ELEKTRYCZNOŚĆ · KARTA DYDAKTYCZNA
Opornik i prawo Ohma
Kiedy natężenie prądu jest proporcjonalne do napięcia?
Temat w archiwum: 01.03.2011. Raport: wyznaczanie oporu elektrycznego opornika. Poniższa procedura jest współczesnym opracowaniem dydaktycznym; nie stanowi zapisu przebiegu ani wyników konkretnej lekcji.
Cel dydaktyczny
Rozpoznać liniową zależność I(U) i wyznaczyć opór z pomiarów.
Pytanie badawcze
Czy dwukrotne zwiększenie napięcia daje dwukrotnie większe natężenie?
Przykładowa hipoteza
Dla opornika o stałej temperaturze I będzie proporcjonalne do U.
Aparatura
- Zestaw SONDa do elektryczności
- Opornik, przewody, pomiar napięcia i natężenia
- Izolowane szkolne źródło z ograniczeniem prądu, zgodne z instrukcją zestawu
Konfiguracja pomiarowa
Amperomierz włączamy szeregowo z badanym opornikiem. Woltomierz łączymy równolegle z opornikiem. Nauczyciel sprawdza obwód przed włączeniem zasilania.
Przebieg doświadczenia
- Wybierz z nauczycielem zakresy i dopuszczalne obciążenie opornika.
- Zmieniaj napięcie małymi krokami; zapisuj pary U oraz I po ustabilizowaniu wskazań.
- Powtórz kilka pomiarów, dbając o małe nagrzewanie.
- Przed zmianą połączeń wyłącz zasilanie.
Wielkości i kontrola warunków
Mierzone: U [V], I [A]. Zmieniane: napięcie. Kontrolowane: opornik, temperatura, połączenia i zakresy mierników.
Opracowanie wyników
Sporządź wykres I(U). Dopasuj prostą do punktów z uwzględnieniem niepewności. Opór wyznacz z odwrotności nachylenia; porównaj z U/I dla poszczególnych punktów.
Zależności fizyczne i jednostki
I = U / R
R = U / I; [R] = Ω = V/A
Nachylenie wykresu I(U): a = 1/R
Interpretacja wykresu
Prosta bliska przejściu przez początek układu potwierdza zgodność z modelem w zbadanym zakresie. Na wykresie U(I) nachylenie oznacza R, a nie 1/R.
Jak sformułować wniosek
Wniosek formułujemy dopiero po analizie punktów i niepewności. Odchylenia mogą wynikać z nagrzewania lub wpływu mierników.
Pytania problemowe
- Jak odróżnić wpływ temperatury od błędu podłączenia?
- Dlaczego nie łączymy amperomierza równolegle do źródła?
Ograniczenia
Nie znamy dokładności ani zakresów konkretnego szkolnego egzemplarza. Niepewności trzeba odczytać z instrukcji i wskazań urządzenia.
Bezpieczeństwo
Nie przekraczaj mocy opornika ani ograniczeń zestawu. Nie zwieraj źródła. Układ wyłącznie pod nadzorem nauczyciela; bez łączenia z siecią energetyczną.
Źródła i status opracowania
Historyczny punkt odniesienia: dzienniki i raporty z lat 2011–2012. Zależności fizyczne i możliwości rodziny aparatury sprawdzono w poniższych źródłach. Nowe pytania, hipotezy i organizacja pracy są propozycją dydaktyczną.