuinka suuri jännitteen muutos tarvitaan tiettyä virran muutosta kohti: R =, missä U = johtimen päiden välinen jännite (V) ja I = johtimessa kulkeva virta (A). Resistanssin yksikkö on [ ] [ U] V R = = = Ω ( ohmi). I A [ ] Resistanssi R saadaan mittaustuloksista (I,U)-koordinaatistoon piirretyn suoran fysikaalisena kulmakertoimena (kuva 2).

U/V Kuva 2. Ohmin laki; U = RI. I/A Ohmin lain pätevyysalue on rajallinen. Ohmin laki pätee kohtuullisesti metallijohtimissa vain, jos lämpötila pysyy vakiona, sekä eräille metalliseoksille lämpötilan muuttuessakin. Käytännössä sähköjohtimen lämpötila kasvaa jonkin verran, vaikka johtimessa kulkee pienikin virta. Sitä vastoin esimerkiksi hehkulampun hehkulangan lämpötila kohoaa jännitteen kasvaessa. Hehkulangan ja yleensä johtimen resistanssi suurenee, kun lämpötila kohoaa. Ohmin laki ei silloin ole voimassa. Laki ei myöskään päde sähkövirran kulkiessa kaasuissa, elektrolyyteissä tai puolijohteissa. Kuvassa 3 on esitetty hehkulangan päiden välinen jännite sähkövirran funktiona. Kuvaaja ei ole suora. Siitä nähdään, että resistanssi R ei ole vakio, vaan kasvaa jännitteen (tai virran) kasvaessa. Hehkulanka ei siis noudata Ohmin lakia. U/V Kuva 3. Hehkulangan päiden välinen jännite sähkövirran funktiona. Ohmin laki ei ole voimassa. I/A Metallijohtimen resistanssin riippuvuutta lämpötilasta voidaan kuvata likimäärin yhtälöllä R = R 20 (1 + α t), missä R = johtimen resistanssi lämpötilassa t, R20 = resistanssin arvo 20 o C lämpötilassa, t = t 20 o C ja α = resistiivisyyden lämpötilakerroin (1/ o C tai 1/K). (ks. MAOL s. 94-95 (93-94)). Suoritusohjeita TYÖ 1. Ohmin laki Ohmin laki osoitetaan kokeellisesti ja määritetään vastuslangan resistanssi. Työssä käytetään lankaa, jolla on pieni resistiivisyyden lämpötilakerroin. Oletetaan, että huoneen ja johtimien lämpötila pysyy vakiona. Rakenna kuvan 1 mukainen kytkentä, jossa vastuslanka kiinnitetään kahden tolpan (= eristepylväät) väliin. Tässä työssä käytetään vastuslangan (14010) pituutta: 30 cm. Mittaa ensin yleismittarilla vastuslangan resistanssi. Kytke vastuslangan toinen virtamittarin (A) kautta tasajännitelähteen positiiviseen napaan ja toinen pää negatiiviseen napaan. Työssä käytetään tasajännitettä (DC) välillä 0-6 V. Kytke sitten jännitemittari (V) vastuslangan kumpaakin päähän. Aseta jännitelähteen säätökytkin

MITTAUSPÖYTÄKIRJA asentoon nolla ja tarkista, että virta- ja jännitemittarit näyttävät arvoa nolla (kalibrointi). Suurenna jännitettä ja mittaa vastaava sähkövirran arvo. Suurenna jännitettä edelleen ja mittaa uusi sähkövirran arvo. Kerää useita havaintoarvoja, esim. kuusi (I,U)-mittausta. Kirjoita mittaustulokset taulukkoon 1 ja siirrä taulukon 1 arvot millimetripaperille (I,U)-koordinaatistoon eli virta-jännite koordinaatistoon. Vertaa mittaustulostasi Ohmin lakina tunnettuun teoriaan. Taulukko 1. Ohmin laki; vastuslanka (14010), 30 cm Yleismittarilla resistanssi R Ω. I / A U / V R = U/I (Ω) Laske jokaiselle havainnolle resistanssi R ja laske resistanssin vaihteluväli = Rsuurin-Rpienin = Ω. Käytetään resistanssin virhearviona vaihteluvälin puolikasta; Resistanssin virhe R = = Ω. 2 Sijoita havaintoarvot millimetripaperille (I,U)-koordinaatistoon ja sovita sekä piirrä pistejoukkoon sitä parhaiten kuvaava suora (= ns. regressiosuora) Määritä piirtämäsi suoran U = U(I) kulmakerroin =. Suoran fysikaalisena kulmakertoimena saadaan vastuslangan resistanssi R. Resistanssi R = Ω. TULOS: RESISTANSSI VIRHERAJOINEEN: R = ( ± ) Ω.

TYÖ 2. Ohmin lain pätevyysalue Aseta vastuslangan tilalle hehkulamppu (6 V, 25 W)(1110) ja tee samat mittaukset kuin edellä kuvan 1 kytkentäkaavion mukaisesti. PIIRRÄ KYTKENTÄKAAVIO: Laske lampussa annetun jännitteen ja tehon avulla kuinka suuren virran lamppu voi kestää. I = = A. Taulukko 2. Ohmin laki; hehkulamppu (6 V, 25 W). I / A U / V R = U/I (Ω) Sijoita havaintoarvot millimetripaperille (I,U)-koordinaatistoon. OVATKO PISTEET SAMALLA SUORALLA? NOUDATTAAKO HEHKULANKA OHMIN LAKIA? RESISTANSSIN LIKIARVO R Ω.

TYÖ 3. Johtimen pituuden vaikutus resistanssiin. Edellä mitattiin 30 cm pitkän vastuslangan resistanssi. Toista mittaus käyttämällä samaa vastuslankaa (14010), joka pituus on 60 cm ja 90 cm. Vertaa resistanssinmuutosta ja langan pituuden muutosta. Taulukko 3. Ohmin laki; vastuslanka (14010); 60 cm 90 cm I / A U / V R = U/I (Ω) I / A U / V R = U/I (Ω) Resistanssin virheen R arvioinnissa menetellään kuten edellä. Sijoita havaintoarvot millimetripaperille (I,U)-koordinaatistoon ja sovita sekä piirrä pistejoukkoon sitä parhaiten kuvaava suora kummallakin langan pituudella 30 cm ja 90 cm. 60 cm: Määritä piirtämäsi suoran U = U(I) kulmakerroin =. Suoran fysikaalisena kulmakertoimena saadaan vastuslangan resistanssi R. Resistanssi R = Ω. Arvioi resistanssin R virhe R Ω. TULOS: RESISTANSSI VIRHERAJOINEEN: R = ( ± ) Ω.

90 cm: Määritä piirtämäsi suoran U = U(I) kulmakerroin =. Suoran fysikaalisena kulmakertoimena saadaan vastuslangan resistanssi R. Resistanssi R = Ω. Arvioi resistanssin R virhe R Ω. TULOS: RESISTANSSI VIRHERAJOINEEN: R = ( ± ) Ω. Miten vastuslangan resistanssi muuttuu vastuslangan pituuden kasvaessa? TULOSTEN ARVIOINTI: Mistä seikoista aiheutui virhettä mittaustuloksiin?