Read e1_5114.pdf text version

Verslag E1/5

1

NAAM:..............................

STUD NO:...................... PUNT:.................. EKSPERIMENT E1/5 ANALISE VAN ELEKTRIESE STROOMBANE

DOELSTELLINGS 1. Ervaring in die die opbou van eenvoudige gelykstroombane en die rol van verskillende komponente soos emk-bronne, selle, gloeilampe, resistors, reostate, skakelaars en geleidingsdrade daarin. 2. Meting van weerstand, potensiaalverskil en stroom in netwerke met behulp van digitale multimeters. 3. Ondersoek van faktore wat die weerstand van 'n geleierdraad bepaal. 4. Grafiese verifikasie van Ohm se wet vir 'n metaalgeleier. 5. Ondersoek van die effek op die effektiewe emk, helderheid, weerstand, potensiaalverskil en stroom in bane met selle, gloeilampe en resistors in serie en parallel geskakel. 6. Toepassing van Kirchoff se twee reëls op veellusbane. 7. Kennismaking met die beginsels van potensiaal- en stroomverdeling met toepassings in die potensiometer om 'n onbekende emk te bepaal. TEORETIESE AGTERGROND Voorkennis van die volgende aspekte is nodig: 1. Die werking en skakeling van 'n galvanometer, voltmeter, ammeter, ohmmeter, reostaat en potensiometer. 2. Geleiereienskappe wat elektriese weerstand bepaal volgens R=l/A. 3. Lineêre temperatuurafhanklikheid van metaalgeleiers volgens R=R0(1+T). 3. Die verband R=V/i vir ohmiese en nie-ohmiese geleiers. 4. Die stroombaanvergelyking i = / (r + R). 5.1 Weerstande in serie: R= R1+R2+R3 5.2 Weerstande in parallel: 1/R= 1/ R1+1/R2+1/R3 6.1 Potensiaalverdeling : V1/V2=R1/R2 6.2 Stroomverdeling: i1/i2= R2/R1 7.1 Puntreël: Die algebraïese som van die strome by enige vertakkingspunt in 'n netwerk is gelyk aan nul, i = 0. 7.2 Lusreël: Die algebraïese som van al die potensiaalveranderings langs 'n geslote stroombaanlus is nul, Vi= i - Ri i = 0 Bronverwysing: Halliday, Resnick and Walker, Fundamentals of Physics, Chapters 28 and 29 APPARAAT SIMBOOL KLEURKODE VIR R Eerste drie nabye ringe skakelbord met knypers Swart 0 weghaalbare geleidingsdraadjies Bruin 1 Rooi 2 verstelbare 6V-emkbron Oranje 3 Geel 4 1,5 selle Groen 5 Blou 6 2,5 V gloeilampies L Violet 7 resistors (100, 150 en 220 ; Grys 8 5% toleransie: 4de goue ring) Wit 9 Vierde ring reostaat (>10 ) Silwer 10% diode Goud 5%

skakelaars

galvanometer/multimeter op 200µA G multimeter as ammeter A multimeter as voltmeter V multimeter as ohmmeter Invulkode vir Antwoorde onbekende weerstand op plankie ............... woord(e) [ ] eenhede termometer met draadspoel, beker, roerder, gasvlam _ _ _ _ _ _ simbole eie keuse skroefmikrometer ________ getalle meterbrug met skuifkontak onbekende emk-bron en standaard Exide sel

Verslag E1/5

2

Algemene veiligheids- en meetwenke 1. Alle skakelinge wat studente uitvoer moet voor die aanskakel van stroom eers deur 'n demonstrateur gekontroleer word en moet na gebruik weer afgetakel word. 2. Moenie die stroom vir lang periodes aangeskakel hou nie en skakel dit tussen metings af om die lewensduur van die emk-bronne te verleng. 3. Die stroom moet in alle gevalle so klein as moontlik gehou word, bv. deur gebruik van 'n reostaat. 4. Die multimeter se polariteit en meetomvang (range) moet in ag geneem word by metings om te voorkom dat dit beskadig word. Waarskuwing: Die multimeter moet van die te mete stroombaan ontkoppel word voordat dit van'n voltmeter na 'n ammeter en omgekeerd verander word. Die meetomvang moet ook aanvanklik eers op die grofste skaal gestel word en dan stap-vir-stap verfyn word. Versuim om hierdie voorsorg te tref, kan veroorsaak dat die multimeter se sekering meegee wat 'n vervangingsboete van R5,00 rand vir die betrokke student(e) sal kos. 5. Kyk direk op die ammetergesig af om parallaksfout uit te skakel. METODE (Die klasdosent sal 'n seleksie van die hieropvolgende onderafdelings aandui) 1. 1.1 `N EENVOUDIGE BAAN OM `N LIGGIE TE LAAT BRAND Skakeling: Gebruik die skakelbord, twee 1,5-V selle en `n 2,5 V -gloeilampie om 'n enkele lusbaan op te bou wat werk en die liggie sal laat brand wanneer die skakelaar sluit. Wenke:(1) Vir goeie kontak moet jy seker maak dat metaal met metaal stewig kontak maak (2) Kyk watter kant van die sel + en watter kant - gemerk is, dus die polariteit daarvan. (3) Bestudeer die onderkant van die gloeilampie en onderskei tussen die twee terminale: die skroefgedeelte en die metaalendpunt geskei van mekaar deur isolatormateriaal . 1.2 Diagram: Teken as Fig. 1.2 `n vereenvoudigde weergawe van jou baan in die vorm van `n reghoekige skakeldiagram met die korrekte simbole (kyk hierbo) daarop aangedui. Dui ook die konvensionele stroomsin, dus van + terminaal van sel na - terminaal van sel in die baan wanneer die skakelaar gesluit word, daarop aan met pyltjies. Figuur 1.2 Ligbaandiagram 1.3 Volgorde en polariteit van baanelemente: 1.3.1 Maak dit saak in watter posisie in die baan die skakelaar geplaas word? Toets voordat jy antwoord en verklaar hoekom: ............................................................................................................................ 1.3.2 Maak dit saak hoe die drade vanaf die basis en skroefgedeelte van die gloeilampie verbind word in die baan ? Toets deur hierdie drade om te ruil by die knypers. Antwoord met rede: ............:................................................................................................................. 1.3.3 Maak dit saak hoe die twee selle aan mekaar verbind word? Positief aan negatief of positief aan positief? Toets deur een van die selle om te ruil terwyl al die ander elemente bly soos hulle is. Antwoord met rede: ............................................................................................................................. 1.3.4 Draai nou ook die ander sel om. Brand die liggie nog ? Antwoord met rede: ............................................................................................................................. 1.3.5 Verwyder een van die selle uit die baan en vervang dit met `n geleidingsdraad. Brand die liggie nog? Antwoord met rede: ............................................................................................................................. 1.3.6 Vervang een van die geleidingsdrade in jou oorspronklike baan met die geel plastiekdraad. Brand die liggie nog? Antwoord met rede: ........................................................................................................... Toepassing in 'n flitslig: Ondersoek nou die flitslig op die tafel: skakel dit aan en af.

1.4

Verslag E1/5

3

1.4.1 Verwyder die twee batterye terwyl jy die volgorde van hul polariteit notuleer. Waarneming: ...................................................................................................................................... 1.4.2 Opereer weer die skakelaar terwyl jy in die buis afkyk na die gloeilampie toe. Waarneming: ...................................................................................................................................... 1.4.3 Wat vervang die geleidingsdrade van jou stroombaan hier? Antwoord: ...........................................................................................................................................

1.4.4 Skets die praktiese stroombaan van die flits langsaan met aanduiding van alle polariteite:

Figuur 1.4 Stroombaan van flits 1.5 Interne weerstand van sel: Gebruik weer jou oorspronklike stroombaan met liggie in #1.1: 1.5.1 Terwyl die liggie afgeskakel is, meet met behulp van die multimeter die potensiaalverskil oor die battery en die weerstand van die gloeilampie: = __________[

],

Rm =__________[

] ]

1.5.2 Skakel die liggie aan en meet die potensiaalverskil oor die gloeilampie, V = iRb = __________[ en die stroom in die baan, i = _________[ ] 1.5.3 Bereken die weerstand van die gloeilampie uit #1.5.2: Rb = _ _ _ _ _ = ______________[

]

en vergelyk dit met die gemete waarde van #1.5.1: ............................................................................. Motiveer hierdie verskil (kyk ook #3.2): ............................................................................................ ............................................................................................................................................................. 1.5.4 Bereken met behulp van die stroombaanvgl en die gemete waardes, die interne weerstand van die battery: r = _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ = __________________[ ] 1.5.5 Kontroleer die korrektheid van jou antwoorde deur gebruik te maak van die lusreël: = _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ = _________________ = _________________[ 1.6 Twee-weg skakelaar : verander nou jou stroombaan op die skakelbord sodat die liggie by twee verskillende posisies (soos die twee teenoorgestelde uitgange van `n gang of vertrek) aan- en afgeskakel kan word. Gebruik sommer twee van die oorbrugdraadjies as die skakelaars. Skets hierdie nuwe stroombaan langsaan: Figuur 1.6 Twee-weg skakelaar [ 2. SELLE EN LIGGIES IN SERIE EN PARALLEL GESKAKEL 2.1 Selle: Begin met jou stroombaan van #1 met een 1,5 V sel en een 2,5 V-gloeilamp. 2.1.1 Skakel om die beurt `n tweede en derde sel in serie met die eerste, dus agtereenvolgens + aan - en - aan + gekoppel. Neem die verandering in helderheid van die liggies waar en meet die stroom in die baan en die potensiaalverskil oor die selle. Notuleer jou resultate in Tabel 2.1 2.1.2 Herhaal maar skakel die selle in parallel met die eerste, dus met hulle + terminale aan mekaar en hul - terminale aan mekaar gekoppel. Notuleer jou resultate in Tabel 2.1: /10] ]

Verslag E1/5

4

Aantal selle Lighelderheid Ammeterlesing [ Voltmeterlesing [ ]

TABEL 2.1: SELLE IN SERIE EN PARALLEL 1 2 in serie 3 in serie 2 in parallel 3 in parallel ............... ............... _______ ] _______ ________ ________ .............. _______ _______ ....................... ____________ ____________ ...................... ___________ ___________

2.1.3 Gevolgtrekking omtrent die stroom: .................................................................................................. Gevolgtrekking omtrent die emk: ....................................................................................................... 2.2. Liggies: Begin weer met die eenvoudige stroombaan bevattende twee 1,5-V selle en een 2,5 V gloeilampie. 2.2.1 Skakel nou `n tweede en dan derde gloeilampie eers in serie en dan in parallel met eerste . 2.2.2 Kyk wat met die helderheid van die liggies gebeur en meet die stroom deur elkeen asook die potensiaalverskil oor elkeen. Notuleer jou resultate in Tabel 2.2: TABEL 2.2: LIGGIES IN SERIE EN PARALLEL Aantal gloeilampies 1 2 in serie 3 in serie 2 in parallel 3 in parallel Lighelderheid Ammeterlesing [ Voltmeterlesing [ ............... ............... ................. ] _______ _______ ]_______ _______ ________ ________ ........................ ____________ ____________ ........................ ____________ ____________

2.2.3 Gevolgtrekking omtrent die totale helderheid: .................................................................................... Gevolgtrekking omtrent die totale stroom: ........................................................................................... Gevolgtrekking omtrent die totale potensiaalverskil: ............................................................................ 2.3 Kombinasieskakeling: 2.3.1 Gebruik 5,5 V gloeilampies: skakel gloeilampie 1 in serie met gloeilampies 2 en 3 wat in parallel verbind is. 2.3.2 Teken hierdie skakeldiagram hieronder. 2.3.3 Meet die stroom deur en potensiaalverskil oor elke gloeilampie. Notuleer jou data in Tabel 2.3: SKAKELDIAGRAM TABEL 2.3: LIGGIES IN KOMBINASIE GESKAKEL Liggie Helderheid No 1 No 2 No 3

....................... ....................... ........................... ] ]

Ammeteraflesing ____________ ____________ ______________ [ Voltmeteraflesing ____________ ____________ ______________ [

2.3.4 Gevoltrekking omtrent die totale helderheid: ....................................................................................... Gevolgtrekking omtrent die totale stroom: ........................................................................................... Gevolgtrekking omtrent die totale potensiaalverskil: ........................................................................... [ /15]

Verslag E1/5

5

3.

WEERSTAND EN OHM SE WET

3.1 Resistiwiteit van onbekende draad: 3.1.1 Meet die weerstand van die gegewe genommerde draad op 'n plankie gemonteer met behulp van die multimeter as ohmmeter gestel. 3.1.2 Die lengte daarvan is ook aangedui op die plankie. 3.1.3 Meet die middellyn van die los stukkie soortgelyke draad met 'n skroefmikrometer, ten minste op drie verskillende plekke en bepaal die gemiddelde waarde. 3.1.4 Voltooi Tabel 3.1 en bereken die resistiwiteit (soortlike weerstand van die draad): TABEL 3.1: BEPALING VAN DIE RESISTIWITEIT VAN 'N DRAAD Gemete weerstand van draad No. _____ is R = _________________[ Gegewe lengte van draad l = _________________[ ] ] ]

Middellyn, 2r = (1)________ (2)________ (3)________ Gemid________en r = ________ [ Berekende deursnitarea van draad A =_ _ _ _ _ _ _ _ =______________[ Berekende resistiwiteit van draad = _ _ _ _ _ _ _ _ = _____________[ ] ]

[

/5]

3.2 Temperatuurafhanklikheid van weerstand 3.2.1 Knyp die termometer met gedraaide spoel geleidingsdraad vas aan die retortstaander en laat sak dit binne'n glasbeker bo-op `n gasbrander. 3.2.2 Gooi net genoeg kraanwater in die beker (hoe minder hoe korter is die eksperiment!) om die draadspoel (maar nie die isolasie nie!) deeglik te bedek. 3.2.3 Verbind die toeleidingsdrade van die draadspoel aan 'n multimeter op 200 gestel. 3.2.4 Roer die water versigtig met die roerder en meet dan die temperatuur en weerstand. 3.2.5 Verhit die water met die gasvlam terwyl jy die water bly roer. Wanneer die temperatuur ongeveer 15 grade gestyg het, verwyder die vlam, roer totdat termiese ewewig intree en meet dan dadelik die temperatuur en weerstand so akkuraat moontlik. 3.2.6 Herhaal #3.2.5 totdat die water kook. Notuleer die resultate in Tabel 3.2. TABEL 3.2: BEPALING VAN WEERSTAND AS FUNKSIE VAN TEMPERATUUR Temperatuur,T [ _______ _______ ] Weerstand, R [ _______ _______ ] Temperatuur,T [ _______ _______ ] Weerstand, R [ _______ _______ ]

_______ _______ _______ _______ 3.2.6 Teken 'n grafiek van die weerstand as funksie van die temperatuur van die draad. Gevolgtrekking van die grafiek:..................................................................................................... 3.2.7 Bepaal die helling van die grafiek:________________________________________[ 3.2.8 Bepaal die waarde van die weerstand by 0 oC vanaf die grafiek: R0 =_______________[ 3.2.8 Bepaal die temperatuurkoëffisiënt van die draadweerstand vanaf #3.2.7 en 3.2.8: ] ]

= _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ = ________________________________________________[ 3.2.8 Skryf die simboliese uitdrukking neer vir die weerstand van die betrokke draad as funksie van temperatuur met die numeriese waardes vir R0 en daarin gestel : R(T) = _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ [ ]

]

[

/10]

Verslag E1/5

6

3.3 Weerstand-identifikasie en -meting: 3.3.1 Gebruik die kleurkode om drie resistors met weerstande van ongeveer 100, 150 en 220 elk uit te soek onder die wat verskaf word. 3.3.2 Meet die weerstand daarvan akkuraat met die multimeter as ohmmeter gestel en bereken die afwyking in hul waardes. Val dit binne hul aangegewe toleransies? Tabuleer jou resultate in Tabel 3.3. TABEL 3.3: WEERSTANDSBEPALING Resistor R(kleurkode) [ ] R (gemeet)[ ] Afwyking= [(R(kode)-R (gem)/ R(kode)]x 100 % R1 R2 R3

_______ _______ _______ _______ _______ _______ ________ ________ ________

[

/5]

3.4 Ohm se wet: 3.4.1 Verbind slegs die R2 resistor op die skakelbord met die varieerbare emkbron en 'n skakelaar. 3.4.2 Skakel `n voltmeter oor die weerstand, stel die bron sodat `n 6,00 V potensiaalverskil oor die weerstand heers en meet die stroom deur die resistor. 3.4.3 Draai die resistor om en kyk of die stroom verskil. 3.4.4 Verminder die bronpotensiaalverskil in stappe van 1,5 V en herhaal die ammeterlesings. Notuleer jou resultate in Tabel 3.4. 3.4.5 Herhaal die voorafgaande stappe met `n diode in die plek van die resistor, `n 1k resistor en `n sel (-1,5 V) in serie en notuleer jou metings ook in Tabel 3.4. TABEL 3.4: VERBAND TUSSEN STROOM EN SPANNING RESISTOR DIODE Spanning [ ] Stroom [ ] Spanning [ ] Stroom [ ] Spanning [ ] Stroom [ ] 6,00 ________ -0,150 ________ 0,450 _________ 4,50 ________ 0,000 ________ 0,550 _________ 3,00 ________ 0,150 ________ 0,650 _________ 1,50 ________ 0,350 ________ 3.4.6 Gevoltrekking oor die invloed van die polariteit van die resitor en diode: ............................................ ............................................................................................................................................................... 3.4.7 Teken grafieke van stroom as funksie van aangelegde potensiaalverskil vir die resistor en die diode. Gevolgtrekkings: .................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................ Helling =_______________________[ ] Wat stel dit voor ? _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Vergelyk dit met jou gemete R2 waarde in Tabel 3.3: %verskil =____________________________ 3.4.10 Formuleer nou in woorde Ohm se wet vir ohmiese geleiers: .............................................................. ...................................................................................................................................... [ /10]

4. RESISTORS IN SERIE EN PARALLEL 4.1 Serie: 4.1.1 Skakel 'n baan met die emkbron op sy maksimum, die R1 resistor en die multimeter as ammeter gestel. Voeg R2 en R3 agtereenvolgens in serie in die stroombaan by. Wat gebeur met die ammeterlesing? Antwoord met rede : ............................................................................................................................... 4.1.2 Met al drie resistors in serie geskakel, skakel die ammeter agtereenvolgens tussen die resistors in deur die betrokke verbindingsdraad tussen hulle op die bord te verwyder.

Verslag E1/5

7

4.1.3 Verwyder die multimeter, verander dit na `n ohmmeter, voltooi weer die stroombaan maar maak die skakelaar oop en meet dan die individuele sowel as totale weerstand van die drie resistors. 4.1.4 Verander die multimeter na `n voltmeter, sluit die stroombaan en skakel die voltmeter agtereenvolgens oor elke resistor asook oor die hele samestelling. 4.1.5 Notuleer alle metings in Tabel 4.1, tel die afsonderlik gemete weerstande en potensiaalverskille bymekaar en verifieer dit met die gemete totale waardes. Gebruik ook die verband i=V/R om die gemete stroom te verifieer. TABEL 4.1: DRIE RESISTORS IN SERIE Skakeldiagram(Teken): Komponent: Weerstand, R [ ] R1 _______ ] _______ _______ R2 _______ _______ _______ R3 BerekendeEkw = _______ Som = _______ Gemete totaal _______ _______ _______ ]

_______ _______

Potensiaalverskil, V [ Stroom, i [ Verifikasie ]

_______ Gemid = _______

i=V/R = ____________[

4.1.6 Gevolgtrekkings: (1) Die ekwivalente weerstand = _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ (2) Die totale potensiaalverskil =...................................................................................................... en illustreer die beginsel van.......................................................................naamlik die grootste potensiaalverskil heers oor die............................................resistor. (3) Die stroom deur elke resistor = .................................................................................................. [ 4.2 Parallel: 4.2.1 Skakel die drie resistors nou in parallel met mekaar op die skakelbord en dan aan die konstante emkbron en skakelaar. 4.2.3 Met die skakelaar oop en die multimeter as ohmmeter verander, meet die totale weerstand van die kombinasie. 4.2.4 Verander die multimeter tot voltmeter en met die stroom aangeskakel, meet die potensiaalverskil oor die kombinasie. 4.2.5 Verander die multimeter tot `n ammeter en meet die stroom in elke afsonderlike resistor sytak asook in die hoofbaan deur dit elke keer in die plek van die betrokke geleidingsdraad in die baan in te skakel. 4.2.6 Notuleer alle metings in Tabel 4.2, tel die afsonderlik gemete weerstande en strome bymekaar en verifieer dit met die gemete totale waardes. Gebruik ook die verband i=V/R om die gemete stroom te verifieer. 4.2.7 Gevolgtrekkings: (1) Die ekwivalente weerstand = _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ (2) Die potensiaalverskil oor elke resistor = ......................................................................................... (3) Die totale stroom = .......................................................................................................................... en illustreer die beginsel van......................................................, naamlik die grootste stroom is in die .....................................weerstand. /5]

Verslag E1/5

8

TABEL 4.2: DRIE RESISTORS IN PARALLEL Skakeldiagram Komponent Weerstand, R [ ] Potensiaalverskil, V [ ] Stroom, i [ (Teken) R1 _______ _______ _______ R2 R3 Berekende: Gemete totaal: Verband:

________ ________ _______ _______ _______ _______

]

Ekw = _______ _______

Gemid = _______ _______ ]

Som = _______ _______

V = i R = ________________[

[ 4.3 Kombinasie 1: 4.3.1 Maak `n kombinasie skakeling van resistor 1 in serie met `n kombinasie van resistor 2 en resistor 3 wat in parallel met mekaar geskakel word op die bord. 4.3.2 Meet die totale weerstand (skakelaar oop) en stroom in elke resistor en potensiaalverskil oor elke resistor asook oor die hele kombinasie (skakelaar toe). 4.3.3 Voltooi Tabel 4.3: TABEL 4.3: R1 IN SERIE MET `N KOMBINASIE VAN R2 EN R3 IN PARALLEL

/5]

Skakeldiagram (Teken): Komponent: Weerstand, R [ ] R1 R2 R3 BerekendeGemete totaal _______ _______

________

_______ _______ _______ Ekw = _______ ] _______ _______ _______ Som = _______ _______ _______ _______ i2+i3 = ________

Potensiaalverskil, V [ Stroom, i [ Verifikasie: ]

i=V/R = _______________[

]

4.3.4 Gevolgtrekkings: (1) Die ekwivalente weerstand =_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ (2) Die totale potensiaalverskil, V = _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ (3) Die stroom deur resistor R1 = I1 = _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ (4) Dit illustreer die beginsel van........................................................................................, naamlik die verhouding van die vertakte strome i2/ i3 = ___________________________________ en

die omgekeerde verhouding van die weerstande R3/R2 = _________________________________ en is dus......................................................................................................... [ /5]

4.4 Kombinasie 2: 4.4.1 Skakel resistor 2 in parallel met `n kombinasie van resistors 1 en 3 wat in serie met mekaar verbind word.

Verslag E1/5

9

4.4.2 Meet die totale weerstand (skakelaar oop) en stroom in elke resistor en die potensiaalverskil oor elke resistor asook oor die kombinasie (skakelaar toe). 4.4.3 Voltooi Tabel 4.4: TABEL 4.4: R2 IN PARALLEL MET `N KOMBINASIE VAN R1 EN R3 IN SERIE

Skakeldiagram (Teken): Komponent: Weerstand, R [ ] R1 R2 R3 BerekendeEkw = _______ Gemete totaal _______ _______ _______ ]

_______ _______ _______

Potensiaalverskil, V [ Stroom, i [ Verifikasie: ]

] _______ _______ _______ V1+V3 = _______ _______ _______ _______ i13+i2 = _______

i=V/R = _______________[

4.4.4 Gevolgtrekkings: (1) Die ekwivalente weerstand = _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ (2) Die potensiaalverskil oor resistor 2 = V2 = _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ (3) Dit illustreer die beginsel van ........................................................................................., naamlik die verhouding van die potensiaalverskille V1/V3 = _____________________ en die verhouding van die weerstande R1/ R3 = _________________________

en is dus ...................................................................................................................................... (4) Die hoofstroom deur die baan = ........................................................ = _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ [ TOEPASSING VAN KIRCHOFF SE REëLS OP `N MULTILUSBAAN Skakeldiagram:Bou op die skakelbord die stroombaan in Fig. 5.1 op met 1 as die 6V-kragbron en 2 as `n 1,5 V sel en die drie resistors van #4. 5.2 Stroombaanvergelykings: Kies die takstrome soos aangedui en skryf algebraïese uitdrukkings neer volgens Kirchoff vir die 5.2.1 Puntreël:(b)_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ = 0 5.2.2 Lusreël (L1):_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ = 0 5.2.3 Lusreël (L2):_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ = 0 5.2.4 Lusreël (L3):_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ = 0 5. 5.1 /5]

Figuur 5.1 Multilusstroombaan vir toepassing van punt-en lusreëls Wat is die verband tussen die drie lusreëls? ..............................................................................................

Verslag E1/5 10

5.3 Oplossings vir onbekende strome: (Dosent sal aandui watter een van metodes te volg) 5.3.1 Algebraïes: (kyk handboek p. 798, vgls 29-14 tot 16)

i1 =

1 ( R2 + R3 ) - 2 R3 R1 R2 + R2 R3 + R1 R3

i2 =

1 R3 - 2 ( R1 + R3 ) R1 R2 + R2 R3 + R1 R3

i3 =

1 R2 + 2 R1 R1 R2 + R2 R3 + R1 R3

Gebruik hierdie oplossings in Tabel 5.4 om die onbekende stroomwaardes te bereken. 5.3.2 Matriks: Skryf Vgls. 5.2.1, 5.2.2 en 5.2.3 in die matriksvorm: [R] [i] = [] of [i]= [][R]-1 [Vierkantige weerstandsmatriks] x [Kolom-stroommatriks] = [Kolom-emkmatriks] In simboolvorm volg vanaf Vgls. 5.2.1, 5.2.2 en 5.2.3:

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

_ _ _ _ i 1 = _ _ _ _ i2 _ _ _ _ i3 _ _ _ _ i 1 = _ _ _ _ i2 _ _ _ _ i3

Numeries met die gemete waardes vir R en vanaf Tabel 5.4 ingevul volg:

5.4

Pons hierdie twee numeriese matrikse in `n spreiblad (soos Lotus123) op die rekenaar in. Selekteer die resistor-matriks en keer dit om (bv "Range-Analyze-Invert Matrix") tot [R]-1: Selekteer die omgekeerde resistor-matriks en die emk-matriks en vermenigvuldig (bv "Range-Analyze-Multiply matrix") om die onbekende stroommatrikswaardes te kry. Vul in op Tabel 5.4. Eksperimentele verifikasie:Sluit albei skakelaars en meet die potensiaalverskil oor albei bronne en elke resistor, asook die stroom in elke tak. Vul jou resultate in op Tabel 5.4 en toets die behoudswette van #5.2 en die stroomoplossings van #5.3: TABEL 5.4: EKSPERIMENTELE VERIFIKASIE VAN KIRCHOFF SE REëLS Baanparameters: Emks [ ] Strome [ ] Weerstande [ ] 1 2 i1 i2 i3 R1 R2 R3 Gemete waardes: _______ ______ ______ ______ ______ ______ ______ _____

Berekende stroomwaardes (uit #5.3 tot 3 bs)______ ______ ______ %verskil:(Gem-Ber)/Gem x 100%: Kirchoff reëls (#5.2) bereken met metingswaardes: Vgl. 5.2.1 [ _______ ] ______ Vgl 5.2.2 [ ______ ______ ] Vgl 5.2.3 [ ] Vgl 5.2.4 [ ________ ]

_______

________

Gevolgtrekkings.................................................................................................................................. [

/10]

Verslag E1/5 11

6. POTENSIOMETER 6.1 Verband tussen potensiaalval en lengte draad: 6.1.1 Maak 'n eenvoudige potensiaalverdeler volgens die skakeldiagram van Fig.6.1 bestaande uit een meter lange, reguit, uniforme weerstandsdraad op 'n plank gemonteer, 'n 6V-emkbron, ammeter, skakelaar , reostaat en voltmeter. Een van die toeleidingsdrade van die bron moet aan die een onderpunt van die reostaat en die ander een vanaf die meterbrug aan die dik staafgedeelte verbind word . Figuur 6.1 Potensiaalverdeler 6.1.2 Verstel die reostaat om die stroom soos meetbaar op die ammeter tot ongeveer 0,30 A te beperk en konstant hierop te hou vir die hele duur van die eksperiment. Opmerking: Indien jou ammeter uit 'n Gossen galvanometer met 'n newesluiting bestaan, moet jyself die skaal kalibreer volgens volskaaluitwyking (bv 50 divisies op galvanometer) gelyk aan waarde (bv 2,5 A) op die newesluiting aangegee (dus 1 div = 2,5 A/50 = 0.050 A). 6.1.3 Verskuif die kontak C van die voltmeter in stappe van 250 mm op 'n keer van die een kant na die ander, A na B en lees die voltmeter. 6.1.3 Meet ook die potensiaalverskil oor die oorblywende lengte CB van die draad. 6.1.4 Skakel die stroom dadelik af na jou metings sodat die draad nie oorverhit nie en vul die data in op Tabel 6.1: TABEL 6.1: POTENSIAALVERSKIL AS FUNKSIE VAN DRAADLENGTE Stroom = ______________[ ] Lengte AC [ m ] Potensiaalverskil [ 0,000 _______ 0,250 _______ 0,500 _______ 0,750 _______ 1,000 _______

] Lengte CB [ ________ ________ ________ ________ ________

AC

] Potensiaalverskil [ ________ ________ ________ ________ ________ en

CB

]

6.1.5 Teken 'n grafiek van potensiaalverskil as funksie van lengte

op dieselfde grafiekvel.

Gevolgtrekking vanaf grafiek: .............................................................................................................. ................................................................................................................................................... Helling van grafiek = (AC)__________(CB)___________(GEM)______________[ ]

Betekenis van helling = ....................................................................................................................... Weerstand per eenheidslengte draad = _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ =_______________________[ Hoe ver moet die skuifkontak van A na B verskuif word om 'n weerstand van 1 ohm in die stroombaan te lewer? Afstand=_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _=____________________________[ ] [ /10] ]

Verslag E1/5 12

6.2

Bepaling van die emk van 'n onbekende sel deur gebruik te maak van 'n potensiometer en standaardsel: 6.2.1 Brei die skakeling van #6.1 uit soos in Fig. 6.2 deur byvoeging van'n standaardsel (Exide) met bekende emk S (lees af) , galvanometer en skuifkontak (beweegbare punt C).

Figuur 6.2 Skakeling van die potensiometer vir emk meting Draai die plank om om kennis te neem van die dik koperstaaf wat weens sy lae weerstand punte bo-op die bord wat daaraan verbind is vir praktiese doeleindes dieselfde potensiaal gee. Let op dat die positiewe pole (hoër potensiaal) van beide emkbronne by A verbind moet word om by dieselfde potensiaal te kan wees. Die stroom vanaf b veroorsaak 'n potensiaalval oor AB wat eweredig is met die lengte van die draad en A is by 'n hoër potensiaal as B. Hierdie potensiaalval moet groter wees as die emk van sowel die standaardsel en die onbekende sel, anders is balans nie moontlik nie. 6.2.2 Verstel die reostaat om die stroom soos meetbaar op die ammeter tot ongeveer 0,30 A te beperk en konstant hierop te hou vir die hele duur van die eksperiment. 6.2.3 Sluit die skakelaar K1 en druk die skuifkontak op die potensiometer vir 'n oomblik terwyl die galvanometer dopgehou en gekyk word of daarop 'n uitwyking is. 6.2.4 Verskuif hierdie kontak en soek 'n punt C waar geen uitwyking meer op die galvanometer geregistreer word nie (nul metode). Indien sodanige balans nie verkry word nie, verstel die reostaat om die aangelegde stroom in stappe van 0,05 A op 'n keer te vergroot. 6.2.5 Wat beteken hierdie balansposisie? ....................................................................................................... 6.2.6 Lees die lengte AC op die potensiometerplank af. 6.2.7 Vervang die standaardsel nou met die onbekende emkbron X (VERBIND die kragprop daarvan aan die munisipale netwerk) en verkry 'n nuwe balanspunt D op die meterbrug deur die kontak verder te skuif en kortliks te druk. 6.2.8 Lees die nuwe lengte AD op die potensiometerplank af. 6.2.9 Bepaal die waarde van die onbekende emk as volg: Lusreël toegepas met S ingeskakel, lewer: S - iR RAC-iG(RG+r)=0 maar omdat iG=0 by balans , volg S= VAC=iRAC= i AC R/l (R/l = weerstand per eenheidlengte van potensiometerdraad) Lees af S = _____________[ ] en X no : _______

Met die onbekende bron ingeskakel volg met lusreël dat X = _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ sodat die verhouding: X /S = _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ = _______________ en X = ____________________[

] [ TOTAAL: [ /5] /100]

Information

x.PDF

12 pages

Find more like this

Report File (DMCA)

Our content is added by our users. We aim to remove reported files within 1 working day. Please use this link to notify us:

Report this file as copyright or inappropriate

553549


You might also be interested in

BETA
x.PDF