Overview
Quelle: Andrew Duffy, PhD, Department of Physics, Boston University, Boston, MA
Dieses Experiment untersucht ohmsche Gesetz, das aktuellen betrifft, Spannung und Widerstand.
Ein Ziel des Experiments ist es, mit Schaltplänen vertraut und die Terminologie beteiligt Grundschaltungen, wie Widerstand, Widerstand, Strom, Spannung und Strom versorgt. Bis zum Ende des Experiments gewinnt man Vertrautheit mit dem Draht eine Schaltung und wie Sie beide den Strom, der durch eine Schaltung-Komponente und die mögliche Differenz oder Spannung, über ihn zu messen.
In einer Schaltung sorgt für eine Batterie oder Versorgung eine Spannung in Volt (V) gemessen, die den Fluss kostenlos macht. Andere Elemente in der Schaltung, wie Glühbirnen oder Widerstände (die oft nur lange, schmale Drähte in Spulen gewickelt) begrenzen die Rate, an der die Ladung fließt. Die Rate von Strömung der Ladung ist bekannt als aktuelle gemessen in Ampere (A), oder Amps für kurz- und den Grad auf die Widerstände und Glühbirne Filamente Begrenzung ist bekannt als ihren Widerstand in Ohm (Ω) gemessen. Dieses Experiment beinhaltet eine Untersuchung der ohmsche Gesetz, die Spannung, Strom, bezieht und Widerstand.
Dieses Experiment untersucht auch den Unterschied zwischen einer einfachen Schaltung Komponente mit dem Namen einen Widerstand und eine Glühbirne und einer Leuchtdiode (LED). Glühbirnen und LEDs gehören viele gängige Geräte und sind für verschiedene Anwendungen eingesetzt, und so ist es nützlich, zu verstehen wie sie funktionieren.
Principles
Ohmsche Gesetz besagt, dass der Strom durch ein Gerät direkt proportional zu der Potentialdifferenz auf das Gerät angewendet. Ohmsche Gesetz kann angewendet werden um einzelne Schaltungsteile oder eine Schaltung als Ganzes, Werte der aktuellen, Vorhersagen, ob Spannung und Widerstand bekannt sind oder den Widerstand zu bestimmen wenn Strom und Spannung gemessen werden.
Widerstand ist ein Maß dafür wie schwer es gegen Gebühr ist zu fließen. Einige Widerstände haben einen Widerstand, die annähernd konstant, während in anderen, die Temperaturabhängigkeit des Widerstandes ist ein wichtiger Faktor. Beachten Sie, dass Widerstand in der Regel als Temperaturerhöhungen steigt. Eine Diode ist im Wesentlichen ein Einwegventil für Ladung, so dass leicht in eine Richtung fließen, aber nicht so viel Strom in die entgegengesetzte Richtung fließen. Der Widerstand einer Diode ist stark abhängig von der Spannung über ihn, und dies wird im Experiment nachgewiesen werden.
Im Experiment gesammelten Daten werden verwendet werden, des Ohmschen Gesetzes in verschiedenen Schaltkreisen zu studieren.
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Procedure
Ohmsche Gesetz bezieht sich Spannung, Strom und Widerstand für ein elektrisches Bauelement oder eine Schaltung.
Spannung, V, Strom, Widerstand, R, und ich sind grundlegend für den Betrieb von allen elektronischen Geräten wie Radios, Musik-Playern und Computern sowie einfacheren elektrischen Anwendungen wie Hausleitungen, Sicherungskästen und Hausbeleuchtung. Die Schaltungen in all diesen Fällen Verhalten vorhersehbar und können aufgrund des Ohmschen Gesetzes rational gestaltet werden.
Dieses Video wird einführen Schaltung Terminologie, Symbole und Grafiken, und dann zeigen, wie eine einfache Schaltung verdrahten. Darüber hinaus wird der Strom durch eine Komponente und die Spannung über eine Komponente gemessen werden.
Die Ausgabe der ein Netzteil oder Batterie hat sowohl positive als auch negative Terminals, die jeweils hohe und niedrige Werte einer Menge genannt elektrisches Potentialdefinieren. Der Unterschied in diesem elektrisches Potential ist Spannung, gemessen in Volt. Erfahren Sie mehr über diese Terminologien finden Sie das Video auf elektrisches Potential in dieser Sammlung.
Ein Kreis ist ein Netzwerk von Komponenten miteinander verbunden, um eine bestimmte Funktion zu erfüllen. Aktuelle ist die Bewegung einer Menge pro Sekunde und wird gemessen in Ampereoder Ampere, kurz. Interessant ist, bewegen sich nur Elektronen, die negativen Ladung haben, durch Drähte in einem Kreislauf. Wegen ihrer negativen Ladung fließen die Elektronen in Richtung entgegengesetzt zu der aktuellen. Elektrischer Strom kann nur fließen durch Leitungen und Komponenten verbunden in eine komplette Schleife viel wie Wasser aktuelle aus einem Reservoir durch eine Pumpe in einem Wasserrad und zurück in das Reservoir.
Zu einem gewissen Grad behindern alle elektrischen Elemente den Stromfluss, wie der Engpass in einem Rohr, das die Strömung des Wassers reduziert. Widerstand beschreibt dieses Phänomen und wird in Ohmgemessen. Ohmsche Gesetz definiert Widerstand als Spannung über eine Komponente geteilt durch Strom durch das Bauteil.
Für Komponenten speziell Widerständegenannt ist der Widerstand näherungsweise konstant. Der Widerstand auf einer gemeinsamen Platine ist in der Regel ein kleines zylindrisches Objekt mit Bands vertreten einen Farbcode für den Widerstand. Nach dem Ohmschen Gesetz ist der Strom durch einen konstanten Widerstand direkt proportional zu der angelegten Spannung und umgekehrt proportional zum Widerstand. In Wirklichkeit erhöht den Widerstand der meisten Materialien in der Regel als Temperaturerhöhungen.
Der Widerstand einiger Geräte wie Dioden, variiert auch mit dem Betriebszustand-das heißt, Spannung und Strom-neben anderen Faktoren. Eine Diode ist ein Gerät, das erlaubt, eine sehr gute Näherung, Strom nur in eine Richtung fließen. Infolgedessen verhält er sich wie ein Einwegventil, vorbei in Richtung "vorwärts" Strom durch einen sehr geringen Widerstand und Verbot über eine extrem hohe Beständigkeit im "Rückwärtsgang."
Eine Licht emittierende Diode, auch bekannt als ein "LED", ist eine Diode, die mit dem Fluss der Durchlassstrom beleuchtet ist. Wie eine einfache Diode passieren Strom in Sperrrichtung, in welchem Fall es nicht leuchtet eine LED nicht.
Mit einer einfachen Beziehung zwischen Spannung, Strom und Widerstand, ohmsche Gesetz-häufig ausgedrückt als V gleich mal ich R-macht es möglich, eine dieser Mengen zu berechnen, wenn die beiden anderen bekannt sind.
Dieses Video zeigt, dass die Spannung über eine Komponente und der Strom durch sie leicht gemessen werden kann. Diese Experimente auch demonstrieren des Ohmschen Gesetzes in verschiedenen Schaltkreisen und veranschaulichen die Beziehung zwischen Strom und Spannung für einen Widerstand, eine Glühbirne und einer Leuchtdiode.
Die Messung Apparatur besteht aus einer Spannungssensor, ein Stromsensor, ein Netzteil, ein computergesteuertes Messsystem und die Komponenten getestet werden.
Um die Mess-Software zu laden, doppelklicken Sie auf das "ohmsche Gesetz"-Symbol auf dem Desktop des Computers. Nachdem das Programm geladen ist, wird der Bildschirm sollte eine Grafik, einer Tabelle anzeigen und in der unteren linken Ecke Boxen mit Spannungs- und Strommessungen.
Klicken Sie auf "Null" und wählen Sie "Null alle Sensoren", Versatz in das Datenerfassungssystem zu entfernen. Spannung und aktuelle Messwerte sollte Null sein, wenn die Leitungen auf den Apparat nicht mit nichts verbunden sind.
Wählen Sie die Daten, die dargestellt werden, durch Klicken auf die Achsenbeschriftung und die gewünschte Option. Deaktivieren Sie für die y-Achse nur Elemente, die nicht gezeichnet werden. Legen Sie das Diagramm zeigen aktuelle auf der y-Achse und die Spannung auf der x-Achse.
Als nächstes legen Sie den Maßstab der y-Achse auf minus 0,3 bis positive 0,3 Ampere, und legen Sie den Maßstab der x-Achse auf minus 5 bis positive 5 Volt.
Eine Widerstand-Box, die für verschiedene Werte der Widerstand eingestellt werden kann, wird im ersten Experiment verwendet, um zu beobachten, wie Strom mit Spannung einen Widerstand variiert.
Bis 100 Ohm Widerstand das Feld festgelegt. Dann Draht zusammen Netzteil, Spannung und Stromsensoren und Widerstandsdekaden wie im Schaltplan dargestellt. Legen Sie abschließend die Strom und Spannung Ausgänge des Netzteils die Maximalwerte.
Klicken Sie auf das grüne Pfeil-Icon um die Datensammlung zu starten. Reduzieren Sie langsam die Versorgungsspannung auf den minimalen Wert. Dann kehren Sie die Leitungen an der Stromversorgung und steigern Sie langsam die Spannung wieder auf den maximalen Wert. Dadurch sollte ein Diagramm der aktuellen gegen Spannung, überspannt den Bereich von-5 bis + 5 Volt. Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis die Grafik frei von Rauschen ist, dann speichern Sie die Daten zu.
Für den 100-Ohm-Widerstand ist die Handlung des aktuellen versus Spannung eine gerade Linie. Führen Sie eine lineare Anpassung an die Daten und notieren Sie die Steigung der Linie. Die Neigung sollte sehr nahe 0.0100 Amp/Volt, der Kehrwert des Widerstandes sein.
Jetzt bis 200 Ohm Widerstand das Feld festgelegt und wiederhole das Experiment um ein weiteres Grundstück von Strom und Spannung zu erhalten über den Bereich von 04:55 Volt. Diesmal sollte die Steigung sehr nahe 0.00500 Amp/Volt, wieder den Kehrwert des Widerstandes.
Für einen konstanten Widerstand besagt ohmsche Gesetz, dass Strom durch den Widerstand proportional zur angelegten Spannung und umgekehrt proportional zum Widerstand ist. Dies zeigt sich in den Daten für die 100 Ohm und 200 Ohm Widerstände.
Ersetzen Sie für das nächste Experiment Feld Widerstand durch eine kleine Glühbirne, wie in der schematischen Abbildung gezeigt. Die Spannungsregelung am Netzteil sich maximale und Datenerfassung. Langsam Spannung auf das Minimum reduzieren dann langsam Spannung wieder auf das Maximum erhöhen. Der Computer wird ein Grundstück von Strom und Spannung über den Bereich von etwa 0,7 bis + 5 Volt anzeigen.
Umkehren der Versorgung die Starkstromleitungen, stellen die Spannungsregelung auf Maximum und wiederholen Sie den Vorgang, der die Spannung auf den minimalen Wert zu reduzieren und wieder auf den Maximalwert zu erhöhen. Der Computer wird ein Grundstück von Strom und Spannung über den Bereich von etwa -0.7 bis-5 Volt anzeigen.
Die Handlung des aktuellen gegen Spannung für die Glühbirne ist nicht annähernd so linear wie bei den Widerständen. Die Grafik zeigt auch, dass im Allgemeinen der Strom bei einer bestimmten Spannung höher ist, wenn Spannung im Vergleich steigt zu was es mit der gleichen Spannung ist, wenn die Spannung sinkt.
Wenn die Spannung steigt, wird der Faden aufgewärmt. Mit einem Faden, der Kühler beginnt, sinkt des Widerstands und der Strom ist höher. Wenn die Spannung sinkt, ist der Faden von einer höheren Temperatur, Abkühlung so es einen höheren Widerstand und einen niedrigeren Strom im gleichen Arbeitspunkt hat.
Zeichnen Sie jetzt aktuelle versus Zeit anstelle von Strom und Spannung. Um dies zu tun, ändern der horizontalen Achse um Zeit zu messen.
Passen Sie die Spannung auf das Maximum, damit die Lampe hell leuchtet. Dann schalten Sie die Stromversorgung. Klicken Sie auf den grünen Pfeil um die Datensammlung zu starten und dann die Stromversorgung wieder einzuschalten.
Strom durch die Glühlampe ist hoch, sobald die Stromversorgung eingeschaltet ist, dann auf einen niedrigeren, konstanten Wert fällt. Während die Lampe ausgeschaltet ist, wird der Faden ist bei Raumtemperatur und hat einen relativ geringen Widerstand.
Wenn die Lampe zuerst eingeschaltet wird, springt der Strom auf ein hohes Niveau wegen dieser geringen Widerstand. Allerdings steigt der Widerstand des Fadens deutlich mit der Temperatur-wächst als Glühfaden erhitzt, Widerstand und Strom sinkt. Schließlich seine Temperatur stabilisiert und aktuelle ist konstant.
Legen Sie abschließend die Achse wieder aktuelle versus Spannung anzeigen und verwenden einen Leuchtdiode-ein "LED"-in Ort der Glühbirne. Der maximale Strom für gemeinsame LED beträgt rund 30 mA, so dass der Strom sorgfältig überwacht werden, muss um zu verhindern, dass die LED ausbrennen.
Verwenden Sie das Verfahren aus den vorherigen versuchen, um ein Diagramm des Stromes als Funktion der Spannung für die LED zu erhalten. Zunächst gelten Sie positiven Spannung über der LED, und passen Sie die Versorgungsspannung von Maximum auf Minimum. Dann schalten Sie den Stromversorgung führt und passen Sie die Spannung von mindestens hinten auf maximum, die Direktionalität der LED zu beobachten.
Die daraus resultierende Handlung zeigt, dass eine LED kann Strom fließen nur, wenn die Spannung positiv und größer als ein bestimmter Schwellenwert ist. Sobald die Diode "schaltet" erhöht Strom schnell zunehmender Spannung. Jedoch fließt kein Strom für negative Spannung. Dieses Verhalten zeigt, wie eine LED wirkt wie ein Einwegventil für Strom.
Elektronische Geräte sind heutzutage allgegenwärtig, und ohmsche Gesetz hat eine Rolle in jedem einzelnen dieser Gadgets.
Zum Beispiel soll die Glühbirne in eine Taschenlampe mit zwei 1,5-Volt-Batterien in Serie zu arbeiten. Daher muss eine Glühbirne mit einem geeigneten Widerstand gewählt werden, so dass die Batterien eine entsprechende Menge Strom bieten, die Lampe leuchten hell, ohne ausbrennen zu machen. Ohmsche Gesetz hilft diese Wahl der Lampe führen.
Eine weitere Anwendung des Ohmschen Gesetzes ist zur Strombegrenzung an ein bestimmtes Gerät, vielleicht um das Risiko eines elektrischen Schlages oder zum Schutz des Geräts selbst geliefert. Ohmsche Gesetz sagt uns, dass für eine gegebene Spannung, desto höher der Widerstand, desto geringer Strom. Wir können daher, indem man einen Widerstand in Reihe mit dem Gerät, begrenzen den Strom durch das Gerät und damit verhindern, dass eventuelle Schäden.
Sie habe nur Jupiters Einführung in des Ohmschen Gesetzes beobachtet. Sie sollten nun das Verhältnis zwischen der Spannung über ein elektrisches Bauelement, seine Widerstandsfähigkeit und der resultierende Strom durch, sowie die Unterschiede in das elektrische Verhalten von Widerständen, Glühbirnen und Leuchtdioden verstehen. Danke fürs Zuschauen!
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Applications and Summary
Elektronische Geräte sind heutzutage allgegenwärtig, und ohmsche Gesetz hat eine Rolle in jedem dieser Gadgets. Zum Beispiel muss eine Taschenlampe funktioniert auf zwei 1,5-Volt-Batterien in Serie (insgesamt 3 Volt), eine Glühbirne mit einer entsprechenden Widerstand, so dass die Batterien bieten einen angemessenen Betrag des aktuellen um die Lampe leuchten hell, ohne ausbrennen. Ohmsche Gesetz hilft diese Wahl der Lampe führen.
Eine weitere Anwendung ist eine drei-Wege-Glühbirne, die mit drei verschiedenen Ebenen der Helligkeit glänzen kann. Ein Weg, um solch eine Lampe soll ein einzelnes Filament, aber die Spannung in den verschiedenen Teilen davon, je nachdem, welche Helligkeit erwünscht ist. Wieder, ohmsche Gesetz spielt eine Rolle bei der Bestimmung der Bruchteil des Fadens, der die Spannung befindet, und der Widerstand des ganzen Fadens.
Eine weitere Anwendung des Ohmschen Gesetzes ist zu begrenzen den Strom an ein bestimmtes Gerät, vielleicht um das Risiko eines elektrischen Schlages oder das Gerät selbst zu schützen (hohe Ströme können zu Überhitzung und ausbrennen) geliefert. Ohmsche Gesetz sagt uns, dass für eine gegebene Spannung, desto höher der Widerstand, desto geringer die aktuelle, und so kann der Strom in einem Gerät begrenzt werden, indem man einen großen Widerstand in Serie.
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