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. Familiarizar-se com o aparelho
<ol><li>Para este experimento, use um computador para coletar os dados e gráficos de gráficos de gráficos.</li>
	<li>Carregue o software para o experimento clicando duas vezes no ícone "Ohm's Law" na área de trabalho do computador. Quando o programa é carregado, a tela deve mostrar um gráfico, uma tabela e, no canto inferior direito, caixas com as leituras de tensão e corrente.</li>
	<li>Clique no botão Zero e selecione "Zero Todos os sensores" para ter certeza de que as leituras de tensão e corrente leram zero quando não estiverem conectadas.</li>
	<li>Seguindo o diagrama do circuito na Figura 1,conecte os dois cabos no sensor de tensão à fonte de alimentação, que é uma caixa azul. O chumbo vermelho vai para a conexão + na fonte de alimentação, e a pista preta vai para o - um.</li>
	<li>Certifique-se de que o sensor atual não está conectado e certifique-se de que o botão atual na fonte de alimentação seja transformado ao máximo (totalmente no sentido horário).</li>
	<li>Inicie a coleta de dados pressionando o ícone do Arqueiro Verde (o botão Coletar) no computador.</li>
	<li>Observe o que acontece quando o botão de tensão na fonte de alimentação é movido entre suas configurações mínimas e máximas. O ajuste do botão permite que a tensão seja alterada de cerca de +0,7 V para pelo menos +5 volts.</li>
	<li>Inverta os cabos do sensor de tensão (vermelho para -, preto para +) e repita as etapas 1.5-1.7. Desta vez, o ajuste do botão dá uma faixa de tensão de cerca de −0,7 V a -5 V. Assim, ajustando a tensão de alimentação, bem como invertendo os cabos, quase toda a gama de tensões entre -5 V e +5 V está disponível para trabalhar neste experimento. Observe que a fonte de alimentação usada neste experimento não pode colocar tensões abaixo de 0,7 volts (uma característica incomum), mas há mais do que suficiente de uma faixa para determinar as relações de interesse.</li>
</ol><img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig1.jpg">
Figura 1: Este diagrama do circuito mostra a fonte de alimentação (marcada com os símbolos + e - e o sensor de tensão (V) conectado por dois fios.
2. Investigando a Lei de Ohm
Nota: Nesta parte do experimento, o objetivo é observar gráficos de corrente versus tensão.
<ol><li>Para alterar o que é exibido em um eixo, clique no rótulo do eixo, verifique a opção apropriada para exibir as informações desejadas e (apenas para o eixo y) remova a verificação(s) de itens indesejados no visor. Defina o gráfico para mostrar corrente no eixo y e potencial no eixo x.</li>
	<li>Para definir as escalas corretamente, clique em um dos números à esquerda do eixo y. Isso traz uma caixa para inserir um mínimo de -0,3 e um máximo de 0,3 para o dimensionamento manual. Repita para o eixo x clicando em um número abaixo do eixo x para trazer a caixa de configurações. Desta vez, digite -6 como o mínimo e 6 como o máximo. Isso prepara o gráfico para exibir correntes entre −0,3 e +0,3 A, e tensões entre -5 V e +5 V.</li>
	<li>Seguindo o diagrama do circuito na Figura 2,ligue o circuito para medir a tensão e a corrente em um resistor de 100 Ω.</li>
	<li>Use uma caixa de resistência como resistor. Defina para 100 Ω. Na fonte de alimentação, gire a corrente e a tensão ao máximo.</li>
	<li>Pressione o ícone do Arqueiro Verde para iniciar a coleta de dados.</li>
	<li>Ao longo de vários segundos, abaixe a tensão para o mínimo e, em seguida, reverta rapidamente os cabos na fonte de alimentação. Ao longo de vários segundos, gire o botão de tensão em direção ao máximo novamente. Isso deve resultar em um gráfico de corrente versus tensão, variando de cerca de -5 volts a +5 volts.</li>
	<li>Repita o processo até ficar satisfeito com o gráfico, selecione o menu Data e escolha "Armazene a última execução".</li>
	<li>Observe que o gráfico da corrente vs. tensão é uma linha reta. Aperte o botão Regressão para executar um ajuste linear aos dados e registe a inclinação da linha.<ol>
<li>
A Figura 4 mostra o gráfico de corrente vs. tensão para o resistor marcado 100 Ω. Um ajuste linear aos dados resulta em uma inclinação de 0,00991 A/V. O inverso da resistência é 0.0100 A/V, que é uma boa combinação com a inclinação.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Altere a resistência da caixa de resistência para 200 Ω e repita as etapas 2.6-2.9.</li>
	<li>Compare os dois valores de inclinação com os valores de resistência correspondentes e determine a relação entre corrente, tensão e resistência.<ol>
<li>
A Figura 5 mostra o gráfico de corrente vs. tensão para o resistor marcado 200 Ω. Um ajuste linear aos dados resulta em uma inclinação de 0,00510 A/V. O inverso da resistência é 0,00500 A/V, o que é uma boa combinação com a inclinação.</li>
	</ol>
</li>
	<li>A inclinação do gráfico de corrente versus tensão acaba por ser o inverso da resistência. Isso pode ser escrito como: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/10116/10116eq1.jpg"> ou <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/10116/10116eq2.jpg"><ol>
<li>A corrente enviada pela fonte de alimentação é proporcional à tensão e inversamente proporcional à resistência. Quando a corrente é grafada em função da tensão, espera-se que a inclinação da linha seja o inverso da resistência.</li>
	</ol>
</li>
</ol> <img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig2.jpg"> Figura 2: Este diagrama de circuito mostra a fonte de alimentação conectada a um resistor de 100 Ω, com o sensor de tensão (V) medindo a diferença potencial entre o resistor e o amômetro medindo a corrente através dele.
 
 <img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig3.jpg"> Figura 3: Neste diagrama de circuito, o resistor é substituído por uma lâmpada, e um interruptor foi adicionado. O interruptor está inicialmente aberto, de modo que a lâmpada está desligada no início. <img alt="Figure 4" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig4.jpg"> Figura 4: Gráfico de corrente vs. tensão com um resistor marcado 100 Ω. Um ajuste linear aos dados resulta em uma inclinação de 0,00991 A/V. Observe que os dados perdidos no centro do gráfico são simplesmente um artefato da fonte de alimentação específica usada no experimento, que tem a característica incomum de não produzir tensões abaixo de cerca de 0,7 V. <img alt="Figure 5" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig5.jpg"> Figura 5: Gráfico de corrente vs. tensão com um resistor marcado 200 Ω. Um ajuste linear aos dados resulta em uma inclinação de 0,00510 A/V.
3. Investigar lâmpadas
<ol><li>Substitua o resistor do circuito anterior por uma pequena lâmpada incandescente (Figura 3). Repita o experimento, obtendo um gráfico de corrente em função da tensão para a lâmpada. Observe quaisquer diferenças na forma de gráfico para a lâmpada em comparação com o resistor.<ol>
<li>
A Figura 6 mostra um gráfico de corrente versus tensão para a lâmpada incandescente. Em geral, a corrente aumenta à medida que a tensão aumenta, mas o gráfico não é tão linear quanto os gráficos para os resistores. O gráfico também mostra que a corrente é, em geral, maior em uma determinada tensão quando a tensão está aumentando, em comparação com seu valor nessa mesma tensão quando a corrente está diminuindo.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Agora, plot current vs. time em vez de corrente vs. voltagem. Para fazer isso, clique no rótulo "tensão" no eixo horizontal para trazer à tona a lista de variáveis contra as quais o gráfico pode ser plotado e escolha o tempo em vez de tensão.</li>
	<li>Vire a tensão para cima, de modo que a lâmpada brilhe brilhantemente e, em seguida, desligue a fonte de alimentação, usando o interruptor liga/desliga. Clique no botão Coletar (arqueiro verde) na tela para iniciar a coleta de dados e ligue a fonte de alimentação.<ol>
<li>Observe o gráfico, mostrado na Figura 7. A corrente através da lâmpada vai para um nível alto quando a fonte de alimentação é ligada e, em seguida, cai para um valor constante menor. Isso é bem diferente do comportamento de um resistor padrão, que normalmente saltaria direto para um valor constante quando a fonte de alimentação é ligada.</li>
		<li>A explicação para ambas as observações é a mesma. Quanto maior a temperatura do filamento da lâmpada, maior a resistência. Quando a lâmpada está desligada (Figura 7), o filamento está em temperatura ambiente com uma resistência relativamente baixa. Quando a lâmpada é então ligada, a corrente salta para um alto nível por causa da baixa resistência, mas à medida que o filamento aquece e a resistência aumenta, a corrente cai. Eventualmente, a temperatura se estabiliza, e a corrente é constante.</li>
		<li>Quando a tensão está aumentando (Figura 6),o filamento está aquecendo, então com um filamento mais frio a resistência é menor e a corrente maior. Para a segunda metade do gráfico, quando a tensão reduz, o filamento está esfriando a partir de uma temperatura mais alta, e assim tem maior resistência e corrente mais baixa.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Por fim, volte para corrente vs. tensão e use um LED no lugar da lâmpada.</li>
	<li>Como antes, obtenha um gráfico de corrente em função da tensão para o LED. Certifique-se de usar tensões positivas e negativas para ver toda a gama do comportamento do circuito com o LED.<ol>
<li>
A Figura 8 mostra o gráfico de corrente versus tensão para um LED. O diodo não permite que a corrente flua em uma direção, quando a tensão é negativa; no entanto, quando a tensão é positiva e acima de um certo limiar, a corrente flui e aumenta tão rapidamente quanto a tensão aumenta. Desta forma, o diodo age como uma válvula unidirecional para corrente. Note que o filamento da lâmpada e os resistores não mostram tal direcionalidade.</li>
	</ol>
</li>
</ol><img alt="Figure 6" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig6.jpg"> Figura 6: Gráfico de corrente vs. tensão para uma lâmpada incandescente. O gráfico começa no canto inferior esquerdo, depois seguiu a faixa superior à medida que a tensão era aumentada, e a lâmpada ficou muito brilhante. A tensão foi então diminuída, e o gráfico seguiu a faixa inferior até o canto inferior esquerdo.
<img alt="Figure 7" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig7.jpg"> Figura 7: Gráfico atual versus tempo para uma lâmpada incandescente. A lâmpada estava desligada, e então a tensão foi ligada em torno da marca de 1,4 segundos e mantida em um valor constante. O pico atual atingiu cerca de 0,57 A, e depois caiu para um valor constante de cerca de 0,27 A.
<img alt="Figure 8" src="/files/ftp_upload/10116/10116fig8.jpg"> Figura 8: Gráfico de corrente vs. tensão para um diodo. Um diodo, de certa forma, age como uma válvula unidirecional para corrente. O diodo não permite que a corrente flua quando a tensão é negativa, mas quando a tensão é positiva e acima de um certo limiar, a corrente flui e aumenta tão rapidamente quanto a tensão aumenta em uma direção.

Aparelhos eletrônicos são onipresentes no mundo de hoje, e a lei de Ohm tem um papel a desempenhar em cada um desses aparelhos. Por exemplo, uma lanterna projetada para funcionar em duas baterias de 1,5 volts em série (um total de 3 volts), deve ter uma lâmpada com uma resistência adequada, de modo que as baterias forneçam uma quantidade adequada de corrente para permitir que a lâmpada brilhe brilhantemente, sem queimar. A lei de Ohm ajuda a guiar essa escolha de lâmpada. 
Outra aplicação é um...

investigação lei de ohm para condutores ôhmicos e não ôhmicos

Fonte: Andrew Duffy, PhD, Departamento de Física, Universidade de Boston, Boston, MA
Este experimento investiga a lei de Ohm, que relaciona corrente, tensão e resistência.
Um dos objetivos do experimento é familiarizar-se com os diagramas de circuitos e a terminologia envolvida em circuitos básicos, como resistor, resistência, corrente, tensão e fonte de alimentação. Ao final do experimento, a familiaridade é adquirida com como ligar um circuito e como medir tanto a corrente que passa por um componente de circuito quanto a diferença potencial, ou tensão, através dele.
Em um circuito, uma bateria ou fonte de alimentação fornece uma tensão medida em volts (V) que faz a carga fluir. Outros elementos do circuito, como lâmpadas ou resistores (que muitas vezes são apenas fios estreitos longos enrolados em bobinas) limitam a taxa em que a carga flui. A taxa de fluxo da carga é conhecida como corrente medida em amperes (A), ou amps para abreviar, e o grau em que resistores e filamentos de lâmpadas limitam o fluxo é conhecido como sua resistência medida em ohms (Ω). Este experimento envolve uma exploração da lei de Ohm, que relaciona tensão, corrente e resistência. 
Este experimento também explora a diferença entre um componente de circuito básico chamado resistor, uma lâmpada e um diodo emissor de luz (LED). Lâmpadas e LEDs fazem parte de muitos dispositivos comuns e são usados para várias aplicações de iluminação, e por isso é útil entender como eles funcionam.

Investigação Lei de Ohm para condutores ôhmicos e não ôhmicos

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

A lei de Ohm relaciona tensão, corrente e resistência para um componente elétrico ou um circuito. Tensão, V, corrente, I e resistência, R, são fundamentais para a operação de todos os dispositivos eletrônicos, como rádios, tocadores de música e computadores, bem como aplicações elétricas mais simples, como fiação doméstica, caixas de fusíveis e iluminação doméstica. Os circuitos em todos esses casos se comportam de forma previsível e podem ser projetados racionalmente por causa da lei de Ohm. Este vídeo apresentará a terminologia, símbolos e diagramas do circuito e, em seguida, demonstrará como conectar um circuito simples. Além disso, a corrente através de um componente e a tensão através de um componente serão medidas. A saída de uma fonte de alimentação ou bateria possui terminais positivos e negativos, que definem respectivamente valores altos e baixos de uma quantidade chamada potencial elétrico. A diferença nesse potencial elétrico é a tensão, medida em volts. Para saber mais sobre essas terminologias, veja o vídeo sobre potencial elétrico nesta coleção. Um circuito é uma rede de componentes conectados entre si para executar uma função específica. A corrente é o movimento de uma quantidade de carga por segundo e é medida em amperes, ou amperes, para abreviar. Curiosamente, apenas os elétrons, que têm carga negativa, se movem através de fios em um circuito. Por causa de sua carga negativa, os elétrons fluem na direção oposta à da corrente. A corrente elétrica só pode fluir através de fios e componentes conectados em um loop completo, muito parecido com a corrente de água de um reservatório através de uma bomba, em uma roda d'água e de volta ao reservatório. Até certo ponto, todos os elementos elétricos impedem o fluxo de corrente, como o gargalo em um cano que reduz o fluxo de água. A resistência descreve esse fenômeno e é medida em ohms. A lei de Ohm define resistência como tensão em um componente dividida pela corrente através do componente. Para componentes especificamente chamados de resistores, a resistência é aproximadamente constante. O resistor em uma placa de circuito comum é normalmente um pequeno objeto cilíndrico com bandas que representam um código de cores para a resistência. Pela lei de Ohm, a corrente através de uma resistência constante é diretamente proporcional à tensão aplicada e inversamente proporcional à resistência. Na realidade, a resistência da maioria dos materiais geralmente aumenta à medida que a temperatura aumenta. A resistência de alguns dispositivos, como diodos, também varia com a condição de operação - ou seja, tensão e corrente - bem como outros fatores. Um diodo é um dispositivo que, para uma aproximação muito boa, permite que a corrente flua em apenas uma direção. Como resultado, ela se comporta como uma válvula unidirecional, passando corrente por uma resistência muito baixa na direção "para frente" e proibindo corrente com uma resistência extremamente alta em "reverso". Um diodo emissor de luz, também conhecido como "LED", é um diodo que é iluminado com o fluxo de corrente direta. Como um diodo simples, um LED não passa corrente na direção inversa, caso em que não está aceso. Com uma relação simples entre tensão, corrente e resistência, a lei de Ohm - muitas vezes expressa como V igual a I vezes R - torna possível calcular qualquer uma dessas quantidades se as outras duas forem conhecidas. Este vídeo mostrará que a tensão em um componente e a corrente através dele podem ser facilmente medidas. Esses experimentos também demonstrarão a lei de Ohm em vários circuitos e ilustrarão a relação entre corrente e tensão para um resistor, uma lâmpada e um diodo emissor de luz. O aparelho de medição consiste em um sensor de tensão, um sensor de corrente, uma fonte de alimentação, um sistema de medição controlado por computador e os componentes a serem testados. Para carregar o software de medição, clique duas vezes no ícone "Lei de Ohm" na área de trabalho do computador. Após o carregamento do programa, a tela deve exibir um gráfico, uma tabela e no canto inferior esquerdo, caixas com as medições de tensão e corrente. Clique no botão "Zero" e selecione "Zero Todos os Sensores" para remover deslocamentos no sistema de aquisição de dados. As leituras de tensão e corrente devem ser zero quando os cabos do aparelho não estiverem conectados a nada. Selecione os dados que serão plotados clicando no rótulo do eixo e marcando a opção desejada. Somente para o eixo y, desmarque os itens que não serão plotados. Defina o gráfico para mostrar a corrente no eixo y e a tensão no eixo x. Em seguida, defina a escala do eixo y para menos 0.3 a 0.3 amperes positivos e defina a escala do eixo x para menos 5 a 5 volts positivos. Uma caixa de resistência, que pode ser configurada para diferentes valores de resistência, é usada no primeiro experimento para observar como a corrente varia com a tensão de um resistor. Defina a caixa de resistência para 100 ohms. Em seguida, conecte a fonte de alimentação, os sensores de tensão e corrente e a caixa de resistência, conforme mostrado no diagrama do circuito. Por fim, defina as saídas de corrente e tensão da fonte de alimentação para os valores máximos. Clique no ícone de seta verde para iniciar a coleta de dados. Reduza lentamente a tensão da fonte de alimentação para o valor mínimo. Em seguida, inverta os fios na fonte de alimentação e aumente lentamente a tensão de volta ao seu valor máximo. Isso deve resultar em um gráfico de corrente versus tensão, abrangendo a faixa de -5 a +5 volts. Repita esse processo até que o gráfico esteja livre de ruído e, em seguida, armazene os dados. Para a resistência de 100 ohms, o gráfico de corrente versus tensão é uma linha reta. Execute um ajuste linear aos dados e registre a inclinação da linha. A inclinação deve ser muito próxima de 0,0100 amp / volt, o inverso da resistência. Agora defina a caixa de resistência para 200 ohms e repita o experimento para obter outro gráfico de corrente versus tensão na faixa de -5 a +5 volts. Desta vez, a inclinação deve ser muito próxima de 0,00500 amp / volt, novamente o inverso da resistência. Para uma resistência constante, a lei de Ohm afirma que a corrente através do resistor é proporcional à tensão aplicada e inversamente proporcional à resistência. Isso é aparente nos dados dos resistores de 100 ohms e 200 ohms. Para o próximo experimento, substitua a caixa do resistor por uma pequena lâmpada incandescente, conforme mostrado no diagrama esquemático. Defina o voltage controle na fonte de alimentação para o máximo e comece a coleta de dados. Reduza lentamente a tensão para o valor mínimo e, em seguida, aumente lentamente a tensão de volta ao máximo. O computador exibirá um gráfico de corrente versus tensão na faixa de cerca de +0,7 a +5 volts. Inverta os cabos da fonte de alimentação, ajuste o voltage controle para o máximo e repita o processo de reduzir o voltage para o valor mínimo e aumentá-lo para o valor máximo novamente. O computador exibirá um gráfico de corrente versus tensão na faixa de cerca de -0,7 a -5 volts. O gráfico de corrente versus tensão para a lâmpada não é tão linear quanto para os resistores. O gráfico também mostra que, em geral, a corrente é maior em uma determinada tensão quando a tensão está aumentando, em comparação com o que é na mesma tensão quando a tensão está diminuindo. Quando a tensão está aumentando, o filamento está aquecendo. Com um filamento que começa mais frio, a resistência é menor e a corrente é maior. Quando a tensão está diminuindo, o filamento está esfriando a partir de uma temperatura mais alta, por isso tem uma resistência mais alta e uma corrente mais baixa no mesmo ponto de operação. Agora plote corrente versus tempo em vez de corrente versus tensão. Para fazer isso, altere o eixo horizontal para medir o tempo. Ajuste a tensão ao máximo, para que a lâmpada brilhe intensamente. Em seguida, desligue a fonte de alimentação. Clique na seta verde para iniciar a coleta de dados e ligue a fonte de alimentação novamente. A corrente através da lâmpada é alta imediatamente após a fonte de alimentação ser ligada e, em seguida, cai para um valor mais baixo e constante. Enquanto a lâmpada está desligada, o filamento está em temperatura ambiente e tem uma resistência relativamente baixa. Quando a lâmpada é ligada pela primeira vez, a corrente salta para um nível alto devido a essa baixa resistência. No entanto, a resistência do filamento aumenta significativamente com a temperatura - à medida que o filamento aquece, a resistência aumenta e a corrente cai. Eventualmente, sua temperatura se estabiliza e a corrente é constante. Por fim, defina o eixo para exibir a corrente versus a tensão novamente e use um diodo emissor de luz - um "LED" - no lugar da lâmpada. A corrente máxima para LEDs comuns é de cerca de 30 mA, portanto, a corrente deve ser cuidadosamente monitorada para evitar a queima do LED. Use o procedimento dos experimentos anteriores para obter um gráfico de corrente em função da tensão para o LED. Primeiro aplique tensão positiva no LED e ajuste a tensão da fonte de alimentação do máximo para o mínimo. Em seguida, troque os cabos da fonte de alimentação e ajuste a tensão do mínimo para o máximo para observar a direcionalidade do LED. O gráfico resultante mostra que um LED permite que a corrente flua apenas quando a tensão é positiva e maior que um determinado limite. Uma vez que o diodo "liga", a corrente aumenta rapidamente à medida que a tensão aumenta. No entanto, nenhuma corrente flui para tensão negativa. Esse comportamento demonstra como um LED age como uma válvula unidirecional para corrente. Os aparelhos eletrônicos são onipresentes no mundo de hoje, e a lei de Ohm tem um papel a desempenhar em cada um desses aparelhos. Por exemplo, a lâmpada de uma lanterna foi projetada para funcionar com duas baterias de 1,5 volts em série. Portanto, deve-se escolher uma lâmpada com resistência adequada, para que as baterias forneçam uma quantidade adequada de corrente para fazer a lâmpada brilhar intensamente, sem queimar. A lei de Ohm ajuda a orientar essa escolha da lâmpada. Outra aplicação da lei de Ohm é limitar a corrente fornecida a um dispositivo específico, talvez para reduzir o risco de choque elétrico ou para proteger o próprio dispositivo. A lei de Ohm nos diz que, para uma determinada tensão, quanto maior a resistência, menor a corrente. Portanto, ao colocar uma resistência em série com o dispositivo, podemos limitar a corrente que flui através do dispositivo e, assim, evitar qualquer dano potencial. Você acabou de assistir à introdução de JoVE à lei de Ohm. Agora você deve entender a relação entre a tensão em um componente elétrico, sua resistência e a corrente resultante através dele, bem como as diferenças no comportamento elétrico de resistores, lâmpadas e diodos emissores de luz. Obrigado por assistir!

Education

JoVE Science Education

Physics

Física

Physics II

Física 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

Esta coleção explora tópicos como eletrostática, magnetismo, óptica, oscilações baseadas em ondas e circuitos elétricos, explicando princípios subjacentes por trás dos fenômenos físicos que mudaram nosso mundo.

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