Měření elektrického proudu

Úkol: Naučit se používat ampérmetr, objevit zákony proudu v obvodech.

Vybavení: Zdroj stejnosměrného napětí 4,5 V, digitální ampérmetr, rezistory 10 Ω, 56 Ω, 100 Ω a 470 Ω, žárovka, tlačítko, vodiče.

1) Měření proudu v obvodu

Změřte elektrický proud v obvodu s rezistorem o odporu 10 Ω. Měření opakujte se zbývajícími rezistory. Tlačítko držte stisknuté vždy jen po dobu měření.

2) Elektrický proud v sériovém obvodu

Změřte elektrický proud v naznačených místech.

Z měření vyvoďte pravidlo pro velikost proudu v sériovém obvodu.

3) Elektrický proud v paralelním obvodu

Změřte elektrický proud v různých částech rozvětveného obvodu.

Z měření vyvoďte pravidlo pro proudy v paralelním obvodu.

Otázky:

Experiment 1: Jak ovlivňuje odpor hodnotu proudu v obvodu? Dá se pomocí naměřených výsledků dokázat, že jde o nepřímou úměrnost?

Experiment 2: Jak je možné, že proud teče a žárovka nesvítí?

Experiment 3: Jak ovlivňuje odpor větve hodnotu proudu? Jaký je odpor vlákna žárovky při změřené hodnotě proudu \(I_3\)?

Poznámky pro učitele

Před tímto praktikem doporučujeme se žáky projít motivační aktivitu Pojďme zapojovat!.

Hlavním cílem laboratorní úlohy je naučit se měřit ampérmetrem. Abychom měřili něco užitečného, zkoušíme objevit zákony proudu v obvodech. Někdo ověřuje znalosti ze ZŠ, někdo objevuje.

Jako zdroj je možné použít též akumulátor 6 V nebo stabilizovaný zdroj a odpovídající žárovku.

Časová náročnost: dvouhodinovka (90 min)

Měření elektrického napětí

Úkol: Naučit se používat voltmetr, objevit zákony pro napětí v obvodech.

Vybavení: Zdroj stejnosměrného napětí 4,5 V, digitální voltmetr, rezistory 56 Ω, 100 Ω, 220 Ω a 470 Ω, vodiče.

1) Napětí na zdroji

Změřte napětí na zdroji \(U_{AB}\) a \(U_{BA}\). Zformulujte obecné pravidlo, jak se zapojuje voltmetr, aby ukazoval kladnou hodnotu.

2) Napětí v sériovém obvodu

Změřte napětí \(U_{AD}\) na zdroji zapojeném v obvodu a napětí na spotřebičích \(U_{AB}\), \(U_{BC}\), \(U_{CD}\). Z měření vyvoďte pravidlo pro napětí v sériovém obvodu.

Na základě těchto výsledků vypočítejte \(U_{BD}\) a \(U_{CA}\) a výpočet ověřte experimentálně.

3) Napětí v paralelním obvodu

Změřte napětí \(U_{AP}\) na zdroji a napětí na spotřebičích \(U_{BQ}\), \(U_{CR}\), \(U_{DS}\). Z experimentu vyvoďte pravidlo pro napětí v paralelním obvodu.

Z předchozího vypočítejte napětí \(U_{BR}\) a \(U_{PD}\) a výsledek ověřte voltmetrem.

Rozšiřující otázky:

Pomocí dokumentace k voltmetru určete chyby měření napětí ve druhém experimentu. Je vaše pravidlo splněno v mezích chyb měření?

Pokuste se najít matematickou souvislost mezi hodnotami napětí a odpory rezistorů použitými ve druhém experimentu.

Poznámky pro učitele

Dá se v pohodě stihnout za 1 hodinu (45 min)

Měrný odpor brambory

Úkol: Změřit měrný odpor brambory.

Vybavení: Hlíza brambory, pravítko, nůž, dva kusy plechu, voltmetr, ampérmetr, plochá baterie a spojovací vodiče.

Měrný odpor není vlastností pouze kovů, má smysl jej zavést pro všechny vodivé materiály. Kovy mají navíc velmi malý měrný odpor, který se vcelku obtížně určuje. Proto si proměříte hlízu brambory.

Postup měření:

1) Z brambory vyřízněte kvádr a změřte jeho rozměry.

2) Ke kvádru přiložte plechy – po celou dobu měření je musíte držet pevně přitlačené.

3) Sestavte obvod podle schématu

4) Změřte napětí na vzorku brambory a proud, který jím protéká. Vypočítejte odpor vzorku. Z rozměrů kvádru určete měrný odpor brambory.

Otázky:

1. Jaký měrný odpor vyjde, pokud kvádr brambory mezi plechy otočíte na jinou stranu?
2. Jak vyjde měření pro jiné homogenní vzorky ovoce nebo zeleniny (jablko, okurka, kedluben…)?
3. Porovnejte měrný odpor brambory s měrnými odpory kovů. Určete, jaký odpor by měl spojovací vodič, který jste použili k připojení baterie, kdyby byl vyrobený z brambory (pokud by to bylo technicky možné).
4. Zjistěte, proč je hlíza brambory vodivá.

Poznámky pro učitele

Oba použité plechy musí být ze stejného kovu, jinak se soustava bude chovat jako galvanický článek.

Pokud nemáte k dispozici obdélníky plechu, stačí obalit obdélníky kartonu alobalem.