Λύσεις — Άσκηση 8 · Νόμος του Ωμ (σελ. 74) – ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΚΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ Β-Γ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Άσκηση 8 · Νόμος του Ωμ (σελ. 74)

Λύσεις για τον νόμο του Ωμ.

Εργασία 3 — Ρεύμα αντίστασης 60 Ω στα 12 V

Ερώτηση: Πόση είναι η ένταση του ρεύματος που διαρρέει μια ηλεκτρική αντίσταση 60 Ω η οποία τροφοδοτείται με τάση 12 V;

Λύση:

• Νόμος του Ωμ: \( I = \dfrac{U}{R} = \dfrac{12\,V}{60\,\Omega} = 0{,}2\,A \).

Απάντηση: I = 0,2 A (200 mA).

Πρόσεξε:

• Οι μονάδες πρέπει να είναι V και Ω για να προκύψει το ρεύμα σε A.

Εργασία 2 — Αποκλίσεις στην επαλήθευση του νόμου του Ωμ

Ερώτηση: Πού οφείλονται οι μικρές αποκλίσεις που προκύπτουν κατά την επαλήθευση του νόμου του Ωμ;

Απάντηση:

• Στα σφάλματα των οργάνων (κλάση ακρίβειας βολτομέτρου, αμπερομέτρου, ωμομέτρου).
• Στην εσωτερική αντίσταση των οργάνων: το βολτόμετρο παράλληλα και το αμπερόμετρο σε σειρά αλλάζουν λίγο τα χαρακτηριστικά του κυκλώματος.
• Στα σφάλματα ανάγνωσης (παράλλαξη, προσεγγίσεις στους υπολογισμούς).
• Στη μεταβολή της αντίστασης με τη θερμοκρασία καθώς διαρρέεται από ρεύμα, και στις αντιστάσεις των επαφών.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Σε σφάλματα οργάνων και ανάγνωσης, στην επίδραση των εσωτερικών αντιστάσεων των οργάνων και στη θέρμανση της αντίστασης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: τουλάχιστον δύο αιτίες σφαλμάτων (όργανα, ανάγνωση, θερμοκρασία).

Εργασία 4 — Σύνδεση βολτομέτρου

Ερώτηση: Με ποιο τρόπο συνδέεται το βολτόμετρο στο κύκλωμα;

Απάντηση:

• Το βολτόμετρο συνδέεται παράλληλα, στα άκρα της κατανάλωσης (ή μεταξύ των δύο σημείων) της οποίας μετράμε την τάση.
• Ποτέ δεν διακόπτουμε το κύκλωμα για να το παρεμβάλουμε· στο συνεχές ρεύμα προσέχουμε την πολικότητα (+ με +).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Παράλληλα στα άκρα της κατανάλωσης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: παράλληλη σύνδεση + πολικότητα στο συνεχές.

Εργασία 5 — Προσοχή στη μέτρηση με ωμόμετρο

Ερώτηση: Τι πρέπει να προσέξετε όταν μετράτε με ωμόμετρο;

Απάντηση:

• Το ωμόμετρο χρησιμοποιείται μόνο όταν το κύκλωμα είναι χωρίς τάση.
• Η αντίσταση μετριέται αποσυνδεδεμένη από το υπόλοιπο κύκλωμα, ώστε να μη μετρηθούν και άλλοι παράλληλοι δρόμοι.
• Επιλέγουμε την κατάλληλη κλίμακα και ρυθμίζουμε τον δείκτη στο μηδέν πριν από τη μέτρηση· η πολικότητα δεν έχει σημασία.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Χωρίς τάση στο κύκλωμα, με την αντίσταση αποσυνδεδεμένη, με σωστή κλίμακα και μηδενισμό.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: η μέτρηση γίνεται χωρίς τάση.

Εργασία 6 — Ρεύμα με βολτόμετρο και ωμόμετρο

Ερώτηση: Μια ηλεκτρική αντίσταση τροφοδοτείται από ηλεκτρικό δίκτυο 230 V. Πώς θα μετρηθεί η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος αν έχετε στη διάθεσή σας ένα βολτόμετρο και ένα ωμόμετρο; Σχεδιάστε το ηλεκτρικό κύκλωμα και περιγράψτε τη διαδικασία.

Απάντηση:

• Με το κύκλωμα χωρίς τάση μετράμε με το ωμόμετρο την αντίσταση R.
• Συνδέουμε την αντίσταση στο δίκτυο και το βολτόμετρο παράλληλα στα άκρα της· διαβάζουμε την τάση U.
• Υπολογίζουμε την ένταση με τον νόμο του Ωμ: \( I = U/R \).
• Κύκλωμα: πηγή 230 V → αντίσταση R, με το βολτόμετρο παράλληλα στα άκρα της R.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Μετράμε R με ωμόμετρο (χωρίς τάση) και U με βολτόμετρο (παράλληλα)· I = U/R.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: R χωρίς τάση, U παράλληλα, I = U/R.

Εργασία 7 — Επιλογή κλίμακας βολτομέτρου

Ερώτηση: Το βολτόμετρο της προηγούμενης μέτρησης έχει τις εξής κλίμακες (περιοχές μετρήσεως): α) 0-30V, β) 0-150V, γ) 0-300V, δ) 0-450V. Με ποια κλίμακα θα κάνετε τη μέτρηση;

Απάντηση:

• Η τάση είναι 230 V: οι κλίμακες 0–30 V και 0–150 V είναι μικρότερες και το όργανο θα καταστρεφόταν.
• Από τις υπόλοιπες επιλέγουμε τη μικρότερη που καλύπτει την τιμή, την 0–300 V, γιατί η ένδειξη βρίσκεται κοντά στο τέλος της κλίμακας και το σχετικό σφάλμα είναι μικρότερο.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Κλίμακα γ) 0–300 V.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: 0–300 V με αιτιολόγηση (μικρότερο σχετικό σφάλμα από την 0–450 V).

Εργασία 8 — Κλίμακα όταν η τάση είναι άγνωστη

Ερώτηση: Με ποια κλίμακα θα ξεκινήσετε τη μέτρηση αν δε γνωρίζετε καθόλου την τάση του ανωτέρω κυκλώματος; Δικαιολογήστε την απάντησή σας.

Απάντηση:

• Ξεκινάμε πάντοτε από τη μεγαλύτερη κλίμακα (0–450 V) και κατεβαίνουμε προς τις μικρότερες.
• Έτσι, αν η τάση είναι μεγάλη, δεν καταστρέφεται το όργανο· μετά επιλέγουμε την κλίμακα που δίνει ένδειξη κοντά στο τέλος της.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Με την 0–450 V, για να μην καταστραφεί το όργανο.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: μεγαλύτερη κλίμακα + προστασία οργάνου.

Εργασία 9 — Ρεύμα με αμπερόμετρο και ωμόμετρο

Ερώτηση: Πώς θα μετρήσετε την ένταση του ρεύματος που διαρρέει μια αντίσταση αν έχετε στη διάθεσή σας ένα αμπερόμετρο και ένα ωμόμετρο; Σχεδιάστε το ηλεκτρικό κύκλωμα και περιγράψτε τη διαδικασία.

Απάντηση:

• Η ένταση μετριέται απευθείας με το αμπερόμετρο: διακόπτουμε το κύκλωμα και το παρεμβάλλουμε σε σειρά με την αντίσταση (με σωστή πολικότητα στο συνεχές και κατάλληλη κλίμακα).
• Το ωμόμετρο χρησιμοποιείται, με το κύκλωμα χωρίς τάση, για τη μέτρηση της R· με τις τιμές I και R μπορούμε να υπολογίσουμε και την τάση \( U = I\cdot R \).
• Κύκλωμα: πηγή → αμπερόμετρο → αντίσταση R → πηγή (όλα σε σειρά).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Αμπερόμετρο σε σειρά με την αντίσταση· το ωμόμετρο δίνει την R (χωρίς τάση), οπότε U = I·R.

Κριτήρια αξιολόγησης:

• Κριτήριο: αμπερόμετρο σε σειρά.