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

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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. 장치에 익숙해지기
<ol><li>이 실험의 경우 컴퓨터를 사용하여 데이터를 수집하고 그래프를 플롯합니다.</li>
	<li>컴퓨터 데스크톱의 "Ohm's Law" 아이콘을 두 번 클릭하여 실험을 위한 소프트웨어를 로드합니다. 프로그램이 로드되면 화면에 그래프, 테이블 및 오른쪽 아래 모서리에 전압 및 전류 판독값이 있는 상자가 표시됩니다.</li>
	<li>0 버튼을 클릭하고 "모든 센서 제로"를 선택하여 전압 및 전류 판독값이 연결되지 않을 때 0을 읽을 수 있도록 합니다.</li>
	<li>도 1의회로 다이어그램에 따라 전압 센서의 두 리드를 파란색 상자인 전원 공급 장치에 연결합니다. 빨간색 리드는 전원 공급 장치에 + 연결로 이동하고, 검은 리드는에 간다 - 하나.</li>
	<li>현재 센서가 연결되어 있지 않은지 확인하고 전원 공급 장치의 현재 노브가 최대(시계 방향)로 전환되었는지 확인합니다.</li>
	<li>컴퓨터에서 녹색 화살표 아이콘(수집 버튼)을 눌러 데이터 수집을 시작합니다.</li>
	<li>전원 공급 장치의 전압 노브가 최소 설정과 최대 설정 간에 이동될 때 어떤 일이 발생하는지 관찰합니다. 노브를 조정하면 전압을 약 +0.7 V에서 적어도 +5 볼트로 변경할 수 있습니다.</li>
	<li>전압 센서의 리드를 반전시면(빨간색에서 -, 검은색에서 -로 +)를 뒤로 하고 1.5-1.7단계를 반복합니다. 이번에는 노브를 조정하면 약 -0.7 V에서 -5 V의 전압 범위를 제공합니다. 따라서, 전원 공급 전압을 조정하고 리드를 반전시킴으로써-5 V와 +5 V 사이의 거의 모든 전압 범위가 이 실험에서 작업할 수 있다. 이 실험에 사용된 전원 공급 장치는 0.7볼트(특이한 기능) 미만의 전압을 출력할 수 없지만 관심 관계를 결정하기에 충분한 범위가 있습니다.</li>
</ol><img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig1.jpg">
그림 1: 이 회로 다이어그램은 두 개의 전선으로 연결된 전원 공급 장치(+및 기호로 표시됨)와 전압 센서(V)를 보여줍니다.
2. 옴의 법칙 을 조사
참고: 실험의 이 부분에서 목표는 전류 와 전압의 그래프를 관찰하는 것입니다.
<ol><li>축에 표시되는 내용을 변경하려면 축 레이블을 클릭하고 원하는 정보를 표시하는 적절한 옵션을 확인하고(y축전용)에 표시된 원치 않는 항목에 대한 검사(들)를 제거합니다. 그래프를 설정하여 y축의 전류와 x축의 전위 잠재력을 표시합니다.</li>
	<li>저울을 올바르게 설정하려면 y축 왼쪽에 있는 숫자 중 하나를 클릭합니다. 이렇게 하면 수동 크기 조정의 경우 최소 -0.3및 최대 0.3을 입력할 수 있는 상자가 표시됩니다. x축 아래 의 숫자를 클릭하여 x축을 반복하여 설정 상자를 작성합니다. 이번에는 최소 -6으로 입력하고 6을 최대값으로 입력합니다. 이렇게 하면 그래프에서 -0.3에서 +0.3 A 사이의 전류와 -5 V와 +5 V 사이의 전압을 표시하도록 준비합니다.</li>
	<li>도 2의회로 다이어그램에 따라 회로를 와이어하여 100 Ω 저항기를 가로질러 전압과 전류를 측정합니다.</li>
	<li>저항 상자를 저항상자로 사용하십시오. 100 Ω 설정합니다. 전원 공급 장치에 전류와 전압을 모두 최대로 설정합니다.</li>
	<li>녹색 화살표 아이콘을 눌러 데이터 수집을 시작합니다.</li>
	<li>몇 초 동안 전압을 최소한으로 돌린 다음 전원 공급 장치에서 리드를 빠르게 반전시립니다. 몇 초 동안 전압 노브를 다시 최대값으로 바꿔보겠습니다. 이렇게 하면 약 -5볼트에서 +5볼트에 이르는 전류 대 전압 그래프가 생성됩니다.</li>
	<li>그래프에 만족할 때까지 프로세스를 반복하고, 데이터 메뉴를 선택하고, "최신 실행 저장"을 선택합니다.</li>
	<li>전류 대 전압그래프가 직선임을 관찰한다. 회귀 버튼을 눌러 데이터에 선형 맞춤을 수행하고 선의 기울기를 기록합니다.<ol>
<li>
도 4는 100 Ω 표시된 저항기의 전류 대 전압 그래프를 나타낸다. 데이터에 선형 맞춤로 인해 0.00991 A/V의 경사가 발생합니다. 저항의 역은 0.0100 A / V이며, 이는 경사면과 잘 어울린다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>저항 상자의 저항을 200 Ω 변경하고 2.6-2.9 단계를 반복합니다.</li>
	<li>두 경사 값을 해당 저항 값과 비교하고 전류, 전압 및 저항 사이의 관계를 결정합니다.<ol>
<li>
도 5는 200 Ω 표시된 저항기의 전류 대 전압 그래프를 나타낸다. 데이터에 선형 맞춤로 인해 0.00510 A/V의 경사가 발생합니다. 저항의 역은 0.00500 A / V이며, 이는 경사면과 잘 어울린다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>전류 대 전압 그래프의 경사는 저항의 반전으로 판명됩니다. 이 글은 다음과 같이 작성할 수 있습니다. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/10116/10116eq1.jpg"> 또는 <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/10116/10116eq2.jpg"><ol>
<li>전원 공급 장치에 의해 발송되는 전류는 전압에 비례하며 저항에 반비례합니다. 전류가 전압의 함수로 그래프로 그래프화되면 선의 경사는 저항의 반전이 될 것으로 예상됩니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol> <img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig2.jpg"> 그림 2: 이 회로 다이어그램은 100 Ω 저항기와 연결된 전원 공급 장치를 보여주며, 전압 센서(V)는 저항기 와 이를 통해 전류를 측정하는 심미터를 통해 전위 차이를 측정합니다.
 
 <img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig3.jpg"> 그림 3: 이 회로 다이어그램에서 저항기는 전구로 대체되고 스위치가 추가되었습니다. 스위치가 처음에는 열려 있으므로 전구가 시작 시 꺼져 있습니다. <img alt="Figure 4" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig4.jpg"> 그림 4: 저항기가 표시된 전류 대 전압 그래프는 100 Ω. 데이터에 선형 맞춤로 인해 0.00991 A/V. 그래프중앙에 누락된 데이터는 실험에 사용된 특정 전원 공급 장치의 아티팩트일 뿐이며, 이는 약 0.7V 이하의 전압을 생성하지 않는 특이한 특징을 갖는다. <img alt="Figure 5" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig5.jpg"> 그림 5: 저항기가 표시된 전류 대 전압 그래프는 200 Ω. 데이터에 선형 맞춤로 인해 0.00510 A/V의 경사가 발생합니다.
3. 전구 조사
<ol><li>이전 회로에서 저항을 작은 백열 전구(그림 3)로바꿉니다. 전구에 대한 전압 함수로서 전류 그래프를 획득하여 실험을 반복합니다. 저항기와 비교하여 전구에 대한 그래프 형식의 차이를 기록합니다.<ol>
<li>
도 6은 백열 전구에 대한 전류 대 전압의 그래프를 나타낸다. 일반적으로 전압이 증가함에 따라 전류가 증가하지만 그래프는 저항기의 그래프만큼 선형적이지 않습니다. 그래프는 또한 전류가 감소할 때 동일한 전압의 값과 비교하여 전압이 증가할 때 주어진 전압에서 일반적으로 전류가 더 높다는 것을 보여줍니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>이제 전류 와 전압 대신 현재 시간 대 시간을 플롯합니다. 이렇게 하려면 수평 축의 "전압" 레이블을 클릭하여 그래프를 플롯할 수 있는 변수 목록을 가져오고 전압 대신 시간을 선택합니다.</li>
	<li>전구가 밝게 빛나게 되도록 전압을 위로 돌린 다음 켜기/끄기 스위치를 사용하여 전원 공급 장치를 끕니다. 화면의 수집 버튼(녹색 화살표)을 클릭하여 데이터 수집을 시작하고 전원 전원 을 다시 켭니다.<ol>
<li>그림 7에표시된 그래프를 관찰합니다. 전구를 통해 전류는 전원 공급 장치를 켜면 높은 수준으로 이동한 다음 더 작은 상수 값으로 떨어집니다. 이는 일반적으로 전원 공급 장치를 켜면 일정한 값으로 바로 이동하는 표준 저항기의 동작과 는 매우 다릅니다.</li>
		<li>이 두 관측에 대한 설명은 동일합니다. 전구 필라멘트의 온도가 높을수록 저항성이 커집니다. 전구가 꺼지면 (그림 7),필라멘트는 상대적으로 낮은 저항을 가진 실온에 있습니다. 그런 다음 전구를 켜면 저항이 낮기 때문에 전류가 높은 수준으로 점프하지만 필라멘트가 가열되고 저항이 증가함에 따라 전류가 떨어집니다. 결국 온도가 안정되고 전류가 일정합니다.</li>
		<li>전압이 증가하면 (도 6)필라멘트가 예열되어 있으므로 쿨러 필라멘트로 저항성이 낮고 현재가 더 높습니다. 그래프의 후반부에서는 전압이 감소하면 필라멘트가 더 높은 온도에서 냉각되어 저항성이 높고 전류가 낮습니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>마지막으로 전류 대 전압으로 다시 전환하고 전구 대신 LED를 사용합니다.</li>
	<li>이전과 마찬가지로 LED용 전압 함수로서 전류 그래프를 가져옵니다. 양수 전압과 음수 전압을 모두 사용하여 LED를 사용하여 회로 동작의 전체 범위를 확인해야 합니다.<ol>
<li>
도 8은 LED의 전류 대 전압 그래프를 나타낸다. 다이오드는 전압이 음수일 때 전류가 한 방향으로 흐르는 것을 허용하지 않습니다. 그러나 전압이 양수이고 특정 임계값 을 초과하면 전압이 증가함에 따라 전류가 흐르고 증가합니다. 이러한 방식으로 다이오드는 전류에 대한 단방향 밸브 역할을 합니다. 전구 필라멘트와 저항기는 그러한 방향성을 나타내지 않습니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 6" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig6.jpg"> 그림 6: 백열 전구의 전류 대 전압 그래프. 그래프는 왼쪽 아래에서 시작하여 전압이 증가함에 따라 상부 트랙을 따라 가다가 전구가 매우 밝아졌습니다. 그런 다음 전압이 감소하고 그래프는 아래 트랙이 왼쪽 아래쪽으로 다시 내려갔습니다.
<img alt="Figure 7" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig7.jpg"> 그림 7: 백열 전구의 현재 시간 그래프입니다. 전구가 꺼졌고 전압이 1.4초 표시 주위에서 켜져 일정한 값으로 유지되었습니다. 현재는 약 0.57 A로 정점을 찍은 다음 약 0.27 A의 일정한 값으로 떨어졌습니다.
<img alt="Figure 8" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig8.jpg"> 그림 8: 다이오드용 전류 대 전압 그래프. 다이오드는 어떤 의미에서 전류를 위한 단방향 밸브 역할을 합니다. 다이오드는 전압이 음수일 때 전류가 흐르지 않지만 전압이 양수이고 특정 임계값 을 초과하면 전압이 한 방향으로 증가함에 따라 전류가 빠르게 흐르고 증가합니다.

전자 기기는 오늘날의 세계에서 전방위적이며, 옴의 법칙은 이러한 각 가젯에서 역할을 합니다. 예를 들어, 시리즈로 두 개의 1.5볼트 배터리(총 3볼트)에서 작동하도록 설계된 손전등은 적절한 저항성이 있는 전구가 있어야 하므로 배터리가 연소없이 전구가 밝게 빛날 수 있도록 적절한 양의 전류를 제공해야 합니다. 옴의 법칙은 전구의 선택을 안내하는 데 도움이됩니다. 
또 다른 응용 프로그램은 밝기의 세 가지 수준으로 빛날 수있는 3 방향 전구입니다. 이러한 전구를 만드는 한 가지 방법은 하나의 필라멘트를 가지고 있지만 원하는 밝기에 따라 전압을 다른 부분에 배치하는 것입니다. 다시 말하지만, 옴의 법칙은 전압이 가로 질러 배치되는 필라멘트의 분획과 전체 필라멘트의 저항을 결정하는 역할을합니다. 
Ohm의 법칙의 또 다른 응용 프로그램은 특정 장치에 공급 된 전류를 제한하는 것입니다, 아마도 감전의 위험을 줄이기 위해, 또는 장치 자체...

저항 및 비저항 전도체에 대한 옴의 법칙 조사

출처: 앤드류 더피, 박사, 물리학과, 보스턴 대학, 보스턴, 석사
이 실험은 전류, 전압 및 저항과 관련된 옴의 법칙을 조사합니다.
이 실험의 한 가지 목표는 저항기, 저항, 전류, 전압 및 전원 공급 장치와 같은 기본 회로에 관련된 회로 다이어그램 및 용어에 익숙해지는 것입니다. 실험이 끝날 때까지 회로를 연결하는 방법과 회로 구성 요소를 통과하는 전류와 잠재적 차이 또는 전압을 모두 측정하는 방법에 익숙해지므로 친숙해지게 됩니다.
회로에서 배터리 또는 전원 공급 장치는 전하 흐름을 만드는 볼트(V)로 측정되는 전압을 제공합니다. 전구 나 저항기 (종종 코일로 감겨 긴 좁은 전선)와 같은 회로의 다른 요소는 전하가 흐르는 속도를 제한합니다. 전하의 유량은 암페어(A) 또는 앰프에서 측정된 전류로 알려져 있으며, 저항기와 전구 필라멘트가 흐름을 제한하는 정도는 옴(Ω)으로 측정된 저항성으로 알려져 있다. 이 실험은 전압, 전류 및 저항과 관련된 옴의 법칙을 탐구하는 것을 포함합니다. 
이 실험은 또한 저항기에게 불린 기본 회로 분대및 전구 및 발광 다이오드 (LED)의 차이를 탐구합니다. 전구와 LED는 많은 일반적인 장치의 일부이며 다양한 조명 응용 프로그램에 사용되므로 작동 방식을 이해하는 것이 유용합니다.

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

옴의 법칙은 전기 부품 또는 회로의 전압, 전류 및 저항과 관련이 있습니다. 전압, V, 전류, I 및 저항, R은 라디오, 음악 플레이어 및 컴퓨터와 같은 모든 전자 장치뿐만 아니라 주택 배선, 퓨즈 박스 및 가정용 조명과 같은 간단한 전기 응용 프로그램의 작동에 필수적입니다. 이 모든 경우의 회로는 예측 가능하게 동작하며 옴의 법칙으로 인해 합리적으로 설계 될 수 있습니다. 이 비디오는 회로 용어, 기호 및 다이어그램을 소개한 다음 간단한 회로를 배선하는 방법을 보여줍니다. 또한 구성 요소를 통과하는 전류와 구성 요소를 통과하는 전압이 측정됩니다. 전원 공급 장치 또는 배터리의 출력에는 양극 단자와 음극 단자가 모두 있으며, 이는 각각 전위라고 하는 양의 높은 값과 낮은 값을 정의합니다. 이 전위의 차이는 볼트로 측정되는 전압입니다. 이러한 용어에 대한 자세한 내용은 이 컬렉션의 전위에 대한 비디오를 참조하십시오. 회로는 특정 기능을 수행하기 위해 함께 연결된 구성 요소의 네트워크입니다. 전류는 초당 전하량의 이동이며 줄여서 암페어 또는 암페어로 측정됩니다. 흥미롭게도 음전하를 띠는 전자만이 회로의 전선을 통해 이동합니다. 음전하를 띠기 때문에 전자는 전류의 반대 방향으로 흐릅니다. 전류는 저수지에서 펌프를 통해 물레방아로 그리고 다시 저수지로 흐르는 물의 흐름과 마찬가지로 완전한 루프로 연결된 전선 및 구성 요소를 통해서만 흐를 수 있습니다. 어느 정도 모든 전기 요소는 물의 흐름을 줄이는 파이프의 병목 현상과 같이 전류의 흐름을 방해합니다. 저항은 이 현상을 설명하며 옴 단위로 측정됩니다. 옴의 법칙은 저항을 구성 요소를 통과하는 전류로 나눈 구성 요소의 전압으로 정의합니다. 특히 저항기라고 하는 구성 요소의 경우 저항은 거의 일정합니다. 공통 회로 기판의 저항은 일반적으로 저항의 색상 코드를 나타내는 밴드가 있는 작은 원통형 물체입니다. 옴의 법칙에 따라 일정한 저항을 통한 전류는 인가 전압에 정비례하고 저항에 반비례합니다. 실제로 대부분의 재료의 저항은 일반적으로 온도가 증가함에 따라 증가합니다. 다이오드와 같은 일부 장치의 저항은 작동 조건(즉, 전압 및 전류)과 기타 요인에 따라 달라집니다. 다이오드는 매우 좋은 근사치로 전류가 한 방향으로만 흐르도록 허용하는 장치입니다. 그 결과, 단방향 밸브처럼 작동하여 "순방향" 방향으로 매우 낮은 저항을 통해 전류를 통과시키고 "역방향"에서 매우 높은 저항을 가진 전류를 금지합니다. "LED"라고도 하는 발광 다이오드는 순방향 전류의 흐름으로 조명되는 다이오드입니다. 단순한 다이오드와 마찬가지로 LED는 전류를 반대 방향으로 통과시키지 않으며, 이 경우 조명이 켜지지 않습니다. 전압, 전류 및 저항 사이의 간단한 관계로 V가 I에 R을 곱한 값으로 자주 표현되는 옴의 법칙은 다른 두 개가 알려진 경우 이러한 양 중 하나를 계산할 수 있습니다. 이 비디오는 구성 요소의 전압과 이를 통과하는 전류를 쉽게 측정할 수 있음을 보여줍니다. 이 실험은 또한 다양한 회로에서 옴의 법칙을 보여주고 저항기, 전구 및 발광 다이오드에 대한 전류와 전압 간의 관계를 설명합니다. 측정 장치는 전압 센서, 전류 센서, 전원 공급 장치, 컴퓨터 제어 측정 시스템 및 테스트할 구성 요소로 구성됩니다. 측정 소프트웨어를 로드하려면 컴퓨터 바탕 화면에서 "옴의 법칙" 아이콘을 두 번 클릭하십시오. 프로그램이 로드된 후 화면에 그래프, 표, 왼쪽 하단 모서리에 전압 및 전류 측정값이 있는 상자가 표시되어야 합니다. "Zero" 버튼을 클릭하고 "Zero All Sensors"를 선택하여 데이터 수집 시스템에서 오프셋을 제거합니다. 전압 및 전류 판독값은 장치의 리드가 아무 것에도 연결되어 있지 않을 때 0이어야 합니다. 축 레이블을 클릭하고 원하는 옵션을 선택하여 플롯할 데이터를 선택합니다. y축의 경우에만 플롯되지 않을 항목을 선택 취소합니다. y축에 전류가 표시되고 x축에 전압이 표시되도록 그래프를 설정합니다. 그런 다음 y축 스케일을 음수 0.3에서 양수 0.3암페어로 설정하고 x축 스케일을 음수 5에서 양수 5볼트로 설정합니다. 다른 저항 값에 대해 설정할 수 있는 저항 상자는 저항의 전압에 따라 전류가 어떻게 변하는지 관찰하기 위해 첫 번째 실험에서 사용됩니다. 저항 상자를 100옴으로 설정합니다. 그런 다음 회로도에 표시된 대로 전원 공급 장치, 전압 및 전류 센서, 저항 상자를 함께 배선합니다. 마지막으로 전원 공급 장치의 전류 및 전압 출력을 모두 최대값으로 설정합니다. 녹색 화살표 아이콘을 클릭하여 데이터 수집을 시작합니다. 전원 공급 장치 전압을 최소값으로 천천히 줄입니다. 그런 다음 전원 공급 장치에서 리드를 반대로 하고 전압을 다시 최대값으로 천천히 높입니다. 이렇게 하면 전류 대 전압의 그래프가 생성되며 범위는 -5V에서 +5V까지입니다. 그래프에 잡음이 없어질 때까지 이 과정을 반복한 다음 데이터를 저장합니다. 100옴 저항의 경우 전류 대 전압의 플롯은 직선입니다. 데이터에 대한 선형 피팅을 수행하고 선의 기울기를 기록합니다. 기울기는 저항의 역인 0.0100암페어/볼트에 매우 가까워야 합니다. 이제 저항 상자를 200옴으로 설정하고 실험을 반복하여 -5에서 +5볼트 범위의 전류 대 전압에 대한 또 다른 플롯을 얻습니다. 이번에는 기울기가 0.00500암페어/볼트에 매우 가까워야 하며 다시 저항의 반대여야 합니다. 일정한 저항의 경우 옴의 법칙에 따르면 저항을 통과하는 전류는 적용된 전압에 비례하고 저항에 반비례합니다. 이는 100옴 및 200옴 저항기에 대한 데이터에서 분명합니다. 다음 실험을 위해 회로도와 같이 저항기 상자를 작은 백열 전구로 교체합니다. 전원 공급 장치의 전압 제어를 최대로 설정하고 데이터 수집을 시작합니다. 전압을 최소값으로 천천히 낮춘 다음 전압을 다시 최대값으로 천천히 높입니다. 컴퓨터는 약 +0.7에서 +5볼트 범위에서 전류 대 전압의 플롯을 표시합니다. 전원 공급 장치 리드를 반대로 하고 전압 제어를 최대로 설정하고 전압을 최소값으로 낮추고 다시 최대값으로 높이는 과정을 반복합니다. 컴퓨터는 약 -0.7에서 -5 볼트 범위에 걸쳐 전류 대 전압의 플롯을 표시합니다. 전구에 대한 전류 대 전압의 플롯은 저항기만큼 선형적이지 않습니다. 그래프는 또한 일반적으로 전압이 증가할 때 주어진 전압에서 전류가 전압이 감소할 때 동일한 전압에서와 비교하여 더 높다는 것을 보여줍니다. 전압이 증가하면 필라멘트가 예열되고 있습니다. 더 차갑게 시작하는 필라멘트를 사용하면 저항이 낮아지고 전류가 더 높습니다. 전압이 감소할 때 필라멘트는 더 높은 온도에서 냉각되므로 동일한 작동 지점에서 더 높은 저항과 더 낮은 전류를 갖습니다. 이제 전류 대 전압 대신 전류 대 시간을 플롯합니다. 이렇게 하려면 가로축을 변경하여 시간을 측정합니다. 전압을 최대로 조정하여 전구가 밝게 빛나도록 합니다. 그런 다음 전원 공급 장치를 끕니다. 녹색 화살표를 클릭하여 데이터 수집을 시작한 다음 전원 공급 장치를 다시 켭니다. 전구를 통과하는 전류는 전원 공급 장치를 켠 직후 높다가 더 낮고 일정한 값으로 떨어집니다. 전구가 꺼져 있는 동안 필라멘트는 실온에 있으며 상대적으로 저항이 낮습니다. 전구를 처음 켤 때 전류는 낮은 저항으로 인해 높은 수준으로 점프합니다. 그러나 필라멘트의 저항은 필라멘트가 가열됨에 따라 저항이 증가하고 전류가 감소함에 따라 온도에 따라 크게 증가합니다. 결국 온도가 안정화되고 전류가 일정합니다. 마지막으로 전류 대 전압을 다시 표시하도록 축을 설정하고 전구 대신 발광 다이오드("LED")를 사용합니다. 공통 LED의 최대 전류는 약 30mA이므로 LED가 소손되지 않도록 전류를 주의 깊게 모니터링해야 합니다. 이전 실험의 절차를 사용하여 LED의 전압 함수로 전류 그래프를 얻습니다. 먼저 LED에 양의 전압을 적용하고 전원 공급 장치 전압을 최대에서 최소로 조정합니다. 그런 다음 전원 공급 장치 리드를 전환하고 전압을 최소값에서 최대값으로 다시 조정하여 LED의 방향성을 관찰합니다. 위치 결과 플롯은 LED가 전압이 양수이고 특정 임계값보다 큰 경우에만 전류가 흐르도록 허용한다는 것을 보여줍니다. 다이오드가 "켜지면" 전압이 증가함에 따라 전류가 빠르게 증가합니다. 그러나 음의 전압에는 전류가 흐르지 않습니다. 이 동작은 LED가 전류에 대한 단방향 밸브처럼 작동하는 방식을 보여줍니다. 전자 기기는 오늘날의 세계 어디에나 존재하며 옴의 법칙은 이러한 모든 기기에 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 손전등의 전구는 두 개의 1.5볼트 배터리를 직렬로 연결하여 작동하도록 설계되었습니다. 따라서 배터리가 전구가 타지 않고 밝게 빛날 수 있도록 적절한 양의 전류를 제공하도록 적절한 저항을 가진 전구를 선택해야 합니다. 옴의 법칙은 전구 선택을 안내하는 데 도움이 됩니다. 옴의 법칙의 또 다른 적용은 감전의 위험을 줄이거나 장치 자체를 보호하기 위해 특정 장치에 공급되는 전류를 제한하는 것입니다. 옴의 법칙은 주어진 전압에 대해 저항이 높을수록 전류가 낮아진다는 것을 알려줍니다. 따라서 저항을 장치와 직렬로 배치하면 장치를 통해 흐르는 전류를 제한하여 잠재적인 손상을 방지할 수 있습니다. 당신은 방금 JoVE의 옴의 법칙에 대한 소개를 보았습니다. 이제 전기 구성 요소의 전압, 저항 및 이를 통과하는 결과 전류 간의 관계와 저항기, 전구 및 발광 다이오드의 전기적 동작의 차이를 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다!

Education

교육

JoVE Science Education

Physics

물리학

Physics II

물리학 II

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

이 컬렉션은 정전기, 자기, 광학, 파동 기반 진동 및 전기 회로를 포함한 주제등 우리 세상을 변화시킨 물리적 현상의 기본 원리를 설명합니다.

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

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