저항 및 비저항 전도체에 대한 옴의 법칙 조사

1. 장치에 익숙해지기

1. 이 실험의 경우 컴퓨터를 사용하여 데이터를 수집하고 그래프를 플롯합니다.
2. 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.
3. 0 버튼을 클릭하고 "모든 센서 제로"를 선택하여 전압 및 전류 판독값이 연결되지 않을 때 0을 읽을 수 있도록 합니다.
4. 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.
5. 현재 센서가 연결되어 있지 않은지 확인하고 전원 공급 장치의 현재 노브가 최대(시계 방향)로 전환되었는지 확인합니다.
6. 컴퓨터에서 녹색 화살표 아이콘(수집 버튼)을 눌러 데이터 수집을 시작합니다.
7. 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.
8. 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.

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.

1. 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.
2. 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.
3. 도 2의회로 다이어그램에 따라 회로를 와이어하여 100 Ω 저항기를 가로질러 전압과 전류를 측정합니다.
4. 저항 상자를 저항상자로 사용하십시오. 100 Ω 설정합니다. 전원 공급 장치에 전류와 전압을 모두 최대로 설정합니다.
5. 녹색 화살표 아이콘을 눌러 데이터 수집을 시작합니다.
6. 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.
7. 그래프에 만족할 때까지 프로세스를 반복하고, 데이터 메뉴를 선택하고, "최신 실행 저장"을 선택합니다.
8. 전류 대 전압그래프가 직선임을 관찰한다. 회귀 버튼을 눌러 데이터에 선형 맞춤을 수행하고 선의 기울기를 기록합니다.
   1. 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.
9. 저항 상자의 저항을 200 Ω 변경하고 2.6-2.9 단계를 반복합니다.
10. 두 경사 값을 해당 저항 값과 비교하고 전류, 전압 및 저항 사이의 관계를 결정합니다.
    1. 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.
11. 전류 대 전압 그래프의 경사는 저항의 반전으로 판명됩니다. 이 글은 다음과 같이 작성할 수 있습니다.
    또는
    1. 전원 공급 장치에 의해 발송되는 전류는 전압에 비례하며 저항에 반비례합니다. 전류가 전압의 함수로 그래프로 그래프화되면 선의 경사는 저항의 반전이 될 것으로 예상됩니다.

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.

 
그림 3: 이 회로 다이어그램에서 저항기는 전구로 대체되고 스위치가 추가되었습니다. 스위치가 처음에는 열려 있으므로 전구가 시작 시 꺼져 있습니다.

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.
그림 5: 저항기가 표시된 전류 대 전압 그래프는 200 Ω. 데이터에 선형 맞춤로 인해 0.00510 A/V의 경사가 발생합니다.

3. 전구 조사

1. 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.
   1. 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.
2. 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.
3. 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.
   1. 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.
   2. 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.
   3. 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.
4. 마지막으로 전류 대 전압으로 다시 전환하고 전구 대신 LED를 사용합니다.
5. 이전과 마찬가지로 LED용 전압 함수로서 전류 그래프를 가져옵니다. 양수 전압과 음수 전압을 모두 사용하여 LED를 사용하여 회로 동작의 전체 범위를 확인해야 합니다.
   1. 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.

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.

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.

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.