Исследовательская работа по физике "Проверка закона Ома для участка цепи с помощью потенциометра"

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение Средняя общеобразовательная школа № 5 г. Сегежи       Районная научно­практическая конференция школьников «Юность. Наука. Краеведение – 2018» Предмет: «Физика» Тема работы: Проверка закона Ома для участка цепи с помощью потенциометра     Подготовили:  Иванова Алина, Доршакова Дарья ученицы 9 «б» класса  МКОУ СОШ № 5   Руководитель: Вахрамеева Наталья Николаевна, учитель физики        1 г. Сегежа, 2018 2 Оглавление Введение 1.     Георг Симон Ом 1.1.  Биография    2.     Теоретическая часть 2.1. Закон Ома для участка цепи 2.2. Закон Ома для полной цепи    2.3. Вольтамперная характеристика 3.     Экспериментальная часть   4.  Заключение 5.     Список использованных источников и литературы     Стр. 3 Стр. 4 Стр. 6 Стр. 6 Стр. 7 Стр. 8 Стр. 12 Стр. 13 3 Введение Закон   Ома   –   один   из основополагающих   законов   физики,   который   изучают   в школьной   программе.   Открытие   закона   позволило   сделать   огромный   скачок   в   науке.   В настоящее время невозможно себе представить любой самый элементарный расчет основных электрических величин  для любой цепи без использования закона Ома. Представление об этом   законе   –   это   лишь   часть   базовых   знаний   при   изучении   физики.   Недаром   есть поговорка: «Не знаешь закон Ома – сиди дома».  Гипотеза: закон Ома был придуман случайно и подтвердить справедливость его выполнения невозможно Цель работы: изучить и проверить на опыте закон Ома для участка цепи Задачи: •       изучить биографию Георга Симона Ома; •       изучить законы Ома; •       провести эксперимент, доказывающий или опровергающий  справедливость закона  Ома для участка цепи; Метод: физический эксперимент Вид работы: реферативно ­ экспериментальный     4 1.1.         Биография 1. Георг Симон Ом Георг Ом – выдающийся немецкий физик, открывший закон электрической цепи. Ом родился 16 марта 1789 года в Эрлангене (Германия) в семье бедного слесаря. Отец с детства привил ему любовь к физике и математике. Он же отдал мальчика в гимназию, которая была под кураторством университета. В 1806 году Георг поступил университет  Эрлангена, где изучал математические науки. Вскоре он оставил обучение для того, чтобы преподавать в Готштадте. В 1811 году он вернулся в родной Эрланген и все­таки окончил университет, защитив диссертацию и получив степень. Помимо этого, ему предложили должность приват­ доцента на кафедре математики. С 1817 по 1828 год Ом преподавал математику в Кёльне. Этот период для ученого оказался   плодотворным.   Он   смог   опубликовать   ряд   своих   выдающихся   работ   по   теории гальванической цепи. За публикацию своих открытий в области физики Ом был уволен по приказу   министра   образования.   Последующие   годы   он   посвящает   себя   целиком   научной работе. В 1833 году он становится профессором в Нюрнбергской политехнической школе, где позже его назначают ректором. В 1849 году он был уже весьма известным ученым. В этот период его приглашают в Мюнхен, где он становится консерватором физико­математических коллекций   при   Академии   Наук.   В   этом   городе   Ом   остается   до   конца   своих   дней.   Умер великий физик 6 июля 1854 года. Открытия   Ома   имели   большое   значение   в   области   физики.   Так,   в   результате экспериментов в 1826 году он вывел знаменитый «Закон Ома» о связи сопротивления цепи электрического   тока   с   напряжением   и   силой   тока.   За   это   открытие   в   1841   году   он   был награжден   Лондонским   королевским   обществом.   В   дальнейшем   ученый   работал   над вопросами   униполярной   проводимости.   В   честь   Ома   названа   общепринятая   единица электрического сопротивления. 5 Физик также обнаружил ряд веществ, которые увеличивают сопротивление: в их числе серебро, свинец, медь, золото, цинк, олово, платина, палладий, железо. Главный труд Ома — «Гальваническая цепь, разработанная математически» (1826 г.). В   1827   г.   учёный   ввёл   понятия   «электродвижущая   сила»,   «падение   напряжения», «проводимость». Помимо   электричества   Ом   занимался   акустикой,   оптикой,   кристаллооптикой.   Он высказал мысль о сложном составе звука и экспериментально установил, что человеческое ухо воспринимает как простой тон лишь тот звук, который вызван простым синусоидальным колебанием.  Остальные  звуки  воспринимаются   как основной  тон   и  добавочные  обертоны. Открытие получило название акустического закона Ома. 6 2. Законы 2.1.         Закон Ома для участка цепи В сочетании со знанием того, что напряжение параллельных цепей одинаково, как и ток в последовательных, закон Ома для участка цепи является мощным инструментом для решения любых задач. Будучи выведена в 1827 году, формула на несколько десятилетий опередила   работы   Кирхгофа.   Георг   Ом   активно   экспериментировал   с   активными сопротивлениями и целых два года бился над открытием и подтверждением закона. Сам Ом пишет, что свой труд создал на основе всего лишь трёх постулатов:  Распространение электричества внутри твёрдого тела (проводника).   Движение электричества за пределами твёрдого тела (рискнём предположить, что речь идёт о магнитном поле). Явление возникновения электричества при контакте разнородных проводников (сейчас это называется термопарой). В современном представлении закон Ома для участка цепи имеет вид:  Сила тока для участка   цепи   прямо   пропорциональна   приложенному   напряжению   и   обратно пропорциональна сопротивлению проводника. 2.2.         Закон Ома для полной цепи Электрическая цепь представляет собой тот путь в электрической схеме, по которому протекают   заряды   (провода,   электро   ­   и   радио   ­   элементы,   устройства   и   прочее). Электрическая  цепь, естественно, начинается  с источника электропитания. Электрические заряды представляют собой избыток электронов, что под действием внутренних факторов 7 (электромагнитное поле, химические процессы, фотонные явления и т.д.) стремятся перейти на противоположную клемму этого источника электропитания. Упрощенно выражаясь, силой стремления   заряженных   частиц   перейти   на   противоположную   сторону   источника   будет являться   напряжение.   Количество   заряженных   частиц   (их   поток),   которое   будет   течь   в электрической цепи — это электрический ток. А различные факторы, что создают преграды внутри проводников для потока заряженных частиц, препятствуя их движению, естественно будет сопротивлением. Кроме сопротивления общей внешней цепи существует и внутреннее сопротивление   самого   источника   электропитания.   Его   также   следует   при   необходимости учитывать   в   расчётах.   Между   этими   электрическими   характеристиками   существует определённая,   прямолинейная   зависимость,   которая  и   показана   в  законе   Ома   для   полной цепи: Сила   тока,     для   замкнутой   цепи,   прямо   пропорциональна   ЭДС   источника   и обратно пропорциональна сумме внешнего и внутреннего сопротивления. 2.3.         Вольтамперная характеристика Зависимость величин из закона Ома для участка цепи   может быть выражена в виде математической записи или в графической форме для любого элемента электрической цепи. Графическая форма представления закона Ома называется вольтамперной характеристикой (ВАХ). 8 В исследовательской работе я и хочу проверить, возможно ли получить такие же  графики на основе современных экспериментов. 9 3.       Экспериментальная часть Оборудование:  Источник питания  Ключ  Потенциометр (15 Ом, 5А)  Магазин сопротивлений  Амперметр  Вольтметр  Соединительные провода 10 1) Изучение дополнительного оборудования и его назначение При   проведении   экспериментальной   части   применяются   два   новых   для   нас   прибора: потенциометр и магазин сопротивлений. Магазин   сопротивлений  –   это   физический   прибор,   при   помощи   которого   можно регулировать действующее значение сопротивления.   Роль сопротивлений играют спирали, которые можно закрывать, используя заглушки. В случае использования заглушки – ток протекает кратчайшим путем, то есть сопротивление (спираль) не работает. Если заглушки не применяются, то ток проходит через каждую спираль, значит, всего работает сопротивление 10 Ом.  Потенциометр  –   это   регулируемый   делитель   напряжения,   который   представляет собой   резистор   с   подвижным   контактом.   Служит   для   регулировки   напряжения   при неизменном   токе.   Потенциометр   изготавливают   из   проводника,   обладающего   большим удельным  сопротивлением,     и снабжают  скользящим  контактом для  плавной  регулировки напряжения. Имеет 3 вывода для подключения, чем отличается от школьного реостата.  Схема установки: Часть   1:   установить   зависимость   силы   тока   от   напряжения   при   неизменном сопротивлении Первая   часть   закона   Ома   для   участка   цепи   гласит   –   сила   тока   для   участка   цепи   прямо пропорциональна приложенному напряжению. Гипотеза: сила тока не прямо пропорциональна приложенному напряжению Опыт: При проведении опыта, с помощью магазина сопротивлений устанавливали сопротивление 5 Ом и в процессе опыта его значение не изменяли. Плавно изменяя напряжение, от 1В до 6В, снимали показания приборов, и данные заносили в таблицу. U (В) I (А) 0 0 1 0,2 2 0,3 3 0,5 4 0,7 5 0,9 6 1 По полученным данным начертили график зависимости силы тока от напряжения. Вывод 1: из графика следует, что при неизменном сопротивлении сила тока для участка цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению (предполагаемая гипотеза не верна) Часть   2:   установить   зависимость   силы   тока   от   сопротивления   при   неизменном                                  напряжении Вторая часть закона Ома для участка цепи гласит – сила тока для участка цепи обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Гипотеза: обратная пропорциональность величин не выполняется Опыт: При  проведении  опыта   установили  напряжение 2 В и  в процессе  опыта его значение  не изменяли. Изменяя сопротивление магазина от 10 Ом до 2Ом, снимали показания амперметра , и данные заносили в таблицу. R (Ом) I (А) 10 0,2 9 0,22 8 0,25 7 0,26 6 0,3 5 0,31 4 0,36 3 0,59 2 0,89 По полученным данным начертили график зависимости силы тока от сопротивления. Вывод 2: из графика следует, что при неизменном напряжении сила тока для участка цепи обратно пропорциональна сопротивлению проводника (предполагаемая гипотеза не верна)                                 Заключение: В процессе выполнения экспериментальной части мы подтвердили, что закон Ома для участка цепи выполняется. Сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно   пропорциональна   сопротивлению   проводника.   Графики,   полученные   в   ходе выполнения эксперимента, соответствуют графикам, полученным из закона Ома для участка цепи. Гипотеза о том, что закон Ома был придуман случайно, и подтвердить справедливость его выполнения невозможно – оказалась ошибочной. Можно   сделать   вывод   о   том,   что   все   физические   законы,   возможно   подтвердить   в современных условиях. Список использованных источников и литературы 1.     Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Физика. 10 класс: учебник для 10 класса средних школ ­  М.: Просвещение, 2012. Информационные ресурсы: 1. http://electricalschool.info/main/osnovy/1227­zakon­oma­dlja­uchastka­cepi.html  история закона Ома 2. http://www.sxemotehnika.ru/zakon­oma­dlya­uchastka­tsepi.html  закон Ома для участка цепи 3. http://to­name.ru/biography/georg­simon­om.htm биография Ома