Залежність сили струму від напруги на ділянці кола та від опору цієї ділянки. Закон Ома для ділянки кола постійного струму

1.

Підготуйте необхідне для виконання експериментів обладнання та переконайтеся у його справності.Інформацію про комплектацію набору EdPro Amperia та інструкцію з його використання можна знайти за посиланням: https://amperia.edpro.ua/instruction.

2.

Роздрукуйте роздаткові матеріали для учнів відповідно до кількості робочих груп. Набір EdPro Amperia призначений для роботи групи з 4-х учнів.Роздаткові матеріали з лабораторної роботи можна завантажити, натиснувши на кнопку "МАТЕРІАЛИ ДЛЯ УЧНІВ".

3.

Перед початком практичної роботи нагадайте учням основні поняття та закони до цієї теми, а також ознайомте їх з технікою безпеки.

Для металів, електролітів та напівпровідників, за постійної температури, сила струму прямо пропорційна прикладеній напрузі. Тобто, графік залежності струму I від напруги U (вольт-амперна характеристика) — пряма, що проходить через початок координат.Цей закон не виконується для газів або за великих напруг.

Де R1 та R2 — Вольт-амперні характеристики резисторів.Таким чином, закон Ома для ділянки кола:

Де I — сила струму, U — напруга, R — електричний опір.

В системі СІ одиницями напруги, струму та опору є, відповідно: В — вольт, А — ампер, Ом (або Ω) — ом.Один ом — це опір провідника, через який протікає струм 1 ампер, якщо до нього прикласти напругу 1 вольт.Назви одиниць пишуть з малої літери, а самі одиниці — з великої.Приклади: "Одиницею опору є ом", "Струм вимірюється в амперах", але "Опором 1 Ом", "Сила струму 1 А".Поміж фізиків популярний жарт: справжня слава для фізика — це коли в підручниках його прізвище пишуть з малої літери.

Це пасивний лінійний елемент електричних схем із певним електричним опором. Використовується для обмеження електричного струму, лінійного перетворення струму в напругу і навпаки, перетворення електричної енергії тощо. Для наших цілей у цій роботі опір еквівалентний довгому провіднику.

Для вимірювання струму використовується амперметр, напруги — вольтметр, опору — омметр:

Амперметр потрібно під'єднувати у коло з опором, в якому вимірюють силу струму. Його опір має бути мінімальним, щоб мінімізувати зміну струму, який він вимірює.Ідеальний амперметр має опір RA ід = 0, або RA << R, де R — опір провідників у колі.Вольтметр підключають до точок, між якими вимірюють напругу, тобто, паралельно до елементів кола. Його опір має бути дуже великим.Ідеальний вольтметр має безмежний опір, RV ід = ∞Омметр — прилад для вимірювання опору.Комбінований вимірювальний пристрій, який здатен вимірювати струм, напругу, опір, називають мультиметром. Деякі мультиметри також можуть вимірювати інші величини: ємність, індуктивність, частоту тощо.

Відносні похибки вимірювання (δI для амперметра та δU для вольтметра) можна знайти в документації на вимірювальні прилади. Для електровимірювальних приладів там часто вказують клас точності. Опір розраховується за формулою:

Тоді відносна похибка для R:

Де δI та δU — відносні похибки вимірювання струму та напруги, відомі із документації.Для прикладу, абсолютна похибка розраховується як:

Абсолютну похибку можна визначити безпосередньо, але цей спосіб є менш зручним для обчислення:

Розрахунок похибки є доволі тривалим процесом, але без неї саме значення виміру позбавлене сенсу.Лише у випадку, коли, крім значення тієї чи іншої фізичної величини, відома її похибка, можна проводити якісь порівняння, перевірку законів фізики тощо. Детальніше про похибки та роботу із ними можна дізнатися за посиланням: https://amperia.edpro.ua/labs/me

2.

Якщо є лише один мультиметр, в ролі вольтметра можна використовувати блок живлення:

Детальніше роботу із блоком живлення описано в інструкції: https://amperia.edpro.ua/instruction

3.

Альтернативою є перемикання вимірювального приладу між двома позиціями. Потенційно такий спосіб дає більшу точність, ніж використання блоку живлення як вольтметра. Однак, педагогічна цінність видається меншою — може губитися усвідомлення учнями одночастності вимірювання струму та напруги.

Такий підхід дозволяє наочно демонструвати учням певні явища в умовах обмеженого часу.
Точність вимірювання струму приладом гірша за точність мультиметра, однак достатня для виконання шкільних експериментів.