Charakterystyki prądowo - napięciowe

wiczenie 5 ”Charakterystyki I-U”
Temat: Charakterystyki prdowo-napiciowe
Cel: Pomiar charakterystyk opornika, arwki, diody. Sprawdzenie stosowalnoci prawa Ohma.
Przyrzdy: Zasilacz prdu staego, woltomierz, amperomierz.
I. Metoda pomiaru
Rys.1. Ukad do pomiaru charakterystyki I-U Rys.2. Liniowa charakterystyka I-U Najprostszymi elementami obwodw elektrycznych s dwjniki, czyli elementy zawierajce tylko dwie kocwki ktrymi moe prd wpywa i wypywa. Przykadami dwjnika s arwka, opornik, kondensator, dawik, silnik prdu staego, itd. Charakterystyk prdowo-napiciow dwjnika nazywamy zaleno napicia pomidzy kocwkami a nateniem prdu przepywajcego przez dwjnik. Do pomiaru staoprdowej charakterystyki dowolnego dwjnika potrzebnymi przyrzdami s:
zasilacz prdu staego z regulacj napicia wyjciowego,
woltomierz,
amperomierz
poczone zgodnie z rysunkiem 1
Wyniki pomiaru przedstawia si graficznie. Szczeglnie prosta jest charakterystyka, ktrej graficzn reprezentacj jest linia prosta przechodzca przez pocztek ukadu wsprzdnych jak na rysunku 2. Wtym przypadku napicie elektryczne pomidzy kocwkami dwjnika jest wprost proporcjonalne do natenia prdu przepywajcego przez dwjnik, czyli spenione jest prawo Ohma. Zamiast formy graficznej relacj pomidzy nateniem prdu inapiciem zapisuje si w postaci rwnania
, (1)
gdzie wspczynnik R nazywa si oporem elektrycznym.
Wikszo dwjnikw nie spenia jednak prawa Ohma w tej postaci, co wyka badania charakterystyk prowadzone wtym wiczeniu. Bada bdziemy charakterystyk opornika, arwki i diody pprzewodnikowej. Charakterystyki opornika i arwki s symetryczne wzgldem odwrcenia kierunku prdu i napicia, tzn. speniaj relacj
. (2)
Charakterystyka diody narusza powysz symetri. Tylko opornik ma charakterystyk speniajc prawo Ohma zgodne z rwnaniem (1).
W uoglnionym prawie Ohma przyjmuje si, e opr ukadu zaley od dodatkowych czynnikw. Przewody z czystych metali maj opr elektryczny wzrastajcy wraz z temperatur. Poniewa przy przepywie prdu elektrycznego wydziela si w nich ciepo, to wraz ze wzrostem natenia prdu temperatura przewodnika wzrasta, porednio wzrasta wic opr przewodnika. Sytuacja taka wystpuje w arwce. Przy bardzo maych nateniach prdu temperatura wkna jest prawie rwna temperaturze otoczenia, czyli okoo 300 kelwinw. Podczas pracy temperatura wkna arwki wynosi ponad 2000 kelwinw, opr wkna arwki wzrasta kilka razy. W wysokich temperaturach (znacznie ponad 1000 K) opr elektryczny czystych metali, a wic take wolframu jest wprzyblieniu proporcjonalny do temperatury bezwzgldnej, czyli opr arwki mona przedstawi w postaci:
. (3)
Korzystajc ze wzorw na moc ciepa Joule'a otrzymujemy przyblione wyraenie na moc ciepln arwki:
. (4)
... zobacz całą notatkę