Электроника:Эксперименты/Основные концепции и испытательное оборудование/Нелинейное сопротивление

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: 656.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Нелинейное сопротивление[1]

Оборудование и материалы

  • Калькулятор (или карандаш и бумага для выполнения арифметических действий)
  • 6-вольтовая батарея
  • Лампа накаливания низкого напряжения (номер в каталоге Radio Shack 272-1130 или аналог)

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
  • Ясное понимание того, что некоторые сопротивления нестабильны!
  • Освоение научного метода

Принципиальная схема

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

Измерьте сопротивление лампы мультиметром. Показатель сопротивления обусловлен тонкой металлической «нитью накала» внутри лампы.

Сопротивление нити значительно больше, чем у перемычки, но меньше, чем у любого из резисторов из предыдущего эксперимента. Запишите это значение сопротивления для использования в будущем. Соберите схему с одной батареей и одной лампой.

Установите мультиметр на соответствующий диапазон напряжения и измерьте напряжение на лампе, когда она включена (горит). Запишите это значение напряжения вместе с ранее измеренным значением сопротивления. Установите мультиметр на самый высокий доступный диапазон тока. Разомкните цепь и подключите амперметр внутри разрыва, чтобы он стал частью цепи последовательно с батареей и лампой.

Выберите наилучший диапазон тока: тот, который даёт самые крупные показания счётчика, не выходя за его пределы. Если ваш мультиметр имеет автоматический выбор диапазона, ясное дело, вам не надо заморачиваться с настройкой диапазонов.

Запишите полученное значение силы тока вместе с ранее записанными значениями сопротивления и напряжения. Взяв измеренные значения напряжения и сопротивления, используйте уравнение закона Ома для расчёта силы тока цепи. Сравните данное расчётное значение с измеренным значением силы тока 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.

Что вы должны обнаружить, так это заметную разницу между измеренной силой тока и расчётной: расчётное значение намного больше. Отчего так? Чтобы было интереснее, попробуйте ещё разок измерить сопротивление лампы, на этот раз с помощью измерителя другой модели.

Вам нужно будет отключить лампу от цепи батареи, чтобы получить показания сопротивления, потому что напряжения вне мультиметра мешают измерению сопротивления. Это общее правило, которого всегда нужно придерживаться: измеряйте сопротивление только на обесточенном компоненте!

При использовании другого омметра лампа, вероятно, зарегистрирует другое значение сопротивления. Обычно аналоговые измерители дают более высокие показания сопротивления лампы, чем цифровые.

Это поведение сильно отличается от поведения резисторов в предыдущем эксперименте. Задайтесь вопросом: почему? Какие факторы могут влиять на сопротивление нити накала лампы, и как эти факторы могут различаться в условиях освещения и без освещения или между измерениями сопротивления, выполненными с помощью различных типов измерителей?

Эта задача является хорошим тестом для применения научного метода. Как только вы обдумаете возможную причину изменения сопротивления лампы при включённом и выключенном состоянии, попробуйте воспроизвести причину, вызванную другими способами.

Например, если вы считаете, что сопротивление лампы может изменяться при воздействии на неё света (собственного света при включении) и что это объясняет разницу между измеренным и рассчитанным током в цепи, попробуйте подвергнуть лампу воздействию внешнего источника света при измерении его сопротивления. Если вы увидите существенное изменение сопротивления в результате воздействия света, то ваша гипотеза имеет доказательную базу.

Если нет, то ваша гипотеза опровергнута, и за изменение тока в цепи должна быть ответственна иная причина.

См.также

Внешние ссылки