Sbírka fyzikálních pokusů

Voltampérová charakteristika rezistoru

Pokus číslo: 2085

• Cíl pokusu

  Pokus ukazuje závislost napětí na proudu (voltampérovou charakteristku) pro rezistor a souvislost mezi grafem VA charakteristiky a odporem rezistoru.

• Teorie

  Podle Ohmova zákona je proud tekoucí rezistorem přímo úměrný napětí na koncích rezistoru:

  \[I=\frac{1}{R}U,\tag{1}\]

  kde R je odpor rezistoru.

  V experimentu budeme měřit závislost napětí na proudu. Z Ohmova zákona plyne, že tato závislost je lineární, konstantou úměrnosti je odpor rezistoru:

  \[U=R\cdot I\tag{2}\]

  Pozn.: Jako voltampérová cahrakteristika bývá obvykle označována závislost proudu na napětí. V našem případě je ale vhodnější vynést do grafu závislost napětí na proudu, protože z té lze přímo vyčíst odpor rezistoru.

• Pomůcky

  • proměnný zdroj stejnosměrného napětí do přibližně 6 V nebo zdroj konstantního napětí do 10 V a reostat cca 100 Ω
  • několik rezistorů s odporem přibližně 50-500 Ω
  • ampérmetr, voltmetr
  • spojovací vodiče, krokosvorky

  Poznámka: V našem měření byl využit digitální ampérmetr a voltmetr firmy Vernier, samozřejmě lze ale použít i libovolné multimetry.

  

• Postup

  1. Zapojíme schéma podle obrázku – ke zdroji připojíme sériově rezistor a ampérmetr, paralelně k rezistoru zapojíme voltmetr.

  

  2. Postupně měníme napětí na zdroji a odečítáme hodnoty napětí a proudu.

  3. Naměřené hodnoty vyneseme do grafu závislosti napětí na proudu.

  4. Vyměníme rezistor za jiný a měření opakujeme. Naměřené hodnoty vyneseme do stejného grafu.

• Vzorový výsledek

  Naměřené grafy pro rezistory označené 50, 100 Ω, 200 Ω a 500 Ω jsou na obrázku 3.

  

  Z grafu je na první pohled vidět, že závislost napětí na proudu je pro rezistor lineární, což souhlasí s Ohmovým zákonem. Stejně tak je z grafu zřejmé, že rezistory s větším odporem mají závislost strmější – konstanta úměrnosti odpovídá odporu rezistoru.

  Ověření naměřených hodnot:

  Vzhledem k tomu, že rozdíly mezi reálnou a deklarovanou hodnotou odporu mohou být (zvlášť u školních sad) poměrně velké, je vhodné reálnou hodnotu odporu přeměřit ohmmetrem. V našem případě vychází:

  • 46,9 Ω pro odpor označený 50 Ω (modrá křivka v grafu, směrnice 46,8 Ω)
  • 99,5 Ω pro odpor označený 100 Ω (červená křivka v grafu, směrnice 99,1 Ω)
  • 220 Ω pro odpor označený 200 Ω (fialová křivka v grafu, směrnice 224 Ω)
  • 470 Ω pro odpor označený 500 Ω (zelená křivka v grafu, směrnice 477 Ω)

  Naměřené hodnoty úměrnosti v grafu tak dobře odpovídají hodnotám naměřeným ohmmetrem, ale ne deklarovaným hodnotám odporu.

• Metodické poznámky

  Je vhodné, aby si studenti uvědomili souvislost strmosti polopřímky v grafu s hodnotou odporu daného rezistoru. Z tohoto důvodu je dobré provést experiment s několika rezistory s různým odporem, případně nechat studenty určit odpor „neznámého rezistoru“.

  Na experiment navazuje Voltampérová charakteristika žárovky, který lze využít jako problémovou úlohu v badatelské výuce.

• Technické poznámky

  Pokud nemáme k dispozici zdroj proměnného napětí, zapojíme ke zdroji konstantního napětí reostat jako potenciometr.

  Chceme-li se vyhnout tomu, že reálný odpor rezistoru neodpovídá deklarovanému, je vhodné místo školní sady použít několik komerčně dostupných rezistorů, které mívají přesnost určení odporu okolo 1 %.