Name: measuring voltage, current, and resistance
Uploaded: 2023-04-30T06:39:57.000Z
Duration: 12 min 41 s
Channel: JoVE

K12 Standards

Arizona Science Standards

High School

Physical Science

HS+Phy.P4

HS+Phy.P4U1.8

investigation-ohm-s-law-for-ohmic-and-nonohmic-conductors

Investigation Ohm's Law for Ohmic and Nonohmic Conductors

1. التعرف على الجهاز
<ol>
	<li>في هذه التجربة ، استخدم جهاز كمبيوتر لجمع البيانات ورسم الرسوم البيانية.</li>
	<li>قم بتحميل البرنامج الخاص بالتجربة عن طريق النقر المزدوج على أيقونة "قانون أوم" على سطح مكتب الكمبيوتر. عند تحميل البرنامج ، يجب أن تعرض الشاشة رسما بيانيا وجدولا وفي الزاوية اليمنى السفلية ، مربعات بها قراءات الجهد والتيار.</li>
	<li>انقر فوق الزر "صفر" وحدد "صفر جميع المستشعرات" للتأكد من أن قراءات الجهد والتيار تقرأ صفرا عندما تكون غير متصلة.</li>
	<li>باتباع مخطط الدائرة في &lt;الفئة القوية = "xfig"&gt;الشكل 1 ، قم بتوصيل الخيوط الموجودة على مستشعر الجهد بمصدر الطاقة ، وهو صندوق أزرق. ينتقل الرصاص الأحمر إلى اتصال + على مصدر الطاقة ، ويذهب الرصاص الأسود إلى - واحد.</li>
	<li>تأكد من عدم توصيل المستشعر الحالي ، وتأكد من تشغيل المقبض الحالي على مصدر الطاقة إلى الحد الأقصى (في اتجاه عقارب الساعة بالكامل).</li>
	<li>ابدأ عملية جمع البيانات بالضغط على أيقونة السهم الأخضر (زر التجميع) على الكمبيوتر.</li>
	<li>لاحظ ما يحدث عندما يتم نقل مقبض الجهد الموجود على مصدر الطاقة بين إعداداته الدنيا والحد الأقصى. يسمح ضبط المقبض بتغيير الجهد من حوالي +0.7 فولت إلى +5 فولت على الأقل.</li>
	<li>اعكس خيوط مستشعر الجهد (أحمر إلى - ، أسود إلى +) ، وكرر الخطوات 1.5-1.7. هذه المرة ، يعطي ضبط المقبض نطاق جهد يتراوح من -0.7 فولت إلى -5 فولت. وبالتالي ، من خلال ضبط جهد مصدر الطاقة بالإضافة إلى عكس الخيوط ، يتوفر النطاق الكامل للفولتية تقريبا بين -5 فولت و +5 فولت للعمل معه في هذه التجربة. لاحظ أن مصدر الطاقة المستخدم في هذه التجربة لا يمكنه إخراج الفولتية أقل من 0.7 فولت (ميزة غير عادية) ، ولكن هناك أكثر من نطاق كاف لتحديد علاقات الاهتمام.</li>
</ol>
<img alt="الشكل 1" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig1.jpg">
&lt; فئة قوية = "xfig" &gt;الشكل 1: يوضح مخطط الدائرة هذا مصدر الطاقة (المميز بالرموز + و -) ومستشعر الجهد (V) المتصل بسلكين.
&lt; p class = "jove_title" &gt;2. التحقيق في قانون أوم
ملاحظة: في هذا الجزء من التجربة ، الهدف هو مراقبة الرسوم البيانية للتيار مقابل الجهد.
<ol>
	<li>لتغيير ما يتم عرضه على محور ، انقر فوق تسمية المحور ، وحدد الخيار المناسب لعرض المعلومات المطلوبة ، و (للمحور الصادي فقط) قم بإزالة الفحص (الشيكات) للعناصر غير المرغوب فيها على الشاشة. اضبط الرسم البياني لإظهار التيار على المحور y والإمكانات على المحور x.</li>
	<li>لضبط المقاييس بشكل صحيح ، انقر فوق أحد الأرقام الموجودة على يسار المحور y. يؤدي هذا إلى إظهار مربع لإدخال الحد الأدنى -0.3 والحد الأقصى 0.3 للقياس اليدوي. كرر للمحور x بالنقر فوق رقم أسفل المحور x لإظهار مربع الإعدادات. هذه المرة ، أدخل -6 كحد أدنى و 6 كحد أقصى. يؤدي هذا إلى إعداد الرسم البياني لعرض التيارات بين -0.3 و +0.3 أمبير ، والفولتية بين -5 فولت و +5 فولت.</li>
	<li>باتباع مخطط الدائرة في &lt;الفئة القوية = "xfig"&gt;الشكل 2 ، قم بتوصيل الدائرة لقياس الجهد والتيار عبر مقاومة 100 Ω.</li>
	<li>استخدم صندوق المقاومة كمقاوم. اضبطه لمدة 100 Ω. على مصدر الطاقة ، قم بتحويل كل من التيار والجهد إلى الحد الأقصى.</li>
	<li>اضغط على أيقونة السهم الأخضر لبدء جمع البيانات.</li>
	<li>على مدار عدة ثوان ، قم بخفض الجهد إلى الحد الأدنى ، ثم اعكس الخيوط بسرعة عند مصدر الطاقة. خلال عدة ثوان ، أدر مقبض الجهد نحو الحد الأقصى مرة أخرى. يجب أن ينتج عن هذا رسم بياني للتيار مقابل الجهد ، يتراوح من حوالي -5 فولت إلى +5 فولت.</li>
	<li>كرر العملية حتى تشعر بالرضا عن الرسم البياني ، وحدد قائمة البيانات ، واختر "تخزين آخر تشغيل".</li>
	<li>لاحظ أن الرسم البياني للتيار مقابل الجهد هو خط مستقيم. اضغط على الانحدار زر لإجراء ملاءمة خطية للبيانات ، وتسجيل ميل الخط.
	<ol>
		<li>&lt;فئة قوية = "xfig"&gt;يوضح الشكل 4 الرسم البياني الحالي مقابل الجهد للمقاوم الذي يحمل علامة 100 Ω. ينتج عن الملاءمة الخطية للبيانات ميل 0.00991 A / V. معكوس المقاومة هو 0.0100 أمبير / فولت ، وهو تطابق جيد مع المنحدر.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>قم بتغيير مقاومة صندوق المقاومة إلى 200 Ω ، وكرر الخطوات 2.6-2.9.</li>
	<li>قارن قيمتي المنحدر بقيم المقاومة المقابلة ، وحدد العلاقة بين التيار والجهد والمقاومة.
	<ol>
		<li>&lt;فئة قوية = "xfig"&gt;يوضح الشكل 5 الرسم البياني الحالي مقابل الجهد للمقاوم الذي يحمل علامة 200 Ω. ينتج عن الملاءمة الخطية للبيانات منحدر قدره 0.00510 أمبير / فولت. معكوس المقاومة هو 0.00500 A / V ، وهو تطابق جيد مع المنحدر.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>تبين أن ميل الرسم البياني للتيار مقابل الجهد هو معكوس المقاومة. يمكن كتابة هذا على النحو التالي: 
	<img alt="المعادلة 1" src="/files/ftp_upload/10116/10116eq1.jpg"> أو <img alt="المعادلة 2" src="/files/ftp_upload/10116/10116eq2.jpg">
	<ol>
		<li>يتناسب التيار الذي يرسله مصدر الطاقة مع الجهد ويتناسب عكسيا مع المقاومة. عندما يتم رسم التيار كدالة للجهد ، من المتوقع أن يكون ميل الخط هو معكوس المقاومة.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
&lt; p class = "jove_content" &gt; 
<img alt="الشكل 2" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig2.jpg"> 
&lt;فئة قوية = "xfig"&gt;الشكل 2: يوضح مخطط الدائرة هذا مصدر الطاقة المتصل بمقاوم 100 Ω ، حيث يقيس مستشعر الجهد (V) فرق الجهد عبر المقاوم ويقيس مقياس التيار الكهربائي التيار من خلاله.
&lt; p class = "jove_content" &gt; 
<img alt="الشكل 3" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig3.jpg"> 
&lt;فئة قوية = "xfig"&gt;الشكل 3: في مخطط الدائرة هذا ، يتم استبدال المقاوم بمصباح كهربائي ، وتمت إضافة مفتاح. المفتاح مفتوح في البداية ، بحيث يكون المصباح مطفأ في البداية. 
<img alt="الشكل 4" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig4.jpg"> 
&lt;فئة قوية = "xfig"&gt;الشكل 4: الرسم البياني الحالي مقابل الجهد مع مقاوم يحمل علامة 100 Ω. ينتج عن الملاءمة الخطية للبيانات منحدر قدره 0.00991 A / V. لاحظ أن البيانات المفقودة في وسط الرسم البياني هي ببساطة قطعة أثرية لمصدر طاقة معين مستخدم في التجربة ، والذي يتميز بميزة غير عادية تتمثل في عدم إنتاج جهد أقل من حوالي 0.7 فولت <img alt="الشكل 5" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig5.jpg"> 
&lt;فئة قوية = "xfig"&gt;الشكل 5: الرسم البياني الحالي مقابل الجهد مع مقاوم يحمل علامة 200 Ω. ينتج عن الملاءمة الخطية للبيانات منحدر قدره 0.00510 أمبير / فولت.
&lt; p class = "jove_title" &gt;3. التحقيق في المصابيح الكهربائية
<ol>
	<li>استبدل المقاوم من الدائرة السابقة بمصباح كهربائي متوهج صغير (&lt;فئة قوية = "xfig"&gt;الشكل 3). كرر التجربة ، واحصل على رسم بياني للتيار كدالة للجهد للمصباح الكهربائي. لاحظ أي اختلافات في شكل الرسم البياني للمصباح الكهربائي مقارنة بالمقاوم.
	<ol>
		<li>يوضح الشكل 6 &lt;فئة قوية = "xfig"&gt; رسما بيانيا للتيار مقابل الجهد للمصباح المتوهج. بشكل عام ، يزداد التيار مع زيادة الجهد ، لكن الرسم البياني ليس خطيا تقريبا مثل الرسوم البيانية للمقاومات. يوضح الرسم البياني أيضا أن التيار ، بشكل عام ، يكون أعلى عند جهد معين عندما يزداد الجهد ، مقارنة بقيمته عند نفس الجهد عندما يتناقص التيار.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>الآن ، ارسم التيار مقابل الوقت بدلا من التيار مقابل الجهد. للقيام بذلك ، انقر فوق ملصق "الجهد" على المحور الأفقي لإظهار قائمة المتغيرات التي يمكن رسم الرسم البياني عليها ، واختر الوقت بدلا من الجهد.</li>
	<li>قم بتشغيل الجهد لأعلى ، بحيث يضيء المصباح بشكل ساطع ، ثم قم بإيقاف تشغيل مصدر الطاقة باستخدام مفتاح التشغيل / الإيقاف. انقر فوق الزر "جمع" (السهم الأخضر) على الشاشة لبدء جمع البيانات ، وإعادة تشغيل مصدر الطاقة.
	<ol>
		<li>لاحظ الرسم البياني الموضح في &lt;الفئة القوية = "xfig"&gt;الشكل 7. ينتقل التيار عبر المصباح الكهربائي إلى مستوى عال عند تشغيل مصدر الطاقة ، ثم ينخفض إلى قيمة ثابتة أصغر. هذا يختلف تماما عن سلوك المقاوم القياسي ، والذي عادة ما يقفز مباشرة إلى قيمة ثابتة عند تشغيل مصدر الطاقة.</li>
		<li>تفسير هاتين الملاحظتين هو نفسه. كلما ارتفعت درجة حرارة خيوط المصباح الكهربائي ، زادت المقاومة. عندما يكون المصباح مطفأ (&lt;فئة قوية = "xfig"&gt;الشكل 7) ، يكون الفتيل في درجة حرارة الغرفة بمقاومة منخفضة نسبيا. عندما يتم تشغيل المصباح بعد ذلك ، يقفز التيار إلى مستوى عال بسبب المقاومة المنخفضة ، ولكن مع ارتفاع درجة حرارة الفتيل وزيادة المقاومة ، ينخفض التيار. في النهاية ، تستقر درجة الحرارة ، ويكون التيار ثابتا.</li>
		<li>عندما يزداد الجهد (&lt;فئة قوية = "xfig"&gt;الشكل 6) ، فإن الفتيل يسخن ، لذلك مع خيوط أكثر برودة تكون المقاومة أقل والتيار أعلى. بالنسبة للنصف الثاني من الرسم البياني ، عندما ينخفض الجهد ، يبرد الفتيل من درجة حرارة أعلى ، وبالتالي يكون له مقاومة أعلى وتيار أقل.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>أخيرا ، ارجع إلى التيار مقابل الجهد ، واستخدم مصباح LED بدلا من المصباح الكهربائي.</li>
	<li>كما كان من قبل ، احصل على رسم بياني للتيار كدالة للجهد لمصباح LED. تأكد من استخدام كل من الفولتية الموجبة والسالبة لمعرفة النطاق الكامل لسلوك الدائرة باستخدام LED.
	<ol>
		<li>&lt;فئة قوية = "xfig"&gt;يوضح الشكل 8 الرسم البياني الحالي مقابل الجهد لمصباح LED. لا يسمح الصمام الثنائي بالتيار بالتدفق في اتجاه واحد ، عندما يكون الجهد سالبا ؛ ومع ذلك ، عندما يكون الجهد موجبا وأعلى من عتبة معينة ، يتدفق التيار ويزداد بالسرعة التي يزيد بها الجهد. بهذه الطريقة ، يعمل الصمام الثنائي كصمام أحادي الاتجاه للتيار. لاحظ أن خيوط المصباح الكهربائي والمقاومات لا تظهر مثل هذا الاتجاه.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
<img alt="الشكل 6" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig6.jpg"> 
&lt;فئة قوية = "xfig"&gt;الشكل 6: الرسم البياني الحالي مقابل الجهد للمصباح المتوهج. يبدأ الرسم البياني في أسفل اليسار ، ثم يتبع المسار العلوي مع زيادة الجهد ، وأصبح المصباح ساطعا جدا. ثم انخفض الجهد ، واتبع الرسم البياني المسار السفلي إلى أسفل اليسار.
&lt; p class = "jove_content" &gt;<img alt="الشكل 7" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig7.jpg"> 
&lt;فئة قوية = "xfig"&gt;الشكل 7: الرسم البياني الحالي مقابل الوقت للمصباح المتوهج. تم إيقاف تشغيل المصباح ، ثم تم تشغيل الجهد عند علامة 1.4 ثانية تقريبا وظل عند قيمة ثابتة. بلغ التيار ذروته عند حوالي 0.57 أمبير ، ثم انخفض إلى قيمة ثابتة تبلغ حوالي 0.27 أمبير.
&lt; p class = "jove_content" &gt;<img alt="الشكل 8" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig8.jpg"> 
&lt;فئة قوية = "xfig"&gt;الشكل 8: الرسم البياني الحالي مقابل الجهد للصمام الثنائي. يعمل الصمام الثنائي ، إلى حد ما ، كصمام أحادي الاتجاه للتيار. لا يسمح الصمام الثنائي بالتيار بالتدفق عندما يكون الجهد سالبا ، ولكن عندما يكون الجهد موجبا وأعلى من عتبة معينة ، يتدفق التيار ويزداد بالسرعة التي يزداد بها الجهد في اتجاه واحد.

الأدوات الإلكترونية موجودة في كل مكان في عالم اليوم ، وقانون أوم له دور يلعبه في كل من هذه الأدوات. على سبيل المثال ، يجب أن يحتوي المصباح اليدوي المصمم للعمل على بطاريتين بجهد 1.5 فولت على التوالي (إجمالي 3 فولت) ، على مصباح كهربائي بمقاومة مناسبة ، بحيث توفر البطاريات كمية مناسبة من التيار للسماح للمصباح بالتألق بشكل ساطع ، دون احتراق. يساعد قانون أوم في توجيه اختيار المصباح. 
تطبيق آخر هو المصباح الكهربائي ثلاثي الاتجاهات ، والذي يمكن أن يلمع بثلاثة مستويات مختلفة من السطوع. تتمثل إحدى طرق ...

التحقيق في قانون أوم للموصلات الأومية وغير النومومية

المصدر: أندرو دافي ، دكتوراه ، قسم الفيزياء ، جامعة بوسطن ، بوسطن ، ماساتشوستس 
تبحث هذه التجربة في قانون أوم ، الذي يربط التيار والجهد والمقاومة. 
يتمثل أحد أهداف التجربة في التعرف على مخططات الدوائر والمصطلحات المتضمنة في الدوائر الأساسية ، مثل المقاوم والمقاومة والتيار والجهد ومصدر الطاقة. بحلول نهاية التجربة ، يتم اكتساب الإلمام بكيفية توصيل الدائرة وكيفية قياس كل من التيار الذي يمر عبر مكون الدائرة وفرق الجهد أو الجهد عبره. 
في الدائرة ، توفر البطارية أو مصدر الطاقة جهدا مقاسا بالفولت (V) مما يجعل تدفق الشحنة. العناصر الأخرى في الدائرة ، مثل المصابيح الكهربائية أو المقاومات (والتي غالبا ما تكون مجرد أسلاك ضيقة طويلة ملفوفة في ملفات) تحد من معدل تدفق الشحنة. يعرف معدل تدفق الشحنة بالتيار المقاس بالأمبير (A) ، أو الأمبير باختصار ، وتعرف الدرجة التي تحد بها المقاومات وخيوط المصباح الكهربائي من التدفق بمقاومتها المقاسة بالأوم (Ω). تتضمن هذه التجربة استكشافا لقانون أوم ، الذي يربط الجهد والتيار والمقاومة. 
تستكشف هذه التجربة أيضا الفرق بين مكون الدائرة الأساسي المسمى المقاوم والمصباح الكهربائي والصمام الثنائي الباعث للضوء (LED). تعد المصابيح الكهربائية ومصابيح LED جزءا من العديد من الأجهزة الشائعة وتستخدم في تطبيقات الإضاءة المختلفة ، ولذا من المفيد فهم كيفية عملها.

Source: Andrew Duffy, PhD, Department of Physics, Boston University, Boston, MA
This experiment investigates Ohm's law, which relates current, voltage, ...

يربط قانون أوم الجهد والتيار والمقاومة لمكون كهربائي أو دائرة. يعد الجهد ، V ، التيار ، I ، والمقاومة ، R ، أمرا أساسيا لتشغيل جميع الأجهزة الإلكترونية مثل أجهزة الراديو ومشغلات الموسيقى وأجهزة الكمبيوتر بالإضافة إلى التطبيقات الكهربائية الأبسط مثل الأسلاك المنزلية وصناديق الصمامات والإضاءة المنزلية. تتصرف الدوائر في كل هذه الحالات بشكل متوقع ويمكن تصميمها بشكل عقلاني بسبب قانون أوم. سيقدم هذا الفيديو مصطلحات الدوائر والرموز والرسوم البيانية ، ثم يوضح كيفية توصيل دائرة بسيطة. بالإضافة إلى ذلك ، سيتم قياس التيار عبر أحد المكونات والجهد عبر المكون. يحتوي ناتج مصدر الطاقة أو البطارية على أطراف موجبة وسالبة ، والتي تحدد على التوالي القيم العالية والمنخفضة لكمية تسمى الجهد الكهربائي. الفرق في هذا الجهد الكهربائي هو الجهد ، يقاس بالفولت. لمعرفة المزيد حول هذه المصطلحات ، يرجى مشاهدة الفيديو حول الجهد الكهربائي في هذه المجموعة. الدائرة هي شبكة من المكونات المتصلة ببعضها البعض لأداء وظيفة معينة. التيار هو حركة كمية الشحنة في الثانية ويتم قياسه بالأمبير ، أو الأمبير ، باختصار. ومن المثير للاهتمام أن الإلكترونات فقط ، التي لها شحنة سالبة ، تتحرك عبر الأسلاك في الدائرة. بسبب شحنتها السالبة ، تتدفق الإلكترونات في الاتجاه المعاكس لاتجاه التيار. يمكن أن يتدفق التيار الكهربائي فقط عبر الأسلاك والمكونات المتصلة في حلقة كاملة ، مثل تيار الماء من الخزان عبر المضخة ، إلى عجلة المياه والعودة إلى الخزان. إلى حد ما ، تعيق جميع العناصر الكهربائية تدفق التيار ، مثل عنق الزجاجة في الأنبوب الذي يقلل من تدفق المياه. تصف المقاومة هذه الظاهرة ، وتقاس بالأوم. يعرف قانون أوم المقاومة بأنها جهد عبر مكون مقسوما على التيار عبر المكون. بالنسبة للمكونات التي تسمى المقاومات على وجه التحديد ، تكون المقاومة ثابتة تقريبا. عادة ما يكون المقاوم الموجود على لوحة الدوائر المشتركة عبارة عن جسم أسطواني صغير مع نطاقات تمثل رمز لون للمقاومة. وفقا لقانون أوم ، فإن التيار عبر مقاومة ثابتة يتناسب طرديا مع الجهد المطبق ويتناسب عكسيا مع المقاومة. في الواقع ، تزداد مقاومة معظم المواد بشكل عام مع زيادة درجة الحرارة. تختلف مقاومة بعض الأجهزة ، مثل الثنائيات ، أيضا باختلاف حالة التشغيل - أي الجهد والتيار - بالإضافة إلى عوامل أخرى. الصمام الثنائي هو جهاز يسمح للتيار بالتدفق في اتجاه واحد فقط. نتيجة لذلك ، فإنه يتصرف كصمام أحادي الاتجاه ، حيث يمرر التيار عبر مقاومة منخفضة جدا في الاتجاه "الأمامي" ويحظر التيار بمقاومة عالية للغاية في "الخلف". الصمام الثنائي الباعث للضوء ، المعروف أيضا باسم "LED" ، هو صمام ثنائي مضاء بتدفق التيار الأمامي. مثل الصمام الثنائي البسيط ، لا يمرر LED التيار في الاتجاه العكسي ، وفي هذه الحالة لا يضيء. من خلال علاقة بسيطة بين الجهد والتيار والمقاومة ، فإن قانون أوم - غالبا ما يتم التعبير عنه ك V يساوي I في R - يجعل من الممكن حساب أي من هذه الكميات إذا كانت الكميات الأخرى معروفة. سيظهر هذا الفيديو أنه يمكن قياس الجهد عبر المكون والتيار من خلاله بسهولة. ستوضح هذه التجارب أيضا قانون أوم في دوائر مختلفة وتوضح العلاقة بين التيار والجهد للمقاوم والمصباح الكهربائي والصمام الثنائي الباعث للضوء. يتكون جهاز القياس من مستشعر الجهد ، ومستشعر التيار ، ومصدر الطاقة ، ونظام قياس يتم التحكم فيه بواسطة الكمبيوتر ، والمكونات المراد اختبارها. لتحميل برنامج القياس ، انقر نقرا مزدوجا فوق رمز "قانون أوم" على سطح مكتب الكمبيوتر. بعد تحميل البرنامج ، يجب أن تعرض الشاشة رسما بيانيا وجدولا وفي الزاوية اليسرى السفلية ، مربعات بها قياسات الجهد والتيار. انقر فوق الزر "صفر" وحدد "صفر جميع المستشعرات" لإزالة الإزاحات في نظام الحصول على البيانات. يجب أن تكون قراءات الجهد والتيار صفرا عندما لا تكون خيوط الجهاز متصلة بأي شيء. حدد البيانات التي سيتم رسمها بالنقر فوق تسمية المحور وتحديد الخيار المطلوب. بالنسبة للمحور y فقط، قم بإلغاء تحديد العناصر التي لن يتم رسمها. اضبط الرسم البياني لإظهار التيار على المحور y والجهد على المحور x. بعد ذلك ، اضبط مقياس المحور y على سالب 0.3 إلى موجب 0.3 أمبير ، واضبط مقياس المحور x على سالب 5 إلى موجب 5 فولت. يتم استخدام صندوق المقاومة ، والذي يمكن ضبطه لقيم مختلفة من المقاومة ، في التجربة الأولى من أجل ملاحظة كيفية اختلاف التيار مع الجهد للمقاوم. اضبط صندوق المقاومة على 100 أوم. ثم قم بتوصيل مصدر الطاقة ومستشعرات الجهد والتيار وصندوق المقاومة معا كما هو موضح في مخطط الدائرة. أخيرا ، اضبط كل من مخرجات التيار والجهد لمصدر الطاقة على القيم القصوى. انقر فوق رمز السهم الأخضر لبدء جمع البيانات. قلل ببطء جهد مصدر الطاقة إلى الحد الأدنى من قيمته. بعد ذلك ، قم بعكس الخيوط عند مصدر الطاقة وقم بزيادة الجهد ببطء إلى أقصى قيمة له. يجب أن ينتج عن هذا رسم بياني للتيار مقابل الجهد ، يمتد من -5 إلى +5 فولت. كرر هذه العملية حتى يصبح الرسم البياني خاليا من الضوضاء ، ثم قم بتخزين البيانات. بالنسبة لمقاومة 100 أوم ، فإن مخطط التيار مقابل الجهد هو خط مستقيم. قم بإجراء ملاءمة خطية للبيانات وتسجيل ميل الخط. يجب أن يكون المنحدر قريبا جدا من 0.0100 أمبير / فولت ، وهو عكس المقاومة. الآن اضبط مربع المقاومة على 200 أوم وكرر التجربة للحصول على مخطط آخر للتيار مقابل الجهد في نطاق -5 إلى +5 فولت. هذه المرة يجب أن يكون المنحدر قريبا جدا من 0.00500 أمبير / فولت ، مرة أخرى عكس المقاومة. بالنسبة للمقاومة الثابتة ، ينص قانون أوم على أن التيار عبر المقاوم يتناسب مع الجهد المطبق ويتناسب عكسيا مع المقاومة. يتضح هذا في البيانات الخاصة بكل من المقاومات 100 أوم و 200 أوم. بالنسبة للتجربة التالية ، استبدل صندوق المقاوم بمصباح كهربائي متوهج صغير ، كما هو موضح في الرسم البياني التخطيطي. اضبط التحكم في الجهد على مصدر الطاقة إلى الحد الأقصى وابدأ في جمع البيانات. قلل الجهد ببطء إلى الحد الأدنى للقيمة ثم قم بزيادة الجهد ببطء إلى الحد الأقصى. سيعرض الكمبيوتر مخططا للتيار مقابل الجهد على مدى حوالي +0.7 إلى +5 فولت. اعكس خيوط إمداد الطاقة ، واضبط التحكم في الجهد على الحد الأقصى ، وكرر عملية تقليل الجهد إلى الحد الأدنى للقيمة وزيادته إلى القيمة القصوى مرة أخرى. سيعرض الكمبيوتر مخططا للتيار مقابل الجهد في نطاق حوالي -0.7 إلى -5 فولت. مخطط التيار مقابل الجهد للمصباح الكهربائي ليس خطيا تقريبا كما هو الحال بالنسبة للمقاومات. يوضح الرسم البياني أيضا أن التيار بشكل عام يكون أعلى عند جهد معين عند زيادة الجهد ، مقارنة بما هو عليه عند نفس الجهد عندما يتناقص الجهد. عندما يزداد الجهد ، يسخن الفتيل. مع خيوط تبدأ أكثر برودة ، تكون المقاومة أقل والتيار أعلى. عندما يتناقص الجهد ، يبرد الفتيل من درجة حرارة أعلى ، لذلك يتمتع بمقاومة أعلى وتيار أقل في نفس نقطة التشغيل. الآن ارسم التيار مقابل الوقت بدلا من التيار مقابل الجهد. للقيام بذلك ، قم بتغيير المحور الأفقي لقياس الوقت. اضبط الجهد إلى الحد الأقصى ، بحيث يضيء المصباح بشكل ساطع. ثم قم بإيقاف تشغيل مصدر الطاقة. انقر فوق السهم الأخضر لبدء جمع البيانات ثم أعد تشغيل مصدر الطاقة. يكون التيار عبر المصباح مرتفعا فور تشغيل مصدر الطاقة ، ثم ينخفض إلى قيمة ثابتة أقل. أثناء إيقاف تشغيل المصباح ، يكون الفتيل في درجة حرارة الغرفة وله مقاومة منخفضة نسبيا. عندما يتم تشغيل المصباح لأول مرة ، يقفز التيار إلى مستوى عال بسبب تلك المقاومة المنخفضة. ومع ذلك ، تزداد مقاومة الفتيل بشكل كبير مع درجة الحرارة - مع ارتفاع درجة حرارة الفتيل ونمو المقاومة وانخفاض التيار. في النهاية تستقر درجة حرارته ويكون التيار ثابتا. أخيرا ، اضبط المحور لعرض التيار مقابل الجهد مرة أخرى واستخدم الصمام الثنائي الباعث للضوء - "LED" - بدلا من المصباح الكهربائي. يبلغ الحد الأقصى للتيار لمصابيح LED الشائعة حوالي 30 مللي أمبير ، لذلك يجب مراقبة التيار بعناية لمنع حرق LED. استخدم الإجراء من التجارب السابقة للحصول على رسم بياني للتيار كدالة للجهد لمصباح LED. قم أولا بتطبيق الجهد الموجب عبر LED ، واضبط جهد مصدر الطاقة من الحد الأقصى إلى الحد الأدنى. ثم قم بتبديل خيوط مصدر الطاقة واضبط الجهد من الحد الأدنى إلى الحد الأقصى لمراقبة اتجاه LED. يوضح المخطط الناتج أن مؤشر LED يسمح بالتيار بالتدفق فقط عندما يكون الجهد موجبا وأكبر من عتبة معينة. بمجرد "تشغيل" الصمام الثنائي ، يزداد التيار بسرعة مع زيادة الجهد. ومع ذلك ، لا يوجد تدفقات تيار للجهد السالب. يوضح هذا السلوك كيف يعمل LED مثل صمام أحادي الاتجاه للتيار.? الأدوات الإلكترونية منتشرة في كل مكان في عالم اليوم ، وقانون أوم له دور يلعبه في كل واحدة من هذه الأدوات. على سبيل المثال ، تم تصميم المصباح الموجود في المصباح للعمل مع بطاريتين بجهد 1.5 فولت في سلسلة. لذلك ، يجب اختيار مصباح كهربائي ذو مقاومة مناسبة ، بحيث توفر البطاريات كمية مناسبة من التيار لجعل المصباح يلمع بشكل ساطع ، دون أن يحترق. يساعد قانون أوم في توجيه اختيار المصباح. تطبيق آخر لقانون أوم هو الحد من التيار المزود لجهاز معين ، ربما لتقليل مخاطر التعرض لصدمة كهربائية ، أو لحماية الجهاز نفسه. يخبرنا قانون أوم أنه بالنسبة لجهد معين ، كلما زادت المقاومة ، انخفض التيار. لذلك ، من خلال وضع مقاومة في سلسلة مع الجهاز ، يمكننا الحد من التيار المتدفق عبر الجهاز وبالتالي منع أي ضرر محتمل. لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE لقانون أوم. يجب أن تفهم الآن العلاقة بين الجهد عبر المكون الكهربائي ومقاومته والتيار الناتج عبره ، بالإضافة إلى الاختلافات في السلوك الكهربائي للمقاومات والمصابيح الكهربائية والصمامات الثنائية الباعثة للضوء. شكرا للمشاهدة!

Education

JoVE Science Education

Physics

الفيزياء

Physics II

الفيزياء ٢

measuring voltage, current, and resistance

This experiment measures voltage, current, and resistance in basic electric circuits. It also builds skill with circuit diagrams and the terms resistor, resistance, current, voltage, and power supply.

Students learn how to wire a circuit and how to measure current through a circuit component. They also measure the potential difference, or voltage, across a component. These steps help connect circuit symbols with real parts in the lab.

A power supply or battery provides voltage, measured in volts (V), that drives charge through the circuit. Circuit parts such as resistors and light bulbs limit how fast the charge flows. Current is measured in amperes (A), or amps, and resistance is measured in ohms (Ω).

The experiment also compares a basic resistor with a light bulb and a light-emitting diode, or LED. Light bulbs and LEDs appear in many common devices and lighting applications. Studying them helps explain how these parts work in everyday circuits.

Measuring Voltage, Current, and Resistance

electric fields

Visualizing Electric Field Lines

Electric field lines show how a charged object affects the space around it. A source charge creates an electric field, and that field can exert electric force on another charged object called the test charge. The electric field is a vector at each point in space, so it has both size and direction. The electric field is the electric force per unit test charge placed at a point. If a charge is placed in that field, the force on it equals the charge times the electric field. This makes electric...

electric potential

Voltage, Fields, and Equipotential Surfaces

Voltage, or electric potential, describes electric potential energy per unit charge. It is a scalar quantity, and it helps explain many electrical effects. In practice, the difference in electric potential is what matters most. Changes in electric potential across space are linked to the electric field. That field can produce an electric force on a charge. In a resistor, the difference in electric potential between two points drives electric current flow. This experiment uses a volt meter and...

magnetic fields

Magnetic Fields from Magnets and Currents

Magnetic fields come from moving electric charges and from magnetic materials such as bar magnets. A current is one example of moving charge. The magnetic field made by a current can be calculated with the Maxwell equation. Bar magnets also create magnetic fields. In magnetic materials, the field comes from tiny charge movements inside the material. These fields can be shown with small compass needle magnets, which turn to line up with the magnetic field. Magnetic fields push on other moving...

electric charge in a magnetic field

Measuring the Electron’s Charge-to-Mass Ratio

Measuring the electron’s charge-to-mass ratio is the focus of this physics experiment. It recreates J. J. Thomson’s famous experiment from the end of the 19th century. Thomson used it to measure the charge-to-mass ratio of the electron. This work also connects to Robert A. Millikan’s oil-drop experiment a few years later. Millikan’s result gave a value for the charge of the electron. Together, these experiments let scientists determine the electron’s mass and charge for the first time. Those...

investigation ohm's law for ohmic and nonohmic conductors

This experiment measures voltage, current, and resistance in basic electric circuits. It also builds skill with circuit diagrams and the terms resistor, resistance, current, voltage, and power supply. Students learn how to wire a circuit and how to measure current through a circuit component. They also measure the potential difference, or voltage, across a component. These steps help connect circuit symbols with real parts in the lab. A power supply or battery provides voltage, measured in...

series and parallel resistors

How Resistance Changes in Circuit Paths

Series and parallel resistor connections change how current and voltage behave in a circuit. This experiment shows how to find the total, or effective, resistance for each setup. It also uses Ohm’s law to relate voltage and current when the resistance is known. In a series circuit, resistors are wired one after the other. The same current flows through each resistor. Their voltages add together to make the total voltage, so the effective resistance is the sum of the individual resistances.

capacitance

Measuring Charge Storage in Capacitors

Capacitors store opposite charges on two conductors, such as two metal plates. This charge separation creates a potential difference, or voltage drop, between the conductors. In this experiment, commercial capacitors and a parallel plate capacitor are used to show how capacitance links charge and voltage. Capacitance is the proportionality factor between the amount of charge on each conductor and the voltage drop across it. When the voltage changes with time, the current flowing into the...

inductance

Magnetic Induction in Coils

Magnetic induction in coils is demonstrated with inductive coils and a voltmeter. A rod magnet is inserted into or pulled away from the core of a coil to create a brief electromotive force, or emf, in the coil. The voltmeter measures the resulting voltage change. The experiment also shows mutual inductance between two coils. When current in one coil is turned on or off, it can induce an emf in a nearby second coil. This makes the link between changing current and a voltage response clear. <br...

rc/rl/lc circuits

How RC, RL, and LC Circuits Change Over Time

RC, RL, and LC circuits show how current and voltage can change over time. These circuits combine resistors, capacitors, and inductors, which each behave differently in an electric circuit. A resistor dissipates energy and follows Ohm’s law, so its voltage is proportional to its current. A capacitor stores electrical energy. In a capacitor, current depends on how fast the voltage changes. An inductor stores magnetic energy. In an inductor, voltage depends on how fast the current changes. When...

semiconductors

Doping Silicon for p- and n-Types

Semiconductors conduct electricity in ways that depend on temperature and impurity level. Crystalline silicon is the most common semiconductor material. Pure semiconductors are usually not strong conductors, so they are often combined with a small amount of impurity to improve conductivity. This process is called doping. Donor impurities, such as phosphorus and arsenic, add electrons to silicon. Acceptor impurities, such as boron and aluminum, remove electrons from silicon. When acceptors take...

photoelectric effect

UV Light and Electron Emission

Photoelectric effect is the emission of electrons from a metal when light shines on it. The key idea is that the light must have a high enough frequency for its photons to carry enough energy. That energy increases with light frequency. This experiment shows the photoelectric effect with a charged zinc metal plate. The zinc is connected to an electroscope, which is an instrument that shows the presence and relative amount of charge. The plate is then exposed to either a regular lamp or...

reflection and refraction

Bending Light in Lenses and Materials

Light changes speed when it moves through different materials. When it crosses from one material to another, it may slow down or speed up. That change in speed makes the light bend. This bending is called refraction. Some of the light is also reflected at the boundary between the two materials. In special cases, the light can bend so sharply that it is completely reflected back into the material it came from. The lab explores the basic law of refraction and shows how this behavior affects...

interference and diffraction

Laser Slits Reveal Wave Patterns

Laser light can reveal wave behavior through interference and diffraction. These are common wave effects seen in many settings, from water waves to electromagnetic waves such as light. Interference happens when two waves of the same kind overlap. Their combined wave creates a repeating pattern of larger and smaller amplitude. Diffraction happens when a wave passes through an opening or moves around an object. In that case, different parts of the wave can interfere and produce a similar pattern...

standing waves

Standing Waves on a Slinky

Standing waves on a slinky show how wave superposition and reflection can create stable patterns. These waves, also called stationary waves, appear to stay in place even though the material is moving up and down. They are formed when two waves travel in opposite directions with the same frequency and amplitude. Standing waves are easy to spot in finite media. A plucked guitar string is a common example. Water in a lake and air in a room can also show this behavior. On a string fixed at both...

sound waves and doppler shift

Measuring Sound Speed with Motion

Sound waves and motion are the focus of this high school physics experiment. The lesson connects how sound travels through air with how the sound changes when the source moves. It also shows how to measure the speed of sound in air. Waves are disturbances that move through a material medium or through empty space. Light waves can travel through a vacuum and through some forms of matter. They are transverse waves, which means the oscillations are perpendicular to the direction of travel. Sound...

physics ii

This collection explores topics including electrostatics, magnetism, optics, wave-based oscillations, and electrical circuits; explaining underlying principles behind physical phenomena that have changed our world.

Measure voltage, current, and resistance in basic circuits while learning circuit diagrams, wiring, and how resistors, light bulbs, and LEDs behave.

Measuring Voltage, Current, and Resistance | JoVE K12

Andrew Duffy

Overview

Principles of Ohm&#8217;s law

Investigating Ohm&#8217;s Law for Ohmic Resistors

Investigating Ohm&#8217;s Law for Nonohmic Resistors

Applications

Summary

Energy and Work

Source: Ketron Mitchell-Wynne, PhD,&#160;Asantha Cooray, PhD, Department of Physics &#38; Astronomy, School of Physical Sciences, University of ...

Power and Energy

Energy is the total work required to drive the current through the circuit.
A rise in voltage results in more work done, passing more current, resulting ...

Heat Flow and Specific Heat

Heat is a type of energy transfer that is caused by a temperature difference, and it can change the temperature of an object. Since heat is a form of ...

Mechanisms of Heat Transfer I

Just as interesting as the effects of heat transfer on a system are the methods by which the heat transfer occur. Whenever there is a temperature ...

Mechanisms of Heat Transfer II

In convection, thermal energy is carried by the large-scale flow of matter. Ocean currents and large-scale atmospheric circulation, which result from the ...

conduction-convection-and-radiation-problem-solving

Conduction, Convection and Radiation: Problem Solving

There are three methods by which heat transfer can take place: conduction, convection, and radiation. Each method has unique and interesting ...

testing-the-heat-transfer-efficiency-of-a-finned-tube-heat-exchanger

Testing the Heat Transfer Efficiency of a Finned-tube Heat Exchanger

Source: Michael G. Benton and Kerry M. Dooley, Department of Chemical Engineering, Louisiana State University, Baton Rouge, LA
Heat exchangers transfer ...

using-tray-dryer-to-investigate-convective-conductive-heat

Using a Tray Dryer to Investigate Convective and Conductive Heat Transfer

Source: Michael G. Benton and Kerry M. Dooley, Department of Chemical Engineering, Louisiana State University, Baton Rouge, LA
Dryers are utilized in ...

Transformers

A device that transforms voltages from one value to another using induction is called a transformer. A transformer consists of two separate coils, or ...

conservation-of-energy-approach-to-system-analysis

Conservation of Energy Approach to System Analysis

Source: Ricardo Mejia-Alvarez and Hussam Hikmat Jabbar, Department of Mechanical Engineering, Michigan State University, East Lansing, MI
The purpose of ...

Dye-sensitized Solar Cells

Source: Tamara M. Powers, Department of Chemistry, Texas A&#38;M University
Today&#39;s modern world requires the use of a large amount of energy. While ...

Batteries and Fuel Cells

A battery is a galvanic cell that is used as a source of electrical power for specific applications. Modern batteries exist in a multitude of forms to ...

Design, evaluate, and refine a device that works within given constraints to transfer energy within a system.

HS+Phy.P4U2.7

What is Energy?

The universe is composed of matter in different forms, and all forms of matter contain energy. &#xA0;The different forms of energy on Earth originate from ...

Thermodynamic Systems

A thermodynamic system is a set of objects whose thermodynamic properties are of interest. The system is considered to be embedded in its surroundings or ...

Work

Work is done when energy is transferred from one object to another. In other words, work is when a force acts on something that undergoes a displacement ...

Kinetic Energy - I

It&#8217;s plausible to suppose that the greater the velocity of a body, the greater effect it could have on other bodies. This does not depend on the ...

Gravitational Potential Energy

Potential energy is not just a property of each object, but also a property of the interactions between objects in a chosen system. For each type of ...

Elastic Potential Energy

Elastic potential energy is the energy stored as a result of the deformation of an elastic object, such as the stretching of a spring. An object is ...

Work-energy Theorem

According to Newton&#x2019;s second law of motion, the sum of all the forces acting on a particle (net force) determines the rate of change in the ...

Power

The concept of work involves force and displacement; meanwhile, the work-energy theorem relates the net work done on a body to the difference in its ...

Phase Changes

Phase transitions play an important theoretical and practical role in the study of heat flow. In melting or fusion, a solid turns into a liquid; the ...

Heating and Cooling Curves

When a substance&#8212;isolated from its environment&#8212;is subjected to heat changes, corresponding changes in temperature and phase of the substance ...

Calorimetry

When objects at different temperatures are placed in contact with each other but isolated from everything else, they attain thermal equilibrium. A ...

Constant Volume Calorimetry

Calorimeters are useful to determine the heat released or absorbed by a chemical reaction. Coffee cup calorimeters are designed to operate at constant ...

Constant Pressure Calorimetry

Calorimetry is a technique used to measure the amount of heat involved in a chemical or physical process or to measure the heat transferred to or from a ...

Internal Energy

The internal energy of a thermodynamic system is the sum of the kinetic and potential energies of all the molecules or entities in the system. The kinetic ...

Enthalpy

Chemists ordinarily use a property known as enthalpy (H) to describe the thermodynamics of chemical and physical processes. Enthalpy is defined as the sum ...

First Law of Thermodynamics

A change in the internal energy of a system depends on the the net heat transfer into the system and the net work done by the system. The first law of ...

first-law-of-thermodynamics-problem-solving

First Law Of Thermodynamics: Problem-Solving

The first law of thermodynamics states that the change in internal energy of the system is equal to the net heat transfer into the system minus the net ...

using-differential-scanning-calorimetry-to-measure-changes-in-enthalpy

Using Differential Scanning Calorimetry to Measure Changes in Enthalpy

Source: Laboratory of Dr. Terry Tritt &#8212; Clemson University
Differential Scanning Calorimetry (DSC) is a method of thermodynamic analysis based on ...

Analyze and interpret data to quantitatively describe changes in energy within a system and/or energy flows in and out of a system.

HS+Phy.P4U1.6

Gel Purification

Gel purification is used to recover DNA fragments after electrophoretic separation. DNA recovery from an agarose gel includes three basic steps: binding, ...

Voltage

The movement of electrons in a conductor requires some form of energy or work, usually provided by an external force, like a battery. This force is called ...

Electrical Current

Electrical current is defined as the rate at which charge flows. When there is a large current present, such as that used to run a refrigerator, a large ...

Ohm's Law

Many materials exhibit a simple relationship between the values of current, voltage, and resistance, known as Ohm&#8217;s law. The current that flows ...

Resistance

When a current moves through any conductor, the conductor causes some level of difficulty for the current to flow. The measure of that difficulty is known ...

Electrical Power

Electric power is the product of current and voltage, represented in units of joules per second, or watts. For example, cars often have one or more ...

Energy Transfer in Chemical Reactions

Chemical reactions require sufficient energy to cause the matter to collide with enough precision and force that old chemical bonds can be broken and new ...

power-dissipated-in-a-circuit-problem-solving

Power Dissipated in a Circuit: Problem Solving

The equivalent resistance of a combination of resistors depends on their values and how they are connected.
The simplest combinations of resistors are ...

Kirchhoff's Current Law

Kirchhoff&#39;s current law, or KCL, is based on the law of charge conservation. It states that the total current entering and leaving a node in a circuit ...

Kirchhoff's Voltage Law

Kirchhoff&#39;s voltage law, or KVL, is based on the principle of energy conservation.
It states that the algebraic sum of all voltages around a closed ...

Resistors In Series

A resistor is an ohmic device that limits the flow of charge in a circuit. Most circuits have more than one resistor. If several resistors are connected ...

Resistors In Parallel

Resistors are in parallel when one end of all the resistors are connected to a continuous wire of negligible resistance and the other end of all the ...

Combination Of Resistors

Electrical devices in any circuit can be connected either by series or parallel connections. Additionally, circuits can be connected involving both of ...

Equivalent Resistance

In circuit analysis, situations often arise where resistors are neither in series nor parallel configurations. To tackle such scenarios, three-terminal ...

Use mathematics and computational thinking to explain the relationships between power, current, voltage, and resistance.

Measuring Voltage, Current, and Resistance

Description

Transcript

Tags

More videos by Standards