RIEDL 3.EB – 5 – 1/11
1. ZADÁNÍ a) Změřte voltampérové charakteristiky dvou různých žárovek pomocí voltmetru a ampérmetru b) Sestrojte grafy I=f(U) c) Vypočítejte statický odpor a graficko-početní metodou dynamický odpor žárovek d) Sestrojte grafy závislosti statických a dynamických odporů žárovek na napětí.
2. POPIS MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Měřeným předmětem jsou v tomto případě dvě žárovky. Informace o těchto žárovkách jsou napsány v tabulce. Napětí (Ujm) Proud (Ijm) Ž1 11V 0,5A Ž2 6,3V 0,3A
3. TEORETICKÝ ROZBOR 3.1 ROZBOR PŘEDPOKLÁDANÝCH VLASTNOSTÍ MĚŘENÉHO PŘEDMĚTU Žárovka má svůj vlastní odpor. Díky tomuto odporu a procházejícímu proudu se žárovka zahřívá. To znamená, že odpor žárovky se se zvyšující teplotou také zvětšuje. Teplota závisí na velikosti přivedeného napětí a také na velikosti proudu, který prochází wolframovým vláknem v žárovce. Odpor žárovky se tedy mění v závislosti na přivedeném proudu a napětí na žárovku. Se zvětšujícím se napětím a proudem roste také odpor žárovky a naopak. Odpor žárovky vypočteme podle ohmova zákona: R
U I
Statický odpor se tedy vypočte podle vztahu:
Rs
Us Is
Dynamický odpor se vypočte podle vztahu: RD
U I
RIEDL 3.EB – 5 – 2/11
3.2 ROBOR MĚŘÍCÍ METODY K měření voltampérové charakteristiky žárovky používáme ohmovu metodu pro měření malých odporů. Tuto metodu jsme zvolili právě proto, že odpor žárovky je výrazně menší, než vnitřní odpor voltmetru. Při této metodě měříme napětí, které je přímo na měřené žárovce, ale měříme proud, který protéká nejen žárovkou, ale i voltmetrem. Z tohoto důvodu je potřeba provést korekci naměřeného proudu podle vztahu: IK
I
U RV
kde IK je korigovaný proud, I je proud naměřený voltmetrem, U je napětí naměřené na voltmetru a RV je vnitřní odpor voltmetru. Tato korekce se nemusí provádět, jestli k měření napětí použijeme číslicový voltmetr, protože tyto voltmetry mají vnitřní odpor okolo 10 5-107Ω. Což je výrazně větší odpor než je odpor žárovky. Chceme-li, aby voltampérová charakteristika žárovky vyšla co nejpřesněji, musíme měřit v co možná nejvíce různých hodnotách napětí, ale o takové velikosti, abychom nepřesáhli maximální napětí žárovky.
4. SCHÉMA ZAPOJENÍ
A U
U– A– V– Ž–
V
regulovatelný zdroj stejnosměrného napětí ampérmetr voltmetr žárovka
Ž
RIEDL 3.EB – 5 – 3/11
5. POSTUP MĚŘENÍ a) Zapojte přístroje podle schéma zapojení, jako žárovku zapojte Ž 1 b) Nastavte pomocí regulovatelného zdroje požadované napětí c) Přečtěte hodnotu z voltmetru a zapište ji do tabulky d) Přečtěte hodnotu z ampérmetru a zapište ji do tabulky e) Opakujte tento postup od bodu b), pro každou hodnotu napětí. Pokud již máte naměřené všechny hodnoty napětí a proudu pokračujte následujícím bodem. f) Zapojte přístroje podle schéma zapojení, jako žárovku zapojte Ž 2 g) Nastavte pomocí regulovatelného zdroje požadované napětí h) Přečtěte hodnotu z voltmetru a zapište ji do tabulky i) Přečtěte hodnotu z voltmetru a zapište ji do tabulky j) Tento postup opakujte od bodu g), pro každou hodnotu napětí.
6. TABULKY NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH HODNOT Tabulka č.1 Žárovka Ž1 11V; 0,5A U (V) I (A) RS (Ω) RD (Ω)
1 0,5 0,13 3,85 3,85 12 6 0,36 16,67 50
2 1 0,16 6,25 6,25 13 6,5 0,37 17,57 25
3 1,5 0,19 7,89 25 14 7 0,39 17,95 50
4 2 0,21 9,52 25 15 7,5 0,4 18,75 50
5 2,5 0,23 10,87 25 16 8 0,41 19,51 25
6 3 0,25 12 25 17 8,5 0,43 19,76 50
7 3,5 0,27 12,96 25 18 9 0,44 20,45 50
8 4 0,29 13,79 25 19 9,5 0,45 21,11 25
9 4,5 0,31 14,52 25 20 10 0,47 21,27 50
10 5 0,33 15,15 50 21 10,5 0,48 21,86 50
11 5,5 0,34 16,18 25 22 11 0,49 22,45 ----
Tabulka č.2 Žárovka Ž2 6,3V; 0,3A U (V) I (mA) RS (Ω) RD (Ω)
1 0,3 64 4,69 14,15 12 3,6 222 16,22 29,41
2 0,6 85,2 7,04 16,39 13 3,9 232,2 16,80 30,30
3 0,9 103,5 8,70 18,18 14 4,2 242,1 17,35 30,30
4 1,2 120 10 19,23 15 4,5 252 17,86 31,58
U – naměřené napětí I – naměřený proud RS – statický odpor RD – dynamický odpor
5 1,5 135,6 11,06 20,55 16 4,8 261,5 18,36 32,61
6 1,8 150,2 11,98 21,90 17 5,1 270,7 18,84 36,14
7 2,1 163,9 12,81 23,62 18 5,4 279 19,35 42,86
8 2,4 176,6 13,59 24 19 5,7 286 19,93 31,58
9 2,7 189,1 14,28 26,32 20 6 295,5 20,30 34,09
10 3 200,5 14,96 26,78 21 6,3 302,8 20,70 ----
11 3,3 211,7 15,59 29,13
RIEDL 3.EB – 5 – 4/11
7. VÝPOČTY Výpočet statického odporu:
US IS
RS Například pro US=1,5V a IS=0,19A
US IS
RS
1,5 0,19
7,89
Výpočet dynamického odporu:
RD
UN IN
1 1
UN IN
Například pro UN+1=4V, UN=3,5V, IN+1=0,29A a IN=0,27A
RD
UN IN
1 1
UN IN
4 3,5 0,29 0,27
25
8. GRAFY VIZ. PŘÍLOHA
9. SEZNAM MĚŘÍCÍCH PŘÍSTROJŮ Zkratka U V A Ž1 Ž2
Název a typ přístroje regulovatelný zdroj STATRON TYP 2229 ručkový voltmetr AVOMET DU 10 číslicový ampérmetr METEX ME – 32 Žárovka 11V; 0,5A Žárovka 6,3V; 0,3A
Výrobní číslo 0412103 8188203 EJ009958 ---------------
RIEDL 3.EB – 5 – 5/11
10. ZÁVĚR Naším úkolem bylo změřit voltampérové charakteristiky dvou žárovek. Podle teoretického rozboru se odpor žárovek se zvětšujícím se napětí také zvětšuje, což nám potvrzují i výpočty a samozřejmě i grafy. Korekci proudu jsem vzhledem k rozdílu mezi odporem žárovek a vnitřnímu odporu neprováděl, protože odpor voltmetru je přibližně 26x103krát větší než odpor žárovky Ž1 a přibližně 14x103 než je odpor žárovky Ž2. Podle těchto údajů bude chyba měření velmi malá což znamená zcela zanedbatelná. U žárovky Ž1 byl nejspíš proud měřen s velmi malou přesností nebo na špatném rozsahu což v důsledku znamenalo,že dynamický odpor až na první dvě hodnoty nabývá hodnot buď 25Ω nebo 50Ω což se mi zdá velice nepravděpodobné, že by tyto hodnoty měly takto vycházet. Kdybychom měřily u této žárovky proud s větší přesností, zcela jistě by dynamický odpor nenabýval jen hodnot 25Ω a 50Ω. Tato chyba byla zapříčiněna chybou obsluhy nebo nedostatečnou přesností měřícího přístroje.
RIEDL 3.EB – 5 – 6/11
VOLTAMPÉROVÁ CHARAKTERISTIKA ŽÁROVKY Ž1 0,55 0,5 I (A) 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
6,5
7
7,5
8
8,5
9
9,5
10
10,5
11
U (V)
11,5
12
RIEDL 3.EB – 5 – 7/11
VOLTAMPÉROVÁ CHARAKTERISTIKA ŽÁROVKY Ž2 350
300 I (mA) 250
200
150
100
50
0 0
0,6
1,2
1,8
2,4
3
3,6
4,2
4,8
5,4
6
6,6 U (V)
7,2
RIEDL 3.EB – 5 – 8/11
ZÁVISLOST STATICKÉHO ODPORU NA NAPĚTÍ ŽÁROVKY Ž1 25 22,5 RS (Ω) 20 17,5 15 12,5 10 7,5 5 2,5 0 0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
6,5
7
7,5
8
8,5
9
9,5
10
10, 5
11
U (V)
11, 5
12
RIEDL 3.EB – 5 – 9/11
ZÁVISLOST STATICKÉHO ODPORU NA NAPĚTÍ ŽÁROVKY Ž2 22,5
20 RS (Ω) 17,5
15
12,5
10
7,5
5
2,5
0 0
0,6
1,2
1,8
2,4
3
3,6
4,2
4,8
5,4
6
6,6 U (V)
7,2
RIEDL 3.EB – 5 – 10/11
ZÁVISLOST DYNAMICKÉHO ODPORU NA NAPĚTÍ ŽÁROVKY Ž1 55 50 RD (Ω) 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
6,5
7
7,5
8
8,5
9
9,5
10 10,5 11 11,5 12 U (V)
RIEDL 3.EB – 5 – 11/11
ZÁVISLOST DYNAMICKÉHO ODPORU NA NAPĚTÍ ŽÁROVKY Ž2 45 RD (Ω) 40
35
30
25
20
15
10
5
0 0
0,6
1,2
1,8
2,4
3
3,6
4,2
4,8
5,4
6
6,6 U (V)
7,2
