Электроника:Эксперименты/Основные концепции и испытательное оборудование/Закон Ома

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 648.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Закон Ома[1]

Оборудование и материалы

  • Калькулятор (или карандаш + бумага для выполнения арифметических действий)
  • 6-вольтовая батарея
  • Ассортимент резисторов номиналом от 1 кОм до 100 кОм

Я намеренно ограничиваю значения сопротивления между 1 кОм и 100 кОм, чтобы получить точные показания напряжения и силы тока с помощью вашего измерителя.

При чересчур низких значениях сопротивления внутреннее сопротивление амперметра оказывает существенное влияние на точность измерения.

Очень высокие значения сопротивления могут вызвать проблемы при измерении напряжения, поскольку внутреннее сопротивление вольтметра существенно изменяет сопротивление цепи, когда он подключён параллельно с резистором высокого номинала.

При рекомендованных значениях сопротивления небольшая погрешность измерения из-за воздействия самого измерителя всё же будет иметь место, но не настолько, чтобы вызвать серьёзные расхождения с расчётными значениями.

Ссылки по теме

  • «Уроки по электрическим цепям», том 1 «Постоянный ток», глава 2: «Закон Ома»

Цели эксперимента

  • Использование вольтметра
  • Использование амперметра
  • Использование омметра
  • Использование закона Ома

Принципиальная схема

Рис. 1. Схематическая диаграмма: источник питания, последовательный амперметр, резистор, параллельный вольтметр.
Рис. 1. Схематическая диаграмма: источник питания, последовательный амперметр, резистор, параллельный вольтметр.

Иллюстрации

Рис. 2. Иллюстрация: источник питания, последовательный амперметр, резистор, параллельный вольтметр (+ клеммник для сборки всей цепи).
Рис. 2. Иллюстрация: источник питания, последовательный амперметр, резистор, параллельный вольтметр (+ клеммник для сборки всей цепи).

Ход эксперимента

Выберите резистор из ассортимента и измерьте его сопротивление с помощью мультиметра, настроенного на соответствующий диапазон сопротивления.

Не держитесь руками за клеммы резистора при измерении сопротивления, иначе сопротивление вашего тела повлияет на результаты измерения!

Запишите это значение сопротивления для использования в будущем. Соберите схему с одной батареей и одним резистором.

На рисунке 2 выше показана клеммная колодка, но цепь можно собрать и любым другим способом (например, с помощью беспаечной макетной платы).

Установите мультиметр на соответствующий диапазон напряжения и измерьте напряжение на резисторе, когда он питается от батареи.

Запишите это значение напряжения вместе с ранее измеренным значением сопротивления.

Установите мультиметр на самый высокий доступный диапазон тока. Разомкните цепь и подключите амперметр внутри этого разрыва, чтобы он стал частью цепи последовательно с батареей и резистором.

Выберите наилучший диапазон для тока: тот, который даёт самые крупные показания счётчика, не выходя за его пределы.

Если ваш мультиметр имеет автоматический выбор диапазона, само собой, вам не придётся заморачиваться с настройкой диапазонов.

Запишите это значение силы тока вместе с ранее записанными значениями сопротивления и напряжения.

Взяв измеренные значения напряжения и сопротивления, используйте уравнение закона Ома для расчёта тока цепи. Сравните расчётное значение с измеренным значением силы тока в цепи:

Рис. 3. Формула закона Ома (выраженного через силу тока) для сравнения расчётных данных с результатами измерений.
Рис. 3. Формула закона Ома (выраженного через силу тока) для сравнения расчётных данных с результатами измерений.

Взяв измеренные значения напряжения и силы тока, используйте уравнение закона Ома для расчёта сопротивления цепи.

Сравните это расчётное значение с измеренным значением сопротивления цепи:

Рис. 4. Закон Ома, выраженный через сопротивление.
Рис. 4. Закон Ома, выраженный через сопротивление.

Наконец, взяв измеренные значения сопротивления и силы тока, используйте уравнение закона Ома для расчёта напряжения в цепи.

Сравните это расчётное значение с измеренным значением напряжения цепи:

Рис. 5. Закон Ома, выраженный через напряжение.
Рис. 5. Закон Ома, выраженный через напряжение.

Должно быть точное соответствие между всеми измеренными и всеми расчётными цифрами.

Любые различия в соответствующих значениях напряжения, силы тока или сопротивления, скорее всего, связаны с погрешностями, которые выдают сами измерительные приборы.

Эти различия должны быть достаточно небольшими, не более нескольких процентов. Некоторые измерители, конечно, более точны, чем другие!

Меняйте в цепи резистор на другие (из имеющегося ассортимента) и повторите все измерения для сопротивления, напряжения и силы тока.

Пересчитайте эти цифры и проверьте их соответствие экспериментальным данным (измеренным величинам).

Также обратите внимание на простую математическую взаимосвязь между изменениями номинала резистора и изменениями силы тока в цепи.

Напряжение должно оставаться примерно одинаковым для любого размера резистора, вставленного в цепь, потому что по своей природе батарея поддерживает напряжение на постоянном уровне.

См.также

Внешние ссылки