Построение вольт-амперной характеристики проводника

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ.Получить представление о том, что такое вольт-амперная характеристика физического прибора. Научиться строить и читать вольт-амперную характеристику.

2. ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ. Макетная плата, миллиамперметр, вольтметр, источник тока, резистор, лампа накаливания, соединительные провода.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Зависимость между силой тока I в участке цепи, приложенным к нему напряжением U и сопротивлением R этого участка определяется законом Ома:

. (1)

Такой способ выражения зависимости называется аналитическим. Но существует и другой способ – графический. Строится график зависимости силы тока I от напряжения U. Этот график называется вольт-амперной характеристикой прибора, сокращенно ВАХ. Такой способ представления зависимости является более наглядным. Но это при условии, что Вы умеете читать вольт-амперную характеристику прибора. ВАХ дает представление об особенностях прибора, с ее помощью можно определять ряд параметров прибора, например, сопротивление R прибора. Если сопротивление прибора является постоянной величиной, не зависит от силы тока и напряжения, то зависимость (1) является линейной, ВАХ представляет собой прямую линию, тангенс угла наклона которой обратно пропорционален сопротивлению прибора. Но чаще всего эта зависимость у физических приборов оказывается более сложной, например, у лампы накаливания.

Для построения ВАХ необходимо измерять значения силы тока I, соответствующие различным значениям приложенного напряжения U. Для удобства показания измерительных приборов (амперметра и вольтметра) заносят в специальную таблицу, а по ним строят график: в выбранных масштабах по горизонтальной оси откладывают значения напряжения U, а по вертикальной оси – соответствующие значения силы тока I. Полученные точки соединяют плавной линией. Разброс точек относительно плавной линии должен быть симметричным. Такой разброс объясняется неизбежными инструментальными ошибками при измерении тока и напряжения. Чем больше ошибки, тем больше разброс точек.

РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

4.1. Собрать электрическую цепь согласно схемы, представленной на рис.1. Физический прибор (резистор, лампа накаливания, диод) выдается лаборантом. Реостат служит для изменения напряжения на исследуемом физическом приборе.

4.2. Измерьте напряжение U, приложенное к прибору, и силу тока I, протекающего через прибор. Напряжение меняйте с определенным шагом (по указанию лаборанта), перемещая ползунок реостата. Результаты измерений записать в таблицу 1.

Таблица 1.

U, В
I, мА
R, Ом

4.3. Постройте ВАХ физического прибора. Масштаб выбирается такой, чтобы координаты экспериментальных точек легко определялись, максимальные значения тока и напряжения находились на концах осей. Длина осей по горизонтали (ось напряжений) – не менее 10 см, по вертикали (ось токов) – не менее 8 см. График должен занимать примерно половину страницы лабораторного журнала.

4.4. Используя закон Ома, рассчитайте сопротивление R для каждого измеренного значения напряжения U, полученные значения занесите в таблицу 1. Постройте график зависимости R(U). Придерживайтесь правил построения графиков, изложенных в пункте 4.3.

ВЫВОД

В выводе сделайте анализ полученной ВАХ прибора, полученной зависимости R(U).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

6.1. Каким прибором измеряется сила тока, протекающего через элемент электрической цепи? Как этот прибор включается относительно данного элемента?

6.2. Каким прибором измеряется напряжение, приложенное к элементу электрической цепи? Как этот прибор включается относительно данного элемента?

6.3. Сформулируйте закон Ома для однородного участка электрической цепи.

6.4. Объясните назначение отдельных элементов электрической цепи, используемой в данной лабораторной работе.

6.5. Что такое ВАХ физического прибора?

6.6. Как, используя ВАХ, можно определить какой ток будет протекать через физический прибор при данном напряжении?

6.7. Как, используя ВАХ, можно определить сопротивление физического прибора при данном значении напряжения, при данном значении силы тока?

6.8. Какой вид имеет ВАХ физического прибора, сопротивление которого постоянно?

6.9. Какой вид имеет ВАХ физического прибора, сопротивление которого монотонно возрастает с увеличением тока?

6.10. Какой вид имеет ВАХ физического прибора, сопротивление которого монотонно убывает с увеличением тока?

Лабораторная работа №7