Eksperimen: Membandingkan konduktor ohmik dan bukan ohmik

Tujuan

Membandingkan ciri arus–voltan konduktor ohmik (dawai konstantan) dan komponen bukan ohmik (mentol berfilamen).

Pemboleh ubah

• Dimanipulasi: Beza keupayaan merentasi komponen, V
• Bergerak balas: Arus melalui komponen, I
• Dimalarkan: Komponen yang diuji (dan, bagi dawai ohmik, suhunya)

Radas & bahan

• Dawai konstantan (perintang tetap)
• Mentol berfilamen
• Reostat
• Ammeter
• Voltmeter
• Sel kering atau bekalan kuasa
• Suis
• Wayar penyambung

Prosedur

1. Sambungkan dawai konstantan secara sesiri dengan ammeter, reostat, suis dan bateri, dan sambungkan voltmeter merentasi dawai.
2. Laraskan reostat sehingga voltmeter membaca V = 0.5 V dan rekod arus I.
3. Tambah V dalam langkah yang sama, merekod I pada setiap langkah; matikan suis antara bacaan untuk menghalang dawai daripada memanas.
4. Gantikan dawai dengan mentol berfilamen dan ulang bacaan dalam julat yang sama.
5. Rekod V dan I bagi setiap komponen.

Menjadualkan keputusan

Bagi setiap komponen rekod beza keupayaan V dalam V dan arus I dalam A. Anda boleh menambah lajur nisbah V / I untuk membandingkan rintangan.

Graf

Plot I (paksi-y) melawan V (paksi-x) bagi kedua-dua komponen. Dawai ohmik memberi garis lurus melalui asalan (rintangan malar); mentol berfilamen memberi lengkung yang membengkok.

Analisis

Bagi konduktor ohmik V / I adalah malar, jadi ia mematuhi hukum Ohm. Bagi mentol berfilamen rintangan R = V / I bertambah apabila V bertambah, kerana filamen menjadi lebih panas; ia bukan ohmik.

Elektrik · Kemahiran graf

Contoh keputusan dan maksudnya

Data contoh bagi dua komponen dalam julat beza keupayaan yang sama:

• Dawai konstantan: V = 0.5 V, I = 0.10 A; V = 1.0 V, I = 0.20 A; V = 1.5 V, I = 0.30 A; V = 2.0 V, I = 0.40 A; V = 2.5 V, I = 0.50 A
• Mentol filamen: V = 0.5 V, I = 0.20 A; V = 1.0 V, I = 0.34 A; V = 1.5 V, I = 0.44 A; V = 2.0 V, I = 0.52 A; V = 2.5 V, I = 0.58 A

Bagi dawai konstantan, nisbah V / I sama setiap kali (0.5 / 0.10 = 5.0 Ω, 2.5 / 0.50 = 5.0 Ω), jadi rintangannya malar. Bagi mentol filamen, V / I meningkat (0.5 / 0.20 = 2.5 Ω hingga 2.5 / 0.58 ≈ 4.3 Ω), jadi rintangannya bertambah.

Perbezaan ini kerana filamen mentol menjadi lebih panas apabila arus bertambah, manakala dawai konstantan dikekalkan sejuk.

Membaca graf dan mencari jawapan

Plot arus I (paksi-y) melawan beza keupayaan V (paksi-x) bagi kedua-dua komponen pada paksi yang sama.

Dawai konstantan memberi garis lurus melalui asalan: kecerunan malar bermaksud rintangan malar, jadi ia mematuhi hukum Ohm. Kecerunan garis ini ialah 1 / R. Menggunakan segi tiga besar dari (0.5 V, 0.10 A) ke (2.5 V, 0.50 A):

kecerunan = ΔI ÷ ΔV = (0.50 − 0.10) A ÷ (2.5 − 0.5) V = 0.40 A ÷ 2.0 V = 0.20 A V⁻¹, jadi R = 1 ÷ 0.20 A V⁻¹ = 5.0 Ω.

Mentol filamen memberi lengkung yang membengkok ke arah paksi-V: apabila V naik garis menjadi kurang curam, menunjukkan rintangan sedang bertambah. Oleh sebab garis I–V-nya tidak lurus, mentol ialah konduktor tak ohmik.

Markah yang diperhati pemeriksa

Untuk markah amali: matikan suis antara bacaan supaya dawai konstantan tidak menjadi panas dan mengubah rintangannya, semak kedua-dua meter untuk ralat sifar sebelum bermula, dan sambung ammeter secara sesiri dengan komponen serta voltmeter secara selari merentasinya.

Untuk markah kemahiran proses sains Kertas 3, namakan pemboleh ubah: pemboleh ubah dimanipulasi ialah beza keupayaan V, pemboleh ubah bergerak balas ialah arus I, dan pemboleh ubah dimalarkan ialah komponen yang diuji (dan, bagi dawai, suhunya). Jadualkan V dalam V dan I dalam A, dengan lajur V / I dalam Ω supaya corak malar berbanding meningkat kelihatan.

Lukis kedua-dua garis I–V pada skala sekata. Kesimpulan hendaklah membandingkan kedua-duanya: dawai konstantan mematuhi hukum Ohm kerana V / I malar, manakala mentol filamen tak ohmik kerana rintangannya bertambah apabila menjadi panas.

Sentiasa beri nilai rintangan dengan unit Ω.

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