De wet van Ohm anders

Transcriptie

1 De wet van Ohm anders Elektrische stroom gaat niet altijd even gemakkelijk door een stroomdraad. Soms gaat het zelfs erg moeilijk of bijna niet. We zeggen dan: de draad heeft een weerstand. Er moet moeite gedaan worden door de bron om stroom te vervoeren doorheen delen met een kleine geleiding en een grote weerstand. In wat volgt, trachten we te weten te komen: Wat is weerstand? Kun je dit begrip definiëren? Is dit begrip meetbaar? Wat is geleiding? Kun je dit begrip definiëren? Is dit begrip meetbaar? Wat gaan we onderzoeken? Welk verband bestaat er tussen de spanning over een weerstandsdraad en de stroomsterkte die er doorgaat? Wat hebben we nodig? Twee weerstanden 1 : R 1 = 12 Ω P m = 10 W R 2 = 47 Ω P m = 10 W OPGELET: Bereken voor de twee weerstanden m en I m. (zie ) R (Ω) m (V) I m (A) 12 11,0 0, ,7 0,46 Regelbare gelijkstroombron CBL 2, TI-83 plus Sensoren: Stroomsensor, spanningssensor Snoeren, krokodillenklemmen 1 Merk op dat weerstand gebruikt wordt in twee verschillende betekenissen: 1. Naam van de fysische grootheid. 2. Naam van het element dat men in de stroomkring kan opnemen Pagina 1 van 5

2 Hoe gaan we te werk? Proefopstelling Stel de proef op zoals voorzien in onderstaand schema. Hou rekening met de polariteiten! A R CBL 2 TI-83 V Metingen Wat?: De grootte van de geleiding door een weerstand bij verschillende spanningen. Voorbereiding: Plug de spanningssensor in CH1 en de stroomsensor in CH2 van de CBL 2. Sluit de CBL 2 aan op de TI-83 plus. Voorbereiding op de rekenmachine: Schakel je rekenmachine in en start het 3:DATAMATE programma via APPS. Kies in het hoofdprogramma 1:SETP. Kalibreer de sensoren op nul via 3:ZERO. Kies in het volgende menu voor beide sensoren en druk op ENTER Kies 1:SETP en ga dan naar Mode en druk op ENTER. Kies voor 5:SELECTED EVENTS uit het SELECT MODE menu. Kies voor 1:OK om terug in het hoofdmenu terecht te komen. Meting: 1. Kies voor START in het hoofdmenu. 2. Stel de spanning in op ongeveer 1V met de regelbare gelijkstroombron. 3. Druk op ENTER om je meetwaarden op te slaan. 4. Verhoog de spanning telkens met 1V en doe de meting nog vier maal. (dus tot 5V) Pagina 2 van 5

3 5. Druk STO om het experiment te stoppen. 6. Ga terug naar het hoofdmenu en kies SETP. 7. Kies SAVE/LOAD en typ als naam: ohm 12 in, sluit af met ENTER. Meting voor andere weerstanden: Plaats de tweede weerstand in de schakeling. Herhaal stap 1 t.e.m. 7 van Metingen. Verwerking van de meetresultaten We gaan de gegevens nu opstellen in een lijst via onze TI-83 plus. Kies 1:SETP en daarna 4:SAVE/LOAD. Kies 2:LOAD EXPERIMENT. Kies uit deze lijst de naam: ohm 12. Kies 6:QIT en druk hierna op ENTER. Druk STAT en vervolgens 1:EDIT. Je ziet nu drie kolommen: kolom 1: het nummer van de meting Kolom 2: de spanning Kolom 3: de stroomsterkte Om in de vierde en de vijfde kolom de berekening /I en I/ te zetten, volg deze stappen: Zet de cursor op L4 en druk op ENTER Geef de berekening L2 L3 Volg nu dezelfde stappen voor I/ Vul de gegevens nu in volgende tabellen. Let op: Je moet maar drie beduidende cijfers noteren. a) Voor R = 12Ω (V) I (A) /I (V/A) I/ (A/V) 1,08 0, ,6 0,0863 1,96 0,170 11,5 0,0870 2,95 0,258 11,5 0,0873 4,03 0,349 11,5 0,0870 5,02 0,436 11,5 0,0868 b) Voor R = 47Ω (V) I (A) /I (V/A) I/ (A/V) 0,997 0, ,3 0,0221 2,01 0, ,8 0,0218 3,01 0, ,4 0,0211 4,05 0, ,0 0,0217 4,99 0,109 45,8 0,0218 Pagina 3 van 5

4 Wat kunnen we besluiten? Wetenschappelijk werk: De wet van Ohm anders 1. Om deze gegevens nu duidelijk voor te stellen kunnen we ze uitzetten in een I,- grafiek. Volg deze stappen voor het gewenste beeld. Ga naar het hoofdmenu in DATAMATE Kies 1:SETP en daarna 4:SAVE/LOAD Kies 2:LOAD EXPERIMENT Kies uit deze lijst de naam: ohm 12 en ga terug naar het hoofdmenu Kies 3:GRAPH Kies in het menu CH2 vs. CH1 en druk op ENTER Voor R = 12Ω Voor R = 47Ω Je kan nu met de pijltjestoetsen de verscillende meetpunten overlopen Wat kan je uit deze grafiek besluiten? De I()-grafiek is een rechte door de oorsprong. 2. Trek op het rooster een rode verticale lijn op het punt van 2,5 V en noteer de stroomsterkten die de drie weerstanden doorlaten bij een spanning van 2,5V. Verklaar aan de hand van de resultaten waarom het quotiënt I/ gedefinieerd wordt als de geleiding. Voor een constante spanning (5V) geldt: I1 > I2 => I1 > I2 => De verhouding I is groter als voor een constante er meer stroom door de weerstand vloeit en dus de geleidbaarheid groter is. I is de geleidbaarheid (=G). Pagina 4 van 5

5 Een woordje uitleg Wetenschappelijk werk: De wet van Ohm anders In een geleider met weerstand R waardoor een stroom I loopt, wordt in een tijdsverloop t een hoeveelheid warmte Q w geproduceerd gelijk aan: Q w = R. I². t Het vermogen is de verhouding van de energie die wordt omgezet tot de tijd t, tijdens dewelke deze energieomzetting plaatsvindt. In de weerstand wordt energie omgezet in warmte. Dus (P = Q w / t) noemen we P m het maximaal gedissipeerd vermogen, m de toegelaten maximumwaarde voor de aangelegde spanning en I m de toegelaten waarde voor de doorgelaten stroomsterkte, dan gelden volgende betrekkingen: m = (P m. R) ½ I m = (P m / R) ½ Waarom moeten we nu I m, m berekenen? Je kunt het misscien voelen. Hoe meer stroom je door de weerstand laat vloeien, hoe warmer deze weerstand wordt. Wanneer nu de temperatuur van deze weerstand te groot wordt geldt de wet van Ohm niet meet omdat de verhouding /I niet meer constant is. I m en m geven de maximum waarden weer die we mogen hanteren bij het uitvoeren van deze proef. (zie toepassing 2) Toepassingen Er wordt heel vaak gebruik gemaakt van de wet van Ohm. Als we een LED (light emitting diode: een lichtgevend voorwerp dat bijvoorbeeld gebruikt wordt in een computer : de lichtjes van je toetsenbord of van je scherm zijn diodes) willen aansluiten op een batterij, moeten we kijken dat we een niet te grote stroom door de LED laten vloeien. Hier kunnen we dan de wet van Ohm gebruiken door in serie met deze LED een weerstand te plaatsen. Dat de wet van Ohm niet altijd geldig is, kunnen we ook op een eenvoudige manier bewijzen. In een koffiezet is het de bedoelding dat de weerstand warm wordt, zodat het water wordt opgewarmd. Je hebt waarschijnlijk al gemerkt dat wanneer we een grote stroom door de weerstand laten vloeien, deze warm wordt. Wanneer we nu een grotere stroom dan de maximum toegelaten stroomsterkte door de weerstand laten vloeien wordt de weerstand in de koffiezet ook warm. Het materiaal waaruit de weerstand van een koffiezet is opgebouwd heeft een ander kenmerk dan de weerstanden van onze proef. Het zijn materialen waarvan de weerstand temperatuursafhankelijk is. De wet van Ohm geldt enkel voor weerstanden waaraan de weerstandswaarde onafhankelijk is van de temperatuur. Pagina 5 van 5