Исследование нелинейного сопротивления ламп накаливания: практическое лабораторное руководство

ДЕТАЛИ И МАТЕРИАЛЫ

• Калькулятор (или карандаш и бумага для арифметики)
• 6-вольтовая батарея
• Низковольтовая лампа накаливания (Radio Shack каталог #272-1130 или эквивалент)

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Lessons In Electric Circuits, Volume 1, chapter 2: «Ohm's Law»

ОБУЧАЮЩИЕ ЦЕЛИ

• Использование вольтметра, амперметра и омметра
• Применение закона Ома в реальных цепях
• Признание того, что некоторые сопротивления варьируются с рабочими условиями
• Применение научного метода для тестирования гипотез

СХЕМАТИЧЕСКАЯ ДИАГРАММА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

1. Измерьте сопротивление лампы мультиметром пока она **не под питанием**. Это значение отражает тонкую металлическую нить внутри лампы и будет выше перемыточного провода, но ниже резисторов, использованных в предыдущих экспериментах. Запишите эту цифру для последующего сравнения.

2. Соберите простую однобатарейную, одноламповую последовательную цепь. Установите мультиметр на подходящий напряжения диапазон и запишите напряжение через лампу, как только она загорится. Сохраните это значение рядом с ранее измеренным сопротивлением.

3. Переключите мультиметр на его самый высокий токовый диапазон (или позвольте ему авторейнжиться) и вставьте амперметр последовательно с батареей и лампой. Выберите диапазон, дающий четкое чтение без перерейнжа. Запишите измеренный ток вместе с ранее отмеченным напряжением и сопротивлением.

4. Вычислите ожидаемый ток используя закон Ома: I = V ÷ R. Сравните этот вычисленный ток с измеренным. Обычно вычисленный ток будет значительно выше измеренного.

5. Переизмерьте сопротивление лампы используя другую модель мультиметра (аналоговый vs цифровой). Помните, что сопротивление должно измеряться только на непитаемом компоненте; иначе внешние напряжения исказят чтение. Аналоговые мультиметры часто сообщают более высокое сопротивление для той же лампы, чем цифровые.

6. Размышляйте о том, почему сопротивление лампы меняется между зажженным и не зажженным состояниями или при измерении разными мультиметрами. Рассмотрите факторы вроде температуры нити, материальных свойств и внутреннего сопротивления мультиметра. Сформулируйте гипотезу, объясняющую это нелинейное поведение.

7. Протестируйте вашу гипотезу, введя внешнюю переменную — такое как дополнительное световое воздействие — к лампе во время измерения ее сопротивления. Если сопротивление меняется в ответ, ваша гипотеза получает доказательства; если нет, она фальсифицирована и вы должны искать альтернативное объяснение.

Следуя этому систематическому подходу, вы получите практический опыт с техниками измерения, углубите понимание нелинейного сопротивления и попрактикуете научный метод в контролируемой лабораторной настройке.