Eksperimen: Menentukan d.g.e. dan rintangan dalam sel kering

Tujuan

Menentukan daya gerak elektrik (d.g.e.) dan rintangan dalam sel kering.

Pemboleh ubah

• Dimanipulasi: Arus yang dikeluarkan daripada sel, I
• Bergerak balas: Beza keupayaan terminal, V
• Dimalarkan: Sel kering yang sama

Radas & bahan

• Sel kering
• Reostat
• Ammeter
• Voltmeter
• Suis
• Wayar penyambung

Prosedur

1. Sambungkan sel kering secara sesiri dengan reostat, ammeter dan suis, dan sambungkan voltmeter merentasi terminal sel.
2. Tetapkan reostat untuk arus kecil, kemudian tutup suis dan rekod arus I dan voltan terminal V.
3. Rendahkan rintangan reostat untuk menambah arus sedikit dan rekod I dan V baharu.
4. Ambil lima atau enam pasang bacaan dalam julat arus, mematikan suis antara bacaan.
5. Rekod I dan V bagi setiap tetapan.

Menjadualkan keputusan

Rekod arus I dalam A dan beza keupayaan terminal V dalam V bagi setiap tetapan. Kekalkan bilangan tempat perpuluhan yang konsisten.

Graf

Plot V (paksi-y) melawan I (paksi-x). Titik-titik memberi garis lurus dengan kecerunan negatif; pintasan pada paksi-V ialah d.g.e. dan magnitud kecerunan ialah rintangan dalam.

Analisis

Voltan terminal mematuhi V = ε − Ir. Pintasan graf V melawan I pada paksi-V memberikan d.g.e. ε, dan magnitud kecerunan memberikan rintangan dalam r.

Elektrik · Kemahiran graf

Contoh keputusan dan maksudnya

Berikut satu set bacaan contoh bagi satu sel kering (labelkan dengan jelas sebagai data contoh dalam skrip anda):

• I / A = 0.20, V / V = 1.48
• I / A = 0.40, V / V = 1.42
• I / A = 0.60, V / V = 1.36
• I / A = 0.80, V / V = 1.30
• I / A = 1.00, V / V = 1.24

Apabila arus yang dikeluarkan daripada sel bertambah, beza keupayaan terminal V menurun secara berterusan. Saiz penurunan itu ialah voltan hilang, iaitu Ir merentasi rintangan dalam sel itu sendiri.

Ini menunjukkan sel tidak dapat membekalkan d.g.e. penuhnya kepada litar luar apabila arus mengalir: sebahagian voltan digunakan di dalam sel.

Perhatikan coraknya sekata. Setiap kenaikan 0.20 A dalam arus memberi penurunan kira-kira 0.06 V dalam V, jadi bacaan terletak pada satu garis lurus.

Langkah sekata begini menandakan rintangan dalam yang malar dan keputusan yang bersih serta boleh digunakan.

Membaca graf dan mencari jawapan

Plot V pada paksi-y melawan I pada paksi-x. Bentuk yang dijangka ialah garis lurus yang mencerun ke bawah, kerana V = ε − Ir.

Dua kuantiti terhasil daripada garis itu: pintasan pada paksi-V ialah d.g.e. ε, dan magnitud kecerunan ialah rintangan dalam r.

Untuk mencari kecerunan, lukis segi tiga besar menggunakan dua titik yang jauh terpisah pada garis penyuaian terbaik, contohnya (0.20 A, 1.48 V) dan (1.00 A, 1.24 V):

kecerunan = (1.24 − 1.48) V ÷ (1.00 − 0.20) A = −0.24 V ÷ 0.80 A = −0.30 V A⁻¹, maka r = 0.30 Ω.

Panjangkan garis balik ke I = 0 untuk membaca pintasan: ε = 1.48 V + (0.30 V A⁻¹ × 0.20 A) = 1.54 V. Jadi sel ini mempunyai d.g.e. kira-kira 1.54 V dan rintangan dalam 0.30 Ω.

Markah yang dicari pemeriksa

Langkah berjaga-jaga yang melindungi keputusan: buka suis antara bacaan supaya sel tidak cepat susut, elakkan mengeluarkan arus yang sangat besar yang akan memanaskan sel dan menukar kelakuannya, dan semak kedua-dua meter untuk ralat sifar sebelum mula.

Bagi kemahiran proses sains Kertas 3, markah datang daripada amalan yang baik, bukan nasib:

• Ambil lima atau enam pasang bacaan yang tersebar luas supaya garis jelas.
• Lukis satu garis lurus penyuaian terbaik dengan titik bertaburan sekata pada kedua-dua belah.
• Guna segi tiga besar untuk kecerunan dan nyatakan unitnya, V A⁻¹.
• Ekstrapolasi garis dengan kemas ke I = 0 untuk membaca d.g.e. sebagai pintasan.
• Nyatakan d.g.e. dan rintangan dalam akhir dengan unit yang betul dan kejituan yang munasabah.

Sumber: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)