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. Zapoznanie się z aparaturą
<ol>
	<li>W tym eksperymencie użyj komputera do zebrania danych i wykreślenia wykresów.</li>
	<li>Załaduj oprogramowanie do eksperymentu, klikając dwukrotnie ikonę "Prawo Ohma" na pulpicie komputera. Po załadowaniu programu na ekranie powinien pojawić się wykres, tabela, a w prawym dolnym rogu pola z odczytami napięcia i prądu.</li>
	<li>Kliknij przycisk Zero i wybierz "Wyzeruj wszystkie czujniki", aby upewnić się, że odczyty napięcia i prądu wskazują zero, gdy są niepodłączone.</li>
	<li>Postępując zgodnie ze schematem obwodu w Rysunek 1, podłącz dwa przewody czujnika napięcia do zasilacza, który jest niebieskim polem. Czerwony przewód idzie do złącza + na zasilaczu, a czarny przewód idzie do - jeden.</li>
	<li>Upewnij się, że czujnik prądu nie jest podłączony i upewnij się, że pokrętło prądu na zasilaczu jest obrócone na maksimum (całkowicie zgodnie z ruchem wskazówek zegara).</li>
	<li>Rozpocznij zbieranie danych, naciskając ikonę zielonej strzałki (przycisk Zbierz) na komputerze.</li>
	<li>Obserwuj, co się dzieje, gdy pokrętło napięcia na zasilaczu jest przesuwane między ustawieniami minimalnymi i maksymalnymi. Regulacja pokrętła pozwala na zmianę napięcia z około +0,7 V na co najmniej +5 woltów.</li>
	<li>Odwróć przewody voltage czujnik (czerwony do -, czarny do +) i powtórz kroki 1.5-1.7. Tym razem regulacja pokrętła daje zakres napięcia od około −0,7 V do -5 V. Tak więc, poprzez regulację napięcia zasilania, a także odwrócenie przewodów, w tym eksperymencie dostępny jest prawie pełny zakres napięć od -5 V do +5 V. Należy zauważyć, że zasilacz użyty w tym eksperymencie nie może wytwarzać napięć poniżej 0,7 V (niezwykła cecha), ale istnieje więcej niż wystarczający zakres, aby określić interesujące nas relacje.</li>
</ol>
<img alt="Rysunek 1" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig1.jpg">
Rysunek 1: Ten schemat obwodu pokazuje zasilanie (oznaczone symbolami + i -) oraz czujnik napięcia (V) połączone dwoma przewodami.
2. Badanie prawa Ohma
Uwaga: W tej części eksperymentu celem jest obserwacja wykresów prądu w funkcji napięcia.
<ol>
	<li>Aby zmienić to, co jest wyświetlane na osi, kliknij etykietę osi, zaznacz odpowiednią opcję, aby wyświetlić żądane informacje i (tylko dla osi y) usuń znaczniki dotyczące niechcianych elementów na wyświetlaczu. Ustaw wykres tak, aby pokazywał prąd na osi y i potencjał na osi x.</li>
	<li>Aby prawidłowo ustawić skalę, kliknij jedną z liczb po lewej stronie osi y. Spowoduje to wyświetlenie pola, w którym należy wprowadzić minimalną wartość -0,3 i maksymalną wartość 0,3 dla skalowania ręcznego. Powtórz te czynności dla osi x, klikając liczbę poniżej osi x, aby wyświetlić pole ustawień. Tym razem wprowadź -6 jako minimum i 6 jako maksimum. Przygotowuje to wykres do wyświetlania prądów w zakresie od -0,3 do +0,3 A oraz napięć od -5 V do +5 V.</li>
	<li>Postępując zgodnie ze schematem obwodu w Rysunek 2, podłącz obwód, aby zmierzyć napięcie i prąd na rezystorze 100 Ω.</li>
	<li>Użyj skrzynki oporowej jako rezystora. Ustaw go na 100 Ω. Na zasilaczu przekręć zarówno prąd, jak i napięcie na maksimum.</li>
	<li>Naciśnij ikonę zielonej strzałki, aby rozpocząć zbieranie danych.</li>
	<li>W ciągu kilku sekund zmniejsz napięcie do minimum, a następnie szybko odwróć przewody w zasilaczu. W ciągu kilku sekund ponownie przekręć pokrętło napięcia w kierunku maksimum. Powinno to dać wykres prądu w funkcji napięcia, w zakresie od około -5 woltów do +5 woltów.</li>
	<li>Powtarzaj proces, aż wykres będzie zadowalający, wybierz menu Dane i wybierz "Przechowuj ostatni przebieg".</li>
	<li>Zauważ, że wykres prądu w funkcji napięcia jest linią prostą. Naciśnij przycisk Regresja, aby wykonać liniowe dopasowanie do danych i zapisać nachylenie linii.
	<ol>
		<li>Rysunek 4 pokazuje wykres prądu w funkcji napięcia dla rezystora oznaczonego 100 Ω. Dopasowanie liniowe do danych powoduje nachylenie 0,00991 A/V. Odwrotność oporu wynosi 0,0100 A/V, co jest dobrym dopasowaniem do nachylenia.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Zmień rezystancję skrzynki oporowej na 200 Ω i powtórz kroki 2.6-2.9.</li>
	<li>Porównaj dwie wartości nachylenia z odpowiadającymi im wartościami rezystancji i określ zależność między prądem, napięciem i rezystancją.
	<ol>
		<li>Rysunek 5 pokazuje wykres prądu w funkcji napięcia dla rezystora oznaczonego 200 Ω. Dopasowanie liniowe do danych powoduje nachylenie 0,00510 A/V. Odwrotność oporu wynosi 0,00500 A/V, co jest dobrym dopasowaniem do nachylenia.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Nachylenie wykresu prądu w funkcji napięcia okazuje się być odwrotnością rezystancji. Można to zapisać jako: 
	<img alt="Równanie 1" src="/files/ftp_upload/10116/10116eq1.jpg"> lub <img alt="Równanie 2" src="/files/ftp_upload/10116/10116eq2.jpg">
	<ol>
		<li>Prąd wysyłany przez zasilacz jest proporcjonalny do napięcia i odwrotnie proporcjonalny do rezystancji. Gdy prąd jest przedstawiony na wykresie jako funkcja napięcia, oczekuje się, że nachylenie linii będzie odwrotnością rezystancji.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
 
<img alt="Rysunek 2" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig2.jpg"> 
Rysunek 2: Ten schemat obwodu pokazuje zasilacz podłączony do rezystora 100 Ω, z czujnikiem napięcia (V) mierzącym różnicę potencjałów na rezystorze i amperomierzem mierzącym prąd przez niego.
 
<img alt="Rysunek 3" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig3.jpg"> 
Rysunek 3: Na tym schemacie obwodu, rezystor został zastąpiony żarówką i dodano przełącznik. Przełącznik jest początkowo otwarty, dzięki czemu żarówka jest wyłączona na początku. 
<img alt="Rysunek 4" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig4.jpg"> 
Rysunek 4: Wykres prądu w funkcji napięcia z rezystorem oznaczonym 100 Ω. Liniowe dopasowanie do danych skutkuje nachyleniem 0,00991 A/V. Zauważ, że brakujące dane w środku wykresu to po prostu artefakt konkretnego zasilacza użytego w eksperymencie, który ma niezwykłą cechę polegającą na tym, że nie wytwarza napięć poniżej około 0,7 V. <img alt="Rysunek 5" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig5.jpg"> 
Rysunek 5: Wykres prądu w funkcji napięcia z rezystorem oznaczonym 200 Ω. Dopasowanie liniowe do danych powoduje nachylenie 0,00510 A/V.
3. Badanie żarówek
<ol>
	<li>Zastąp rezystor z poprzedniego obwodu małą żarówką ( <silna klasa="xfig"> Rysunek 3). Powtórz eksperyment, uzyskując wykres prądu w funkcji napięcia dla żarówki. Zwróć uwagę na wszelkie różnice w formie wykresu dla żarówki w porównaniu z rezystorem.
	<ol>
		<li>Rysunek 6 pokazuje wykres prądu w funkcji napięcia dla żarówki. Ogólnie rzecz biorąc, prąd wzrasta wraz ze wzrostem napięcia, ale wykres nie jest tak liniowy jak wykresy dla rezystorów. Wykres pokazuje również, że prąd jest na ogół wyższy przy danym napięciu, gdy napięcie rośnie, w porównaniu z jego wartością przy tym samym napięciu, gdy prąd maleje.</li>
	</ol>
	</silna></li>
	<li>Teraz wykreśl prąd w funkcji czasu zamiast prądu w funkcji napięcia. Aby to zrobić, kliknij etykietę "napięcie" na osi poziomej, aby wyświetlić listę zmiennych, względem których można wykreślić wykres, i wybierz czas zamiast napięcia.</li>
	<li>Zwiększ napięcie, aby żarówka świeciła jasno, a następnie wyłącz zasilanie za pomocą włącznika/wyłącznika. Kliknij przycisk Collect (zielona strzałka) na ekranie, aby rozpocząć zbieranie danych i ponownie włącz zasilanie.
	<ol>
		<li>Spójrz na wykres pokazany w Rysunek 7. Prąd płynący przez żarówkę osiąga wysoki poziom po włączeniu zasilania, a następnie spada do mniejszej stałej wartości. Jest to zupełnie inne zachowanie niż zachowanie standardowego rezystora, który zazwyczaj skacze od razu do stałej wartości po włączeniu zasilania.</li>
		<li>Wyjaśnienie obu tych obserwacji jest takie samo. Im wyższa temperatura żarnika żarówki, tym większa rezystancja. Gdy żarówka jest wyłączona ( <silna klasa="xfig">Rysunek 7), żarnik ma temperaturę pokojową i stosunkowo niską rezystancję. Po włączeniu żarówki prąd skacze do wysokiego poziomu z powodu niskiej rezystancji, ale wraz z nagrzewaniem się żarnika i wzrostem rezystancji prąd spada. W końcu temperatura się stabilizuje, a prąd jest stały.</silna></li>
		<li>Gdy napięcie rośnie ( <silna klasa="xfig">Rysunek 6), żarnik się nagrzewa, więc przy chłodniejszym żarniku rezystancja jest niższa, a prąd wyższy. W drugiej połowie wykresu, gdy napięcie spada, żarnik schładza się od wyższej temperatury, a co za tym idzie, ma wyższą rezystancję i mniejszy prąd.</silna></li>
	</ol>
	</li>
	<li>Na koniec przełącz się z powrotem na prąd w stosunku do napięcia i użyj diody LED zamiast żarówki.</li>
	<li>Tak jak poprzednio, uzyskaj wykres prądu w funkcji napięcia dla diody LED. Upewnij się, że używasz zarówno dodatniej, jak i ujemnej objętościtage, aby zobaczyć pełny zakres zachowania obwodu z diodą LED.
	<ol>
		<li>Rysunek 8 pokazuje wykres prądu w funkcji napięcia dla diody LED. Dioda nie pozwala na przepływ prądu w jednym kierunku, gdy napięcie jest ujemne; Jednak gdy napięcie jest dodatnie i przekracza pewien próg, prąd płynie i rośnie tak szybko, jak rośnie napięcie. W ten sposób dioda działa jak jednokierunkowy zawór prądu. Zauważ, że żarnik żarówki i rezystory nie wykazują takiej kierunkowości.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
<img alt="Rysunek 6" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig6.jpg"> 
Rysunek 6: Wykres prądu w funkcji napięcia dla żarówki. Wykres zaczyna się w lewym dolnym rogu, a następnie podążał za górnym torem, gdy napięcie wzrosło, a żarówka stała się bardzo jasna. Napięcie zostało następnie zmniejszone, a wykres podążał za dolną ścieżką z powrotem w dół do lewego dolnego rogu.
<img alt="Rysunek 7" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig7.jpg"> 
Rysunek 7: Wykres prądu w funkcji czasu dla żarówki. Żarówka była wyłączona, a następnie napięcie zostało włączone po około 1,4 sekundy i utrzymywane na stałym poziomie. Prąd osiągnął szczyt na poziomie około 0,57 A, a następnie spadł do stałej wartości około 0,27 A.
<img alt="Rysunek 8" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig8.jpg"> 
Rysunek 8: Wykres prądu w funkcji napięcia dla diody. Dioda w pewnym sensie działa jak zawór jednokierunkowy dla prądu. Dioda nie pozwala na przepływ prądu, gdy napięcie jest ujemne, ale gdy napięcie jest dodatnie i przekracza pewien próg, prąd płynie i rośnie tak szybko, jak napięcie rośnie w jednym kierunku.

Gadżety elektroniczne są wszechobecne w dzisiejszym świecie, a prawo Ohma ma do odegrania rolę w każdym z tych gadżetów. Dla przykładu, latarka przeznaczona do pracy na dwóch bateriach 1,5 V połączonych szeregowo (łącznie 3 V), musi mieć żarówkę o odpowiedniej rezystancji, tak aby baterie dostarczały odpowiednią ilość prądu, aby żarówka mogła świecić jasno, nie przepalając się. Prawo Ohma pomaga w wyborze żarówki. 
Innym zastosowaniem jest żarówka trójdrożna, która może świecić z trzema różnym...

badanie prawa ohma dla przewodników omowych i nieomowych

Źródło: dr Andrew Duffy, Wydział Fizyki, Uniwersytet Bostoński, Boston, MA
W tym eksperymencie badane jest prawo Ohma, które wiąże prąd, napięcie i rezystancję. 
Jednym z celów eksperymentu jest zapoznanie się ze schematami obwodów i terminologią związaną z podstawowymi obwodami, takimi jak rezystor, rezystancja, prąd, napięcie i zasilanie. Pod koniec eksperymentu uczy się, jak podłączyć obwód i jak mierzyć zarówno prąd przepływający przez element obwodu, jak i różnicę potencjałów lub napięcie na nim. 
W obwodzie akumulator lub zasilacz zapewnia napięcie mierzone w woltach (V), które powoduje przepływ ładunku. Inne elementy w obwodzie, takie jak żarówki lub rezystory (które często są po prostu długimi, wąskimi drutami nawiniętymi w cewki) ograniczają szybkość, z jaką przepływa ładunek. Natężenie przepływu ładunku jest znane jako prąd mierzony w amperach (A) lub w skrócie amperach, a stopień, w jakim rezystory i żarówki ograniczają przepływ, jest znany jako ich rezystancja mierzona w omach (Ω). Ten eksperyment polega na zbadaniu prawa Ohma, które wiąże napięcie, prąd i rezystancję. 
W tym eksperymencie zbadano również różnicę między podstawowym elementem obwodu zwanym rezystorem a żarówką i diodą elektroluminescencyjną (LED). Żarówki i diody LED są częścią wielu popularnych urządzeń i są używane do różnych zastosowań oświetleniowych, dlatego warto zrozumieć, jak działają.

Badanie prawa Ohma dla przewodników omowych i nieomowych

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

Prawo Ohma odnosi napięcie, prąd i rezystancję elementu elektrycznego lub obwodu. Napięcie, V, prąd, I i rezystancja R mają fundamentalne znaczenie dla działania wszystkich urządzeń elektronicznych, takich jak radia, odtwarzacze muzyki i komputery, a także prostszych zastosowań elektrycznych, takich jak okablowanie domowe, skrzynki bezpiecznikowe i oświetlenie domowe. Obwody we wszystkich tych przypadkach zachowują się przewidywalnie i mogą być zaprojektowane racjonalnie ze względu na prawo Ohma. W tym filmie przedstawimy terminologię obwodów, symbole i schematy, a następnie pokażemy, jak podłączyć prosty obwód. Ponadto mierzony będzie prąd płynący przez komponent i napięcie na komponencie. Wyjście zasilacza lub akumulatora ma zarówno bieguny dodatnie, jak i ujemne, które odpowiednio definiują wysokie i niskie wartości wielkości zwanej potencjałem elektrycznym. Różnica w tym potencjale elektrycznym to napięcie, mierzone w woltach. Aby dowiedzieć się więcej na temat tej terminologii, obejrzyj film na temat potencjału elektrycznego w tej kolekcji. Obwód to sieć komponentów połączonych ze sobą w celu pełnienia określonej funkcji. Prąd to ruch pewnej ilości ładunku na sekundę i jest mierzony w amperach, w skrócie amperach. Co ciekawe, tylko elektrony, które mają ładunek ujemny, poruszają się przez przewody w obwodzie. Ze względu na swój ładunek ujemny elektrony płyną w kierunku przeciwnym do kierunku prądu. Prąd elektryczny może przepływać tylko przez przewody i elementy połączone w pełną pętlę, podobnie jak prąd wody ze zbiornika przez pompę, do koła wodnego i z powrotem do zbiornika. Do pewnego stopnia wszystkie elementy elektryczne utrudniają przepływ prądu, jak wąskie gardło w rurze, które zmniejsza przepływ wody. Rezystancja opisuje to zjawisko i jest mierzona w omach. Prawo Ohma definiuje rezystancję jako napięcie na składniku podzielone przez prąd przepływający przez element. W przypadku komponentów nazywanych rezystorami rezystancja jest w przybliżeniu stała. Rezystor na wspólnej płytce drukowanej jest zazwyczaj małym cylindrycznym obiektem z paskami reprezentującymi kod koloru rezystancji. Zgodnie z prawem Ohma prąd płynący przez stałą rezystancję jest wprost proporcjonalny do przyłożonego napięcia i odwrotnie proporcjonalny do rezystancji. W rzeczywistości rezystancja większości materiałów na ogół wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Rezystancja niektórych urządzeń, takich jak diody, zmienia się również w zależności od warunków pracy - czyli napięcia i prądu - a także innych czynników. Dioda to urządzenie, które w bardzo dobrym przybliżeniu pozwala na przepływ prądu tylko w jednym kierunku. W rezultacie zachowuje się jak zawór jednokierunkowy, przepuszczając prąd przez bardzo niską rezystancję w kierunku "do przodu" i zakazując prądu o wyjątkowo wysokiej rezystancji w "odwrotnym". Dioda elektroluminescencyjna, znana również jako "LED", to dioda, która jest oświetlona przepływem prądu przewodzenia. Podobnie jak zwykła dioda, dioda LED nie przepuszcza prądu w odwrotnym kierunku, w takim przypadku nie świeci. Dzięki prostej zależności między napięciem, prądem i rezystancją, prawo Ohma - często wyrażane jako V równa się I razy R - umożliwia obliczenie dowolnej z tych wielkości, jeśli pozostałe dwie są znane. Ten film pokaże, że napięcie na komponencie i prąd przez niego przepływający mogą być łatwo zmierzone. Eksperymenty te zademonstrują również prawo Ohma w różnych obwodach i zilustrują zależność między prądem a napięciem dla rezystora, żarówki i diody elektroluminescencyjnej. Aparatura pomiarowa składa się z czujnika napięcia, czujnika prądu, zasilacza, sterowanego komputerowo systemu pomiarowego oraz elementów, które mają być badane. Aby załadować oprogramowanie pomiarowe, kliknij dwukrotnie ikonę "Prawo Ohma" na pulpicie komputera. Po załadowaniu programu na ekranie powinien wyświetlić się wykres, tabela a w lewym dolnym rogu pola z pomiarami napięcia i prądu. Kliknij przycisk "Zero" i wybierz "Wyzeruj wszystkie czujniki", aby usunąć przesunięcia w systemie akwizycji danych. Odczyty napięcia i prądu powinny wynosić zero, gdy przewody do aparatu nie są do niczego podłączone. Wybierz dane, które zostaną wykreślone, klikając etykietę osi i zaznaczając żądaną opcję. Tylko w przypadku osi y usuń zaznaczenie elementów, które nie zostaną wydrukowane. Ustaw wykres tak, aby pokazywał prąd na osi y i napięcie na osi x. Następnie ustaw skalę osi y na minus 0,3 do dodatniego 0,3 ampera i ustaw skalę osi x na minus 5 do dodatnich 5 woltów. Skrzynka rezystancyjna, którą można ustawić na różne wartości rezystancji, została użyta w pierwszym eksperymencie w celu zaobserwowania, jak prąd zmienia się wraz z napięciem dla rezystora. Ustaw skrzynkę rezystancji na 100 omów. Następnie połącz ze sobą zasilacz, czujniki napięcia i prądu oraz skrzynkę rezystancyjną, jak pokazano na schemacie obwodu. Na koniec ustaw zarówno wyjścia prądowe, jak i napięciowe zasilacza na maksymalne wartości. Kliknij ikonę zielonej strzałki, aby rozpocząć zbieranie danych. Powoli zmniejsz napięcie zasilania do minimalnej wartości. Następnie odwróć przewody przy zasilaczu i powoli zwiększaj napięcie z powrotem do maksymalnej wartości. Powinno to dać wykres prądu w funkcji napięcia, obejmujący zakres od -5 do +5 woltów. Powtarzaj ten proces, aż wykres będzie wolny od zakłóceń, a następnie zapisz dane. W przypadku rezystancji 100 omów wykres prądu w funkcji napięcia jest linią prostą. Wykonaj dopasowanie liniowe do danych i zapisz nachylenie linii. Nachylenie powinno być bardzo zbliżone do 0,0100 A/wolt, co jest odwrotnością rezystancji. Teraz ustaw skrzynkę rezystancyjną na 200 omów i powtórz eksperyment, aby uzyskać kolejny wykres prądu w funkcji napięcia w zakresie od -5 do +5 woltów. Tym razem nachylenie powinno być bardzo bliskie 0,00500 ampera/wolt, co jest znowu odwrotnością rezystancji. W przypadku stałej rezystancji prawo Ohma mówi, że prąd płynący przez rezystor jest proporcjonalny do przyłożonego napięcia i odwrotnie proporcjonalny do rezystancji. Widać to w danych zarówno dla rezystorów 100 omów, jak i 200 omów. W następnym eksperymencie wymień skrzynkę rezystora na małą żarówkę, jak pokazano na schemacie ideowym. Ustaw regulator napięcia na zasilaczu na maksimum i rozpocznij zbieranie danych. Powoli zmniejsz napięcie do wartości minimalnej, a następnie powoli zwiększaj napięcie z powrotem do maksimum. Komputer wyświetli wykres prądu w funkcji napięcia w zakresie od około +0,7 do +5 woltów. Odwróć przewody zasilające, ustaw regulator napięcia na maksimum i powtórz proces zmniejszania napięcia do wartości minimalnej i ponownego zwiększania go do wartości maksymalnej. Komputer wyświetli wykres prądu w funkcji napięcia w zakresie od około -0,7 do -5 woltów. Wykres prądu w funkcji napięcia dla żarówki nie jest tak liniowy jak dla rezystorów. Wykres pokazuje również, że ogólnie prąd jest wyższy przy danym napięciu, gdy napięcie rośnie, w porównaniu z tym, co jest przy tym samym napięciu, gdy napięcie spada. Gdy napięcie rośnie, żarnik się nagrzewa. W przypadku żarnika, który zaczyna się chłodniej, rezystancja jest niższa, a prąd wyższy. Gdy napięcie spada, żarnik schładza się od wyższej temperatury, więc ma wyższą rezystancję i niższy prąd w tym samym punkcie pracy. Teraz wykreśl prąd w funkcji czasu zamiast prądu w funkcji napięcia. Aby to zrobić, zmień oś poziomą, aby mierzyć czas. Dostosuj napięcie do maksimum, aby żarówka świeciła jasno. Następnie wyłącz zasilanie. Kliknij zieloną strzałkę, aby rozpocząć zbieranie danych, a następnie ponownie włącz zasilanie. Prąd płynący przez żarówkę jest wysoki natychmiast po włączeniu zasilania, po czym spada do niższej, stałej wartości. Gdy żarówka jest wyłączona, żarnik ma temperaturę pokojową i ma stosunkowo niską rezystancję. Kiedy żarówka jest włączana po raz pierwszy, prąd skacze do wysokiego poziomu z powodu tej niskiej rezystancji. Jednak rezystancja żarnika znacznie wzrasta wraz z temperaturą - gdy żarnik się nagrzewa, rezystancja rośnie, a prąd spada. W końcu jego temperatura się stabilizuje, a prąd jest stały. Na koniec ustaw oś tak, aby ponownie wyświetlała prąd w funkcji napięcia i użyj diody elektroluminescencyjnej - "LED" - zamiast żarówki. Maksymalny prąd dla zwykłych diod LED wynosi około 30 mA, dlatego prąd musi być dokładnie monitorowany, aby zapobiec przepaleniu diody LED. Użyj procedury z poprzednich eksperymentów, aby uzyskać wykres prądu w funkcji napięcia dla diody LED. Najpierw przyłóż dodatnie napięcie do diody LED i dostosuj napięcie zasilania od maksymalnego do minimalnego. Następnie przełącz przewody zasilające i dostosuj napięcie od minimum z powrotem do maksimum, aby obserwować kierunkowość diody LED. Wynikowy wykres pokazuje, że dioda LED pozwala na przepływ prądu tylko wtedy, gdy napięcie jest dodatnie i większe niż określony próg. Gdy dioda "włączy się", prąd szybko rośnie wraz ze wzrostem napięcia. Jednak dla ujemnego napięcia nie płynie prąd. To zachowanie pokazuje, w jaki sposób dioda LED działa jak jednokierunkowy zawór prądu. Gadżety elektroniczne są wszechobecne w dzisiejszym świecie, a prawo Ohma ma do odegrania rolę w każdym z tych gadżetów. Na przykład żarówka w latarce jest zaprojektowana do pracy z dwoma bateriami 1,5 V połączonymi szeregowo. Dlatego należy wybrać żarówkę o odpowiedniej rezystancji, tak aby akumulatory dostarczały odpowiednią ilość prądu, aby żarówka świeciła jasno, nie przepalając się. Prawo Ohma pomaga w wyborze żarówki. Innym zastosowaniem prawa Ohma jest ograniczenie prądu dostarczanego do określonego urządzenia, być może w celu zmniejszenia ryzyka porażenia prądem lub ochrony samego urządzenia. Prawo Ohma mówi nam, że dla danego napięcia im wyższa rezystancja, tym niższy prąd. Dlatego umieszczając rezystancję szeregowo z urządzeniem, możemy ograniczyć prąd przepływający przez urządzenie, a tym samym zapobiec ewentualnym uszkodzeniom. Właśnie obejrzeliście wprowadzenie JoVE do prawa Ohma. Powinieneś teraz zrozumieć związek między napięciem na elemencie elektrycznym, jego rezystancją i przepływającym przez niego prądem, a także różnice w zachowaniu elektrycznym rezystorów, żarówek i diod elektroluminescencyjnych. Dzięki za oglądanie!

Education

JoVE Science Education

Physics

Fizyka

Physics II

Fizyka 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

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