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. היכרות עם המנגנון
<ol><li>עבור ניסוי זה, השתמש במחשב כדי לאסוף את הנתונים ולתוות גרפים.</li>
	<li>טען את התוכנה לניסוי על ידי לחיצה כפולה על סמל "חוק אוהם" בשולחן העבודה של המחשב. כאשר התוכנית נטענת, המסך צריך להציג גרף, טבלה, ובפינה השמאלית התחתונה, תיבות עם קריאות המתח והזרם.</li>
	<li>לחץ על לחצן אפס ובחר "אפס את כל החיישנים" כדי לוודא שהקריאות המתח והזרם קוראות אפס כאשר הן אינן מחוברות.</li>
	<li>לאחר דיאגרמת המעגל באיור 1, חבר את שני הלידים בחיישן המתח לאספקת החשמל, שהיא תיבה כחולה. ההפניה האדומה עוברת לחיבור + באספקת החשמל, והפופרת השחורה עוברת ל- - אחד.</li>
	<li>ודא כי החיישן הנוכחי אינו מחובר, וודא שהידית הנוכחית באספקת החשמל הופכת למקסימום (בכיוון השעון המלא).</li>
	<li>הפעל את איסוף הנתונים על-ידי הקשה על סמל החץ הירוק (לחצן איסוף) במחשב.</li>
	<li>שים לב מה קורה כאשר ידית המתח באספקת החשמל מועברת בין ההגדרות המינימליות למקסימום שלה. התאמת הידית מאפשרת לשנות את המתח מ- +0.7 V ל- +5 וולט לפחות.</li>
	<li>הפוך את הפניות של חיישן המתח (אדום ל -, שחור ל+ ), ולחזור על השלבים 1.5-1.7. הפעם, התאמת הידית מעניקה טווח מתח של כ- −0.7 V עד -5 V. לכן, על ידי התאמת מתח ספק הכוח, כמו גם היפוך הלידים, כמעט טווח המתחים המלא בין -5 V ו + 5 V זמין לעבוד איתו בניסוי זה. שים לב כי ספק הכוח המשמש בניסוי זה לא יכול לכבות מתחים מתחת 0.7 וולט (תכונה יוצאת דופן), אבל יש יותר ממספיק טווח כדי לקבוע את היחסים של עניין.</li>
</ol><img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig1.jpg">
איור 1: דיאגרמת מעגלים זו מציגה את ספק הכוח (המסומן ב- + ו - סמלים) ואת חיישן המתח (V) המחובר באמצעות שני חוטים.
2. חקירת חוק אוהם
הערה: בחלק זה של הניסוי, המטרה היא להתבונן בגרפים של זרם לעומת מתח.
<ol><li>כדי לשנות את מה שמוצג על ציר, לחץ על תווית הציר, בדוק את האפשרות המתאימה להצגת המידע הרצוי ו (עבור ציר ה- y בלבד) הסר את הבדיקות עבור פריטים לא רצויים בתצוגה. הגדר את התרשים כך שיציג זרם בציר ה- y והפוטנציאל בציר ה- x.</li>
	<li>כדי להגדיר את קנה המידה כראוי, לחץ על אחד המספרים משמאל לציר ה- y. פעולה זו מעלה תיבה להזנה מינימלית של -0.3 ומקסימום של 0.3 עבור קנה המידה הידני. חזור על הפעולה עבור ציר ה- x על-ידי לחיצה על מספר מתחת לציר ה- x כדי להעלות את תיבת ההגדרות. הפעם, הזן -6 כמינימום ו-6 כמקסימום. פעולה זו מכינה את הגרף להצגת זרמים בין −0.3 ל- +0.3 A, ומתחים בין -5 V ל- +5 V.</li>
	<li>לאחר דיאגרמת המעגל באיור 2, תחברו את המעגל כדי למדוד את המתח והזרם על פני נגד 100 Ω.</li>
	<li>השתמש בתיבת התנגדות כנגד. תקבע את זה ל-100 Ω. באספקת החשמל, להפוך הן את הזרם והן את המתח למקסימום.</li>
	<li>הקש על סמל החץ הירוק כדי להתחיל את איסוף הנתונים.</li>
	<li>במשך מספר שניות, להפוך את המתח למינימום, ולאחר מכן להפוך במהירות את הפניות באספקת החשמל. במשך מספר שניות, סובב את ידית המתח לכיוון המקסימום שוב. התוצאה היא גרף של זרם לעומת מתח, החל על -5 וולט כדי +5 וולט.</li>
	<li>חזור על התהליך עד להסתפקות בגרף, בחר בתפריט נתונים ובחר "אחסן את ההפעלה האחרונה".</li>
	<li>שים לב כי גרף הזרם לעומת מתח הוא קו ישר. לחץ על לחצן רגרסיה כדי לבצע התאמה ליניארית לנתונים, והקלט את השיפוע של הקו.<ol>
<li>
איור 4 מציג את גרף הזרם לעומת מתח עבור הנגד המסומן ב- 100 Ω. התאמה ליניארית לנתונים גורמת בשיפוע של 0.00991 A/V. ההופכי של ההתנגדות הוא 0.0100 A/V, המהווה התאמה טובה למדרון.</li>
	</ol>
</li>
	<li>שנה את ההתנגדות של תיבת ההתנגדות ל-200 Ω, וחזור על השלבים 2.6-2.9.</li>
	<li>השווה את שני ערכי השיפוע לערכי ההתנגדות המתאימים וקבע את הקשר בין הזרם, המתח וההתנגדות.<ol>
<li>
איור 5 מציג את גרף הזרם לעומת מתח עבור הנגד המסומן ב- 200 Ω. התאמה ליניארית לנתונים גורמת שיפוע של 0.00510 A/V. ההופכי של ההתנגדות הוא 0.00500 A /V, המהווה התאמה טובה למדרון.</li>
	</ol>
</li>
	<li>השיפוע של גרף הזרם לעומת מתח מתברר להיות ההופכי של ההתנגדות. ניתן לכתוב זאת כ: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/10116/10116eq1.jpg"> או <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/10116/10116eq2.jpg"><ol>
<li>הזרם שנשלח על ידי ספק הכוח הוא פרופורציונלי למתח ומידתי הפוך להתנגדות. כאשר הזרם גרף כפונקציה של המתח, השיפוע של הקו צפוי להיות ההופכי של ההתנגדות.</li>
	</ol>
</li>
</ol> <img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig2.jpg"> איור 2: תרשים מעגלים זה מציג את ספק הכוח המחובר לנגד 100 Ω, כאשר חיישן המתח (V) מודד את ההבדל הפוטנציאלי בין הנגד והאמטר המודד את הזרם דרכו.
 
 <img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig3.jpg"> איור 3: בדיאגרמת מעגל זו, הנגד מוחלף בנורה ונוספה מתג. המתג פתוח בתחילה, כך הנורה כבויה בהתחלה. <img alt="Figure 4" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig4.jpg"> איור 4: גרף זרם לעומת מתח עם נגד המסומן ב-100 Ω. התאמה ליניארית לנתונים גורמת למדרון של 0.00991 A/V. שים לב שהנתונים החסרים במרכז הגרף הם פשוט חפץ של ספק הכוח המסוים המשמש בניסוי, שיש לו את התכונה יוצאת הדופן של אי ייצור מתחים מתחת ל- 0.7 V. <img alt="Figure 5" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig5.jpg"> איור 5: גרף זרם לעומת מתח עם נגד המסומן ב-200 Ω. התאמה ליניארית לנתונים גורמת שיפוע של 0.00510 A/V.
3. חקירת נורות
<ol><li>החלף את הנגד מהמעגל הקודם בנורת ליבון קטנה (איור 3). חזור על הניסוי, קבלת גרף של זרם כפונקציה של מתח עבור הנורה. שים לב להבדלים בטופס הגרף עבור הנורה בהשוואה לנגד.<ol>
<li>
איור 6 מציג גרף של זרם לעומת מתח עבור הנורה ליבון. באופן כללי, הזרם עולה ככל שהמתח עולה, אך הגרף אינו ליניארי כמעט כמו הגרפים עבור הנגדים. הגרף גם מראה כי הזרם הוא, באופן כללי, גבוה יותר במתח נתון כאשר המתח עולה, לעומת הערך שלה באותו מתח כאשר הזרם יורד.</li>
	</ol>
</li>
	<li>עכשיו, התווה זרם לעומת זמן במקום זרם לעומת מתח. כדי לעשות זאת, לחץ על התווית "מתח" על הציר האופקי כדי להעלות את רשימת המשתנים כי התרשים יכול להיות משורטט נגד, ולבחור זמן במקום מתח.</li>
	<li>כבה את המתח, כך הנורה זוהרת בבהירות, ולאחר מכן לכבות את ספק הכוח, באמצעות מתג הפעלה / כיבוי. לחץ על לחצן איסוף (חץ ירוק) על המסך כדי להתחיל את איסוף הנתונים והפעל מחדש את ספק הכוח.<ol>
<li>צפו בגרף, המוצג באיור 7. הזרם דרך הנורה עובר לרמה גבוהה כאשר ספק הכוח מופעל, ולאחר מכן יורד לערך קבוע קטן יותר. זה שונה לגמרי מהתנהגותו של נגד סטנדרטי, אשר בדרך כלל יקפוץ ישר לערך קבוע כאשר אספקת החשמל מופעלת.</li>
		<li>ההסבר לשתי התצפיות הללו זהה. ככל שהטמפרטורה של חוט הנורה גבוהה יותר, כך ההתנגדות גדולה יותר. כאשר הנורה כבויה ( איור 7),הסיב בטמפרטורת החדר עם התנגדות נמוכה יחסית. כאשר הנורה מופעלת לאחר מכן, הזרם קופץ לרמה גבוהה בגלל ההתנגדות הנמוכה, אבל כמו חוט מתחמם ההתנגדות עולה, הזרם יורד. בסופו של דבר, הטמפרטורה מתייצבת, והזרם קבוע.</li>
		<li>כאשר המתח עולה ( איור 6), הסיב מתחמם, כך שעם חוט קריר יותר ההתנגדות נמוכה יותר והזרם גבוה יותר. במחצית השנייה של הגרף, כאשר המתח יורד, הסיב מתקרר מטמפרטורה גבוהה יותר, ולכן יש התנגדות גבוהה יותר וזרם נמוך יותר.</li>
	</ol>
</li>
	<li>לבסוף, חזור לזרם לעומת מתח, והשתמש ב- LED במקום הנורה.</li>
	<li>כמו קודם, להשיג גרף של זרם כפונקציה של מתח עבור LED. הקפד להשתמש הן מתחים חיוביים ושליליים כדי לראות את הטווח המלא של התנהגות המעגל עם LED.<ol>
<li>
איור 8 מציג את גרף הזרם לעומת מתח עבור נורית LED. הדיודה אינה מאפשרת לזרם לזרום בכיוון אחד, כאשר המתח שלילי; עם זאת, כאשר המתח הוא חיובי מעל סף מסוים, הזרם זורם ומתגבר מהר ככל המתח עולה. בדרך זו, הדיודה פועלת שסתום חד כיווני עבור הנוכחי. שים לב כי חוט הנורה ואת הנגדים להראות כיווניות כזו.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 6" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig6.jpg"> איור 6: גרף זרם לעומת מתח עבור נורה ליבון. הגרף מתחיל בפינה השמאלית התחתונה, ואז עקב אחר המסלול העליון ככל שהמתח גדל, והפורה הפכה בהירה מאוד. המתח ירד לאחר מכן, והגרף עקב אחר המסלול התחתון בחזרה למטה למטה שמאלה.
<img alt="Figure 7" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig7.jpg"> איור 7: גרף זמן נוכחי לעומת זמן לנורה ליבון. הנורה הייתה כבויה, ואז המתח הופעל בסביבות הסימן של 1.4 שניות ונשמר בערך קבוע. הזרם הגיע לשיא של כ 0.57 A, ולאחר מכן ירד לערך קבוע של כ 0.27 A.
<img alt="Figure 8" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig8.jpg"> איור 8: גרף זרם לעומת מתח עבור דיודה. דיודה, במובן מסוים, משמש שסתום חד כיווני לזרם. הדיודה אינה מאפשרת לזרם לזרום כאשר המתח שלילי, אך כאשר המתח חיובי ומעל לסף מסוים, הזרם זורם ומתגבר במהירות ככל שהמתח עולה בכיוון אחד.

גאדג'טים אלקטרוניים נמצאים בכל מקום בעולם של ימינו, ולחוק של Ohm יש תפקיד בכל אחד מהנג'טים האלה. לדוגמה, פנס שנועד לעבוד על שתי סוללות 1.5 וולט בסדרה (סה"כ 3 וולט), חייב להיות נורה עם התנגדות מתאימה, כך הסוללות לספק כמות מתאימה של זרם כדי לאפשר הנורה לזרוח בבהירות, מבלי לשרוף. החוק של אום עוזר להנחות את הבחירה של הנורה. 
יישום נוסף הוא נורה משולשת, אשר יכול לזרוח עם שלוש רמות שונות של בהירות. דרך אחת לעשות נורה כזו היא להיות חוט אחד, אבל למקם את המתח על פני חלקים שונים של זה, תלוי איזה בהירות ...

חוק אוהם לתמי ומנצחים נוהמיים

מקור: אנדרו דאפי, PhD, המחלקה לפיזיקה, אוניברסיטת בוסטון, בוסטון, תואר שני
ניסוי זה חוקר את חוק אוהם, המתייחס לזרם, מתח והתנגדות.
אחת המטרות של הניסוי היא להכיר את דיאגרמות המעגלים ואת המינוח המעורב במעגלים בסיסיים, כגון נגד, התנגדות, זרם, מתח ואספקת חשמל. עד סוף הניסוי, היכרות היא למעלה עם איך חוט את המעגל וכיצד למדוד הן את הזרם עובר דרך רכיב מעגל ואת ההבדל הפוטנציאלי, או מתח, על פני זה.
במעגל, סוללה או ספק כוח מספקים מתח הנמדד בוולט (V) שהופך את זרימת הטעינה. אלמנטים אחרים במעגל, כגון נורות או נגדים (שהם לעתים קרובות רק חוטים צרים ארוכים הפצע לתוך סלילים) להגביל את הקצב שבו המטען זורם. קצב זרימת המטען ידוע כזרם הנמדד באמפרים (A), או מגברים בקיצור, ומידת הנגדים ונורי הנורה מגבילים את הזרימה ידועה כהתנגדותם הנמדדת באוהם (Ω). ניסוי זה כרוך בחקירה של חוק אוהם, המתייחס למתח, זרם והתנגדות. 
ניסוי זה בוחן גם את ההבדל בין רכיב מעגל בסיסי הנקרא נגד, לבין נורה ודיודה פולטת אור (LED). נורות ונורות LED הן חלק ממכשירים נפוצים רבים ומשמשות ליישומי תאורה שונים, ולכן כדאי להבין כיצד הם פועלים.

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

חוק אוהם מתייחס למתח, זרם והתנגדות עבור רכיב חשמלי, או מעגל. מתח, V, זרם, I והתנגדות, R, הם בסיסיים לתפעול של כל המכשירים האלקטרוניים כמו מכשירי רדיו, נגני מוזיקה ומחשבים, כמו גם יישומים חשמליים פשוטים יותר כמו חיווט לבית, קופסאות נתיכים ותאורה ביתית. המעגלים בכל המקרים הללו מתנהגים באופן צפוי וניתן לעצב אותם באופן רציונלי בגלל חוק אוהם. סרטון זה יציג טרמינולוגיה של מעגלים, סמלים ודיאגרמות, ולאחר מכן ידגים כיצד לחבר מעגל פשוט. בנוסף, יימדד הזרם דרך רכיב והמתח על פני רכיב. לפלט של ספק כוח או סוללה יש מסופים חיוביים ושליליים כאחד, המגדירים בהתאמה ערכים גבוהים ונמוכים של כמות הנקראת פוטנציאל חשמלי. ההבדל בפוטנציאל חשמלי זה הוא מתח, הנמדד בוולט. למידע נוסף על המונחים הללו, אנא ראה את הסרטון על פוטנציאל חשמלי באוסף זה. מעגל הוא רשת של רכיבים המחוברים יחד לביצוע פונקציה מסוימת. זרם הוא תנועה של כמות מטען לשנייה ונמדד באמפר, או אמפר, בקיצור. מעניין שרק אלקטרונים, בעלי מטען שלילי, עוברים דרך חוטים במעגל. בגלל המטען השלילי שלהם, אלקטרונים זורמים בכיוון ההפוך לזה של הזרם. זרם חשמלי יכול לזרום רק דרך חוטים ורכיבים המחוברים בלולאה שלמה, בדומה לזרם מים ממאגר דרך משאבה, לגלגל מים ובחזרה למאגר. במידה מסוימת כל האלמנטים החשמליים מעכבים את זרימת הזרם, כמו צוואר הבקבוק בצינור שמפחית את זרימת המים. התנגדות מתארת תופעה זו, ונמדדת באוהם. חוק אוהם מגדיר התנגדות כמתח על פני רכיב חלקי זרם דרך הרכיב. עבור רכיבים הנקראים נגדים באופן ספציפי, ההתנגדות קבועה בערך. הנגד בלוח מעגלים משותף הוא בדרך כלל אובייקט גלילי קטן עם פסים המייצגים קוד צבע עבור ההתנגדות. על פי חוק אוהם, הזרם דרך התנגדות קבועה עומד ביחס ישר למתח המופעל וביחס הפוך להתנגדות. במציאות, ההתנגדות של רוב החומרים בדרך כלל עולה ככל שהטמפרטורה עולה. ההתנגדות של מכשירים מסוימים, כמו דיודות, משתנה גם עם מצב ההפעלה - כלומר מתח וזרם - כמו גם גורמים אחרים. דיודה היא מכשיר שבקירוב טוב מאוד מאפשר לזרם לזרום בכיוון אחד בלבד. כתוצאה מכך הוא מתנהג כשסתום חד כיווני, מעביר זרם דרך התנגדות נמוכה מאוד בכיוון "קדימה" ואוסר זרם עם התנגדות גבוהה במיוחד ב"הפוך". דיודה פולטת אור, המכונה גם "LED", היא דיודה המוארת בזרימת זרם קדימה. כמו דיודה פשוטה, נורית LED אינה מעבירה זרם בכיוון ההפוך, ובמקרה זה היא אינה מוארת. עם קשר פשוט בין מתח, זרם והתנגדות, חוק אוהם - המתבטא לעתים קרובות כ- V שווה I כפול R - מאפשר לחשב כל אחת מהכמויות הללו אם שתי האחרות ידועות. סרטון זה יראה כי ניתן למדוד בקלות את המתח על פני רכיב ואת הזרם דרכו. ניסויים אלה ידגימו גם את חוק אוהם במעגלים שונים וימחישו את הקשר בין זרם ומתח עבור נגד, נורה ודיודה פולטת אור. מנגנון המדידה מורכב מחיישן מתח, חיישן זרם, ספק כוח, מערכת מדידה מבוקרת מחשב והרכיבים לבדיקה. כדי לטעון את תוכנת המדידה, לחץ פעמיים על סמל "חוק אוהם" בשולחן העבודה של המחשב. לאחר טעינת התוכנית, המסך אמור להציג גרף, טבלה ובפינה השמאלית התחתונה, תיבות עם מדידות המתח והזרם. לחץ על כפתור "אפס" ובחר "אפס כל החיישנים" כדי להסיר קיזוזים במערכת רכישת הנתונים. קריאות המתח והזרם צריכות להיות אפס כאשר המוליכים למנגנון אינם מחוברים לשום דבר. בחר את הנתונים שיתוו על ידי לחיצה על תווית הציר וסימון האפשרות הרצויה. עבור ציר ה-y בלבד, בטל את הסימון של פריטים שלא יתו. הגדר את הגרף כך שיציג זרם על ציר ה-y ומתח על ציר ה-x. לאחר מכן, הגדר את סולם ציר ה-y למינוס 0.3 עד חיובי 0.3 אמפר, והגדר את סולם ציר ה-x למינוס 5 עד 5 וולט חיובי. תיבת התנגדות, הניתנת להגדרה עבור ערכי התנגדות שונים, משמשת בניסוי הראשון על מנת לראות כיצד הזרם משתנה עם המתח עבור נגד. הגדר את תיבת ההתנגדות ל -100 אוהם. לאחר מכן חבר יחד את ספק הכוח, חיישני המתח והזרם ותיבת ההתנגדות כפי שמוצג בתרשים המעגל. לבסוף, הגדר את יציאות הזרם והמתח של ספק הכוח לערכים המקסימליים. לחץ על סמל החץ הירוק כדי להתחיל באיסוף הנתונים. הפחת לאט את מתח אספקת החשמל לערכו המינימלי. לאחר מכן, הפוך את המוליכים באספקת החשמל והגדל לאט את המתח בחזרה לערכו המרבי. זה אמור לגרום לגרף של זרם לעומת מתח, המשתרע על הטווח שבין -5 ל-+5 וולט. חזור/י על תהליך זה עד שהגרף נקי מרעש ולאחר מכן אחסן/י את הנתונים. עבור התנגדות של 100 אוהם, עלילת הזרם לעומת המתח היא קו ישר. בצע התאמה ליניארית לנתונים ורשום את שיפוע הקו. השיפוע צריך להיות קרוב מאוד ל-0.0100 אמפר/וולט, היפוך ההתנגדות. כעת הגדר את תיבת ההתנגדות ל -200 אוהם וחזור על הניסוי כדי לקבל חלקה נוספת של זרם לעומת מתח בטווח של -5 עד +5 וולט. הפעם השיפוע צריך להיות קרוב מאוד ל-0.00500 אמפר/וולט, שוב היפוך ההתנגדות. עבור התנגדות קבועה, חוק אוהם קובע כי הזרם דרך הנגד הוא פרופורציונלי למתח המופעל וביחס הפוך להתנגדות. זה ניכר בנתונים עבור נגדי 100 אוהם ו-200 אוהם. עבור הניסוי הבא, החלף את תיבת הנגדים בנורת ליבון קטנה, כפי שמוצג בתרשים הסכמטי. הגדר את כרךtagבקרת המתח בספק הכוח למקסימום והתחל באיסוף נתונים. הפחת לאט את המתח לערך המינימלי ואז הגדל לאט את המתח בחזרה למקסימום. המחשב יציג תרשים של זרם מול מתח בטווח של כ-+0.7 עד +5 וולט. הפוך את מובילי אספקת החשמל, הגדר את בקרת המתח למקסימום וחזור על תהליך הפחתת המתח לערך המינימלי והגדלתו שוב לערך המקסימלי. המחשב יציג תרשים של זרם מול מתח בטווח של כ-0.7 עד -5 וולט. עלילת הזרם לעומת המתח עבור הנורה אינה ליניארית כמו עבור הנגדים. הגרף מראה גם שבאופן כללי הזרם גבוה יותר במתח נתון כאשר המתח עולה, בהשוואה למה שהוא באותו מתח כאשר המתח יורד. כאשר המתח עולה, החוט מתחמם. עם נימה שמתחיל קריר יותר, ההתנגדות נמוכה יותר והזרם גבוה יותר. כאשר המתח יורד, החוט מתקרר מטמפרטורה גבוהה יותר, כך שיש לו התנגדות גבוהה יותר וזרם נמוך יותר באותה נקודת הפעלה. עכשיו שרטטו זרם מול זמן במקום זרם מול מתח. לשם כך, שנה את הציר האופקי למדידת זמן. כוונן את המתח למקסימום שלו, כך שהנורה זוהרת בבהירות. לאחר מכן כבה את ספק הכוח. לחץ על החץ הירוק כדי להתחיל באיסוף הנתונים ולאחר מכן הפעל מחדש את ספק הכוח. הזרם דרך הנורה גבוה מיד לאחר הפעלת ספק הכוח, ואז יורד לערך נמוך וקבוע. בזמן שהנורה כבויה, החוט נמצא בטמפרטורת החדר ובעל התנגדות נמוכה יחסית. כאשר הנורה נדלקת לראשונה, הזרם קופץ לרמה גבוהה בגלל ההתנגדות הנמוכה הזו. עם זאת, ההתנגדות של החוט עולה משמעותית עם הטמפרטורה - ככל שהחוט מתחמם, ההתנגדות גדלה והזרם יורד. בסופו של דבר הטמפרטורה שלו מתייצבת והזרם קבוע. לבסוף, הגדר את הציר כך שיציג שוב זרם לעומת מתח והשתמש בדיודה פולטת אור - "LED" - במקום הנורה. הזרם המקסימלי עבור נוריות LED נפוצות הוא בסביבות 30 mA, ולכן יש לנטר בקפידה את הזרם כדי למנוע שריפת ה-LED. השתמש בהליך מהניסויים הקודמים כדי לקבל גרף זרם כפונקציה של מתח עבור ה-LED. ראשית הפעל מתח חיובי על פני ה-LED, והתאם את מתח אספקת החשמל ממקסימום למינימום. לאחר מכן החלף את כבלי אספקת החשמל והתאם את המתח ממינימום בחזרה למקסימום כדי להתבונן בכיווניות הנורית. העלילה המתקבלת מראה כי נורית LED מאפשרת לזרם לזרום רק כאשר המתח חיובי וגדול מסף מסוים. ברגע שהדיודה "נדלקת", הזרם גדל במהירות ככל שהמתח עולה. עם זאת, לא זורם זרם למתח שלילי. התנהגות זו מדגימה כיצד נורית LED פועלת כמו שסתום חד כיווני לזרם.? גאדג'טים אלקטרוניים נמצאים בכל מקום בעולם של היום, ולחוק אוהם יש תפקיד בכל אחד ואחד מהגאדג'טים הללו. לדוגמה, הנורה בפנס נועדה לעבוד עם שתי סוללות 1.5 וולט בסדרה. לכן יש לבחור נורה בעלת התנגדות מתאימה, כך שהסוללות יספקו כמות זרם מתאימה כדי לגרום לנורה להאיר בבהירות, מבלי להישרף. החוק של אוהם עוזר להנחות את בחירת הנורה. יישום נוסף של חוק אוהם הוא להגביל את הזרם המסופק למכשיר מסוים, אולי כדי להפחית את הסיכון להתחשמלות, או כדי להגן על המכשיר עצמו. חוק אוהם אומר לנו שעבור מתח נתון, ככל שההתנגדות גבוהה יותר, כך הזרם נמוך יותר. לכן, על ידי הצבת התנגדות בסדרה עם המכשיר, אנו יכולים להגביל את הזרם הזורם דרך המכשיר ובכך למנוע כל נזק פוטנציאלי. זה עתה צפיתם בהקדמה של JoVE לחוק אוהם. כעת עליך להבין את הקשר בין המתח על פני רכיב חשמלי, ההתנגדות שלו והזרם המתקבל דרכו, כמו גם את ההבדלים בהתנהגות החשמלית של נגדים, נורות ודיודות פולטות אור. תודה שצפית!

Education

JoVE Science Education

Physics

פיזיקה

Physics II

פיזיקה 2

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