1. التعرف على الجهاز
- في هذه التجربة ، استخدم جهاز كمبيوتر لجمع البيانات ورسم الرسوم البيانية.
- 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.
- انقر فوق الزر "صفر" وحدد "صفر جميع المستشعرات" للتأكد من أن قراءات الجهد والتيار تقرأ صفرا عندما تكون غير متصلة.
- باتباع مخطط الدائرة في <الفئة القوية = "xfig">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.
- تأكد من عدم توصيل المستشعر الحالي ، وتأكد من تشغيل المقبض الحالي على مصدر الطاقة إلى الحد الأقصى (في اتجاه عقارب الساعة بالكامل).
- ابدأ عملية جمع البيانات بالضغط على أيقونة السهم الأخضر (زر التجميع) على الكمبيوتر.
- 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.
- 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.

< فئة قوية = "xfig" >الشكل 1: يوضح مخطط الدائرة هذا مصدر الطاقة (المميز بالرموز + و -) ومستشعر الجهد (V) المتصل بسلكين.
< p class = "jove_title" >2. التحقيق في قانون أوم
ملاحظة: في هذا الجزء من التجربة ، الهدف هو مراقبة الرسوم البيانية للتيار مقابل الجهد.
- 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.
- 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.
- باتباع مخطط الدائرة في <الفئة القوية = "xfig">الشكل 2 ، قم بتوصيل الدائرة لقياس الجهد والتيار عبر مقاومة 100 Ω.
- استخدم صندوق المقاومة كمقاوم. اضبطه لمدة 100 Ω. على مصدر الطاقة ، قم بتحويل كل من التيار والجهد إلى الحد الأقصى.
- اضغط على أيقونة السهم الأخضر لبدء جمع البيانات.
- 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.
- كرر العملية حتى تشعر بالرضا عن الرسم البياني ، وحدد قائمة البيانات ، واختر "تخزين آخر تشغيل".
- لاحظ أن الرسم البياني للتيار مقابل الجهد هو خط مستقيم. اضغط على الانحدار زر لإجراء ملاءمة خطية للبيانات ، وتسجيل ميل الخط.
- <فئة قوية = "xfig">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.
- قم بتغيير مقاومة صندوق المقاومة إلى 200 Ω ، وكرر الخطوات 2.6-2.9.
- قارن قيمتي المنحدر بقيم المقاومة المقابلة ، وحدد العلاقة بين التيار والجهد والمقاومة.
- <فئة قوية = "xfig">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.
- تبين أن ميل الرسم البياني للتيار مقابل الجهد هو معكوس المقاومة. يمكن كتابة هذا على النحو التالي:
أو
- 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.
< p class = "jove_content" >

<فئة قوية = "xfig">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.
< p class = "jove_content" >

<فئة قوية = "xfig">الشكل 3
: في مخطط الدائرة هذا ، يتم استبدال المقاوم بمصباح كهربائي ، وتمت إضافة مفتاح. المفتاح مفتوح في البداية ، بحيث يكون المصباح مطفأ في البداية.

<فئة قوية = "xfig">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

<فئة قوية = "xfig">الشكل 5
: الرسم البياني الحالي مقابل الجهد مع مقاوم يحمل علامة 200 Ω. ينتج عن الملاءمة الخطية للبيانات منحدر قدره 0.00510 أمبير / فولت.
< p class = "jove_title" >3. التحقيق في المصابيح الكهربائية
- استبدل المقاوم من الدائرة السابقة بمصباح كهربائي متوهج صغير (<فئة قوية = "xfig">الشكل 3). كرر التجربة ، واحصل على رسم بياني للتيار كدالة للجهد للمصباح الكهربائي. لاحظ أي اختلافات في شكل الرسم البياني للمصباح الكهربائي مقارنة بالمقاوم.
- يوضح الشكل 6 <فئة قوية = "xfig"> 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.
- 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.
- 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.
- لاحظ الرسم البياني الموضح في <الفئة القوية = "xfig">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.
- تفسير هاتين الملاحظتين هو نفسه. كلما ارتفعت درجة حرارة خيوط المصباح الكهربائي ، زادت المقاومة. عندما يكون المصباح مطفأ (<فئة قوية = "xfig">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.
- عندما يزداد الجهد (<فئة قوية = "xfig">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.
- أخيرا ، ارجع إلى التيار مقابل الجهد ، واستخدم مصباح LED بدلا من المصباح الكهربائي.
- 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.
- <فئة قوية = "xfig">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.

<فئة قوية = "xfig">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.
< p class = "jove_content" >

<فئة قوية = "xfig">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.
< p class = "jove_content" >

<فئة قوية = "xfig">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.