1.     Część teoretyczna

a) Prawo Ohma

W skrócie prawo Ohma głosi, że natężenie jest wprost proporcjonalne do przyłożonego napięcia w danym przewodniku. odwrotnością współczynnika proporcjonalności jest R – opór, który jest własnością materiału. Jest on obliczany poprzez wzór: , gdzie L jest długością danego elementu, S – polem jego przekroju poprzecznego, a ρ – rezystywnością materiału.

b) Kondensator

Kondensator to element elektryczny (elektroniczny) zbudowany z dwóch przewodników (okładzin) rozdzielonych dielektrykiem.

Doprowadzenie napięcia do okładzin kondensatora powoduje zgromadzenie się na nich ładunku elektrycznego. Jeżeli kondensator jako całość nie jest naelektryzowany, to cały ładunek zgromadzony na jego okładkach jest jednakowy, ale przeciwnego znaku. Kondensator charakteryzuje pojemność określająca zdolność kondensatora do gromadzenia ładunku: , gdzie Q – ładunek zgromadzony na jednej okładce, U – napięcie między okładkami. Jednostką pojemności są [F] Farady. W rzeczywistości stosujemy mniejsze jednostki: uF, nF, pF

c) Mostek Wheatsone’a

Mostek ten służy do pomiaru rezystancji nieznanego opornika.

Metoda mostka Wheatsone’a należy do metod zerowych, co znaczy, że w stanie zrównoważenia przez daną gałąź nie płynie prąd. W tym wypadku Uwy = 0 w przypadku ustalenia stanu równowagi. W tej gałęzi należy umieścić czuły galwanometr, dzięki któremu zminimalizujemy błąd pomiaru.

Warunkiem równowagi tego mostka jest:

Zazwyczaj, stosunek oporników R3 do R4 może być ustawiany na jedną z następujących wartości: 0,01; 0,1; 1; 10; itd., co umożliwia zmianę zakresu mostka. Wartość rezystancji opornika R2 może być płynnie regulowana tak, aby osiągnąć stan równowagi mostka. Zatem znając wartości rezystancji R2, R3 i R4 można dokładnie wyznaczyć nieznaną wartość rezystancji Rx.

d) Mostek Thomsona

Mostek Thomsona podobnie, jak poprzedni służy do pomiaru rezystancji opornika.

Metoda pomiaru jest również metodą zerową.

Jeśli na Uwy mierzone galwanometrem napięcie wyniesie 0, wtedy możemy obliczyć wartość rezystancji Rx, która wynosi

Staramy się, aby wartość R dążyła do zera, dzięki czemu warunkiem równowagi staje się: , co jest analogiczne do mostka Wheatsone’a.

2.     Zadanie

Obliczyć Rz układu, oraz wynik wskazania amperomierza i woltomierza dla napięcia U=16V między A i B

3.     Ćwiczenie, wyniki pomiarów, obliczenia

Ćwiczenie polega na zbadaniu rezystancji dwóch oporników dwoma metodami. Pierwsza metoda jest pokazana na rysunku pierwszym, a druga na następnym:

Wyniki pomiarów:

1)                            

2)                            

3)              

4)              

4.     Wnioski

Wybór metody pomiaru oporu musi być uzależniony od rzędu wielkości oporu z jakim mamy doczynienia. Nie ma metody dobrej, uniwersalnej – ważny jest dobór metody ODPOWIEDNIEJ.  Metoda 1. jest odpowiednia tylko dla małych oporów, natomiast metoda 2. odpowiedniejsza jest dla rezystorów o dużym oporze. Jest to związane z umieszczeniem w obwodzie woltomierza i amperomierza, które mogą zmienić wartość pomiaru. Widzimy to szczególnie w przypadku podłączenia opornika 2Ω: w metodzie 1. błąd jest stosunkowo mały w porównaniu z błędem w 2. metodzie, gdzie wyniósł on ponad 100%. Jest to związane z tym, iż opór amperomierza był tego samego rzędu co opór rezystora, przez co amperomierz wpłynął znacząco na wynik pomiaru.

Natomiast przy pomiarze oporu rezystora 50 kΩ błąd w obu przypadkach jest porównywalny. Tutaj na wynik pomiaru mógł mieć wpływ woltomierz, ponieważ jego opór był porównywalny z badanym rezystorem, przez co prąd się rozdzielił w miarę równomiernie na obie gałęzie. Z założenia tej metody większość prądu powinna przepłynąć przez amperomierz, w przeciwnym razie powinniśmy spodziewać się błędu pomiaru. Jednak błąd w obu przypadkach jest podobny z czego możemy stwierdzić błąd odczytu wskazania amperomierza, lub możemy powiedzieć, że opór woltomierza jest większy od 50 kΩ