Λύσεις — Άσκηση 4η · Νόμος του Ωμ (σελ. 15–17) – ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ ΣΥΝΕΧΟΥΣ ΚΑΙ ΕΝΑΛΛΑΣΣΟΜΕΝΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ – ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

Λύσεις — Άσκηση 4η: Νόμος του Ωμ (Ohm)

Εργαστηριακή άσκηση · σελ. 15–17. Οι μετρήσεις εκτελούνται στο εργαστήριο· εδώ δίνονται οι αναμενόμενες τιμές, οι υπολογισμοί και η ερμηνεία.

Βήματα 3–4 — Πίνακας 1 (σταθερή αντίσταση R = 1 kΩ)

Πώς σκεφτόμαστε: πειραματική μέτρηση — αλλά με σταθερό R ισχύει ο νόμος του Ohm, οπότε προβλέπουμε τον πίνακα και τον χρησιμοποιούμε ως έλεγχο.

• Ο νόμος του Ohm δίνει \( I = V/R \). Με \( R = 1\ \mathrm{k\Omega} \), το ρεύμα σε mA ισούται αριθμητικά με την τάση σε V.
• V=5→I=5mA · 8→8 · 10→10 · 12→12 · 14→14 · 16→16 · 18→18 · 20→20 · 22→22 · 24→24 · 26→26 mA
• Σε κάθε γραμμή, \( V/I = 1\ \mathrm{k\Omega} \) — σταθερό, άρα η αντίσταση δεν μεταβάλλεται.

Απάντηση: το ρεύμα (mA) ισούται αριθμητικά με την τάση (V)· ο λόγος \( V/I \) μένει 1 kΩ σε όλες τις μετρήσεις.

Πρόσεξε: μικρές αποκλίσεις είναι φυσιολογικές (ανοχή ±5%)· μεγάλη απόκλιση του \( V/I \) από 1 kΩ σημαίνει σφάλμα συνδεσμολογίας. Αμπερόμετρο σε σειρά, βολτόμετρο παράλληλα.

Ερώτημα 5 — Τι σχήμα έχει η καμπύλη I = f(V);

• Από τον Πίνακα 1, το \( I \) είναι ανάλογο του \( V \).
• Η γραφική παράσταση ανάλογης σχέσης είναι ευθεία που περνά από την αρχή (0,0).
• Η κλίση ισούται με \( 1/R \).

Απάντηση: ευθεία γραμμή από την αρχή των αξόνων → η αντίσταση είναι γραμμικό (ωμικό) στοιχείο, ισχύει ο νόμος του Ohm.

Πρόσεξε: «ευθεία από την αρχή» — ευθεία που δεν περνά από το (0,0) θα σήμαινε ρεύμα με μηδενική τάση (αδύνατο σε καθαρή αντίσταση).

Βήματα 6–8 — Πίνακας 2 (με VDR)

Πώς σκεφτόμαστε: πειραματική μέτρηση με VDR — η αντίστασή της δεν είναι σταθερή, οπότε δεν προβλέπουμε ακριβείς τιμές, αλλά ξέρουμε τη μορφή της συμπεριφοράς.

• Η VDR έχει αντίσταση που μειώνεται καθώς αυξάνεται η τάση.
• Καθώς η τάση ανεβαίνει 11V→20V, το ρεύμα αυξάνεται όλο και πιο απότομα.
• Ο λόγος \( V/I \) δεν παραμένει σταθερός — μικραίνει.

Απάντηση: στον Πίνακα 2 το ρεύμα αυξάνεται μη γραμμικά και ο λόγος \( V/I \) (φαινόμενη αντίσταση) μειώνεται — χαρακτηριστικό της VDR.

Ερώτημα 9 — Διαφέρει η καμπύλη; Γιατί;

• Ναι, διαφέρει: στο βήμα 5 ήταν ευθεία· εδώ είναι μη γραμμική καμπύλη.
• Η σταθερή αντίσταση είναι γραμμικό στοιχείο (R σταθερό → I ανάλογο V → ευθεία).
• Η VDR είναι μη γραμμικό στοιχείο: η αντίστασή της μεταβάλλεται με την τάση, οπότε το ρεύμα ανεβαίνει δυσανάλογα και η καμπύλη κυρτώνει.

Απάντηση: Ναι — καμπύλη αντί για ευθεία. Οφείλεται στο ότι η VDR είναι μη γραμμικό στοιχείο (μεταβλητή αντίσταση), ενώ η αντίσταση του βήματος 5 είναι γραμμικό (ωμικό) στοιχείο με σταθερό R.

Πρόσεξε: η μορφή της καμπύλης αποκαλύπτει τη φύση του στοιχείου (ευθεία = γραμμικό, καμπύλη = μη γραμμικό). Η VDR χρησιμοποιείται στην πράξη ως προστασία από υπερτάσεις. Άλλα μη γραμμικά στοιχεία: δίοδος, LDR, θερμίστορ.