1
Vaacuteclav Pazdera Jan Diviš Jan Nohyacutel
Měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin se systeacutemem Vernier
Pracovniacute listy SEPTIMA pro zaacutekladniacute školy a viacuteceletaacute gymnaacutezia
Fyzika na sceacuteně - exploratorium pro žaacuteky zaacutekladniacutech a středniacutech škol
reg č CZ1071104030042
2
3
Obsah
7 SEPTIMA
71 Elektrickyacute naacuteboj Coulombův zaacutekon 5 72 Kapacita kondenzaacutetoru 13 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů 19 74 Ohmův zaacutekon 25 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod 31 76 Termistor 37 77 Fotorezistor 45 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač 53 79 Elektrolyacuteza 61
710 Magnetickeacute pole ciacutevky 67
711 Magnetickeacute pole Země 73
712 Magnetickeacute pole magnetu 81
713 Vlastnosti feromagnetickyacutech laacutetek 85
714 Hallův jev 89
715 Magnetickyacute zaacuteznam signaacutelu 97
716 Elektromagnetickaacute indukce 101
717 Demonstrace volneacuteho paacutedu 106
718 Přechodnyacute děj 107
719 Střiacutedavyacute proud s odporem 115
720 Vyacutekon střiacutedaveacuteho proudu s odporem 117 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute 119 722 Střiacutedavyacute proud s kapacitou 125 723 Složenyacute obvod střiacutedaveacuteho proudu 127 724 Usměrňovač 129 725 Trojfaacutezovaacute soustava 137 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor 143 727 Vlastnosti elektromagnetickeacuteho vlněniacute 149 Poznaacutemka Modře jsou podbarveneacute uacutelohy pro ktereacute byly vytvořeny pouze pracovniacute listy a nebyly vytvořeny protokoly a vzorovaacute řešeniacute
4
Uacutevod
Fyzikaacutelniacute veličina je jakaacutekoliv objektivniacute vlastnost hmoty jejiacutež hodnotu lze změřit nebo spočiacutetat Měřeniacute fyzikaacutelniacute veličiny je praktickyacute postup zjištěniacute hodnoty fyzikaacutelniacute veličiny Metody měřeniacute lze rozdělit na absolutniacute a relativniacute přiacutemeacute a nepřiacutemeacute
Tento sborniacutek pracovniacutech listů protokolů a vzorovyacutech řešeniacute je věnovaacuten měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin měřiacuteciacutem systeacutemem Vernier Samozřejmě lze stejneacute uacutelohy měřit i s pomociacute jinyacutech měřiacuteciacutech systeacutemů
Sborniacutek je určen pro studenty a učitele Sborniacutek pro PRIMU SEKUNDU TERCII a KVARTU pokryacutevaacute učivo nižšiacuteho
gymnaacutezia a jim odpoviacutedajiacuteciacutem ročniacutekům zaacutekladniacutech škol Sborniacutek pro KVINTU SEXTU SEPTIMU a OKTAacuteVU pokryacutevaacute učivo fyziky pro vyššiacute stupeň gymnaacutezia nebo středniacute školy
U každeacuteho pracovniacuteho listu je uvedena stručnaacute fyzikaacutelniacute teorie seznam potřebnyacutech pomůcek scheacutema zapojeniacute stručnyacute postup jednoducheacute nastaveniacute měřiacuteciacuteho systeacutemu ukaacutezka naměřenyacutech hodnot a přiacutepadně dalšiacute naacuteměty k měřeniacute
Protokol sloužiacute pro studenta k vyplněniacute a vypracovaacuteniacute Vzoroveacute řešeniacute (vyplněnyacute protokol) sloužiacute pro učitele jako možnyacute způsob
vypracovaacuteniacute (vyplněniacute) Byl bych raacuted kdyby sborniacutek pomohl studentům a učitelům fyziky při objevovaacuteniacute kraacutes
vědy zvaneacute fyzika a vyacutehod ktereacute nabiacuteziacute měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin pomociacute měřiacuteciacutech systeacutemů ve spojeniacute s PC
Jakeacute jsou vyacutehody měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin se systeacutemem Vernier (nebo jinyacutech) K měřiacuteciacutemu systeacutemu můžeme připojit až 60 různyacutech senzorů
Všechna měřeniacute různyacutech fyzikaacutelniacutech veličin se ovlaacutedajiacute stejně což přinaacutešiacute meacuteně stresu viacutece času a radosti z měřeniacute
Při použitiacute dataprojektoru maacuteme obrovskyacute měřiciacute přiacutestroj Měřeniacute můžeme provaacutedět ve třiacutedě i v tereacutenu Měřeniacute lehce zvlaacutednou bdquomaliacuteldquo i bdquovelciacuteldquo Můžeme měřit několik veličin současně a v zaacutevislosti na sobě Naměřeneacute hodnoty lze přenaacutešet i do jinyacutech programů Naměřeneacute hodnoty lze uložit pro dalšiacute měřeniacute nebo zpracovaacuteniacute Lze měřit i obtiacutežně měřeneacute veličiny a lze měřit i dopočiacutetaacutevaneacute veličiny Lze měřit velmi rychleacute děje a velmi pomaleacute děje Pořiacutezeniacute měřiacuteciacuteho systeacutemu neniacute draheacute Maacuteme k dispozici hodně naacutemětů k měřeniacute Vyacutesledek měřeniacute naacutes někdy překvapiacute a hellip poučiacute Ve většině měřeniacute je vyacutestupem bdquografldquo ndash velmi naacutezorně se buduje vniacutemaacuteniacute fyzikaacutelniacutech
vztahů mezi veličinami Přeji mnoho zdaru při měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin a hodně radosti z naměřenyacutech vyacutesledků Olomouc 2012 Vaacuteclav Pazdera
5
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole 71 ELEKTRICKYacute NAacuteBOJ
Fyzikaacutelniacute princip Elektrickyacute naacuteboj Q je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje stav zelektrovaacuteniacute těles Jeho jednotkou je coulomb ndash značka C Naacuteboj 1 C je jednotka velkaacute Při pokusech ve třiacutedě pracujeme s naacuteboji o velikostech desiacutetek nC (nano coulombů) 1 nC je přibližně 6 000 000 000 elementaacuterniacutech elektrickyacutech naacutebojů (naacuteboj elektronuhellip) Existujiacute dva druhy elektrickeacuteho naacuteboje Kladnyacute elektrickyacute naacuteboj (na skleněneacute tyči) a zaacutepornyacute elektrickyacute naacuteboj (na plastoveacute tyči) Zaacuteporně nabiteacute těleso maacute viacutece elektronů než protonů V kladně nabiteacutem tělese převažujiacute protony K přesneacutemu měřeniacute velikostiacute naacutebojů zelektrovanyacutech těles sloužiacute měřič naacuteboje Velikost elektrickyacutech sil Fe kteryacutemi na sebe působiacute dva bodoveacute naacuteboje Q1 a Q2 je přiacutemo uacuteměrnaacute absolutniacute hodnotě součinu jejich velikostiacute a nepřiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině jejich vzdaacutelenostiacute r
221
02
21
41
rQQ
rQQ
kFr
e
Ciacutel Změřit naacuteboje různyacutech zelektrovanyacutech těles Sledovat jak se tento naacuteboj měniacute při různyacutech dějiacutech nabiacutejeniacute a vybiacutejeniacute Ověřit Coulombův zaacutekon Pomůcky LabQuest měřič naacuteboje CRG-BTA siloměr BFS-BTA tělesa (plechovka na polystyreacutenu kovoveacute kuličky s papiacuterky) kovoveacute kuličky na izolovaneacutem držadle zdroj vn k nabiacutejeniacute těles
6
Scheacutema
Postup 1 Měřič naacuteboje CRG-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 LabQuestu Plechovku položiacuteme
na polystyreacutenovou desku a připojiacuteme k niacute kladnou krokosvorku měřiče naacuteboje (stačiacute plechovku postavit na kovovou tyčinku připojenou ke krokosvorce) Zaacutepornou svorku spojiacuteme s uzemňovaciacute zdiacuteřkou zdroje vn Ke zdroji vn (ke kladneacute a zaacuteporneacute svorce 10 kV) připojiacuteme dvě kovovaacute tělesa s papiacuterky Zapneme zdroj vn (tělesa se nabiacutejejiacute) Na senzoru zvoliacuteme rozsah plusmn 100 nC
2 Zapneme LabQuest 3 Tlačiacutetkem na senzoru bdquovybijemeldquo naacuteboj (vynulujeme senzor) 4 Postupně nabiacutejiacuteme těleso (plechovku) kladně nebo zaacuteporně ndash dotykem ebonitoveacute nebo
skleněneacute tyče (třeniacutem nabiteacute) Sledujeme jak se měniacute naacuteboj Stejneacute můžeme provaacutedět pomociacute umělohmotneacute slaacutemky
7
5 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s Frekvence 2 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf
6 Tlačiacutetkem na senzoru bdquovybijemeldquo naacuteboj (vynulujeme senzor) 7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Pomociacute kuliček na izolovaneacutem držadle přenaacutešiacuteme nejdřiacuteve kladnyacute naacuteboj Sledujeme o
kolik vzroste Pak přenaacutešiacuteme zaacutepornyacute naacuteboj Sledujeme o kolik klesne kladnyacute naacuteboj (vzroste zaacutepornyacute naacuteboj) Zkoušiacuteme postupně pro tři průměry kuliček Porovnaacuteme vyacutesledky
9 Při dalšiacutem měřeniacute propojiacuteme nabiacutejeneacute těleso (plechovku) s kladně (při dalšiacutem postupu
zaacuteporně) nabityacutem tělesem pomociacute ebonitoveacute tyče skleněneacute tyče Sledujeme zda roste nebo klesaacute naacuteboj Proč neroste (neklesaacute)
10 Při dalšiacutem měřeniacute propojiacuteme nabiacutejeneacute těleso (plechovku) s kladně (při dalšiacutem postupu zaacuteporně) nabityacutem tělesem pomociacute dřevěneacute špejle průřezu 3times3 mm Sledujeme co se děje V dalšiacutem postupu zkracujeme deacutelku špejle Sledujeme jak se měniacute nabiacutejeniacute V dalšiacutem postupu použijeme špejli 9times9 mm Jak se změniacute vyacutesledek měřeniacute Proč je tomu tak
8
11 Vyhodnotiacuteme vyacutesledky měřeniacute Jak velkeacute jsou naacuteboje při pokusech (v coulombech
v elementaacuterniacutech naacutebojiacutech)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pouze přibližujeme a vzdalujeme nabitou tyč (ebonitovou nebo skleněnou) k tělesu
(plechovce) a sledujeme jak se měniacute naacuteboj O jakyacute jev se jednaacute Čiacutem je způsoben 2 Plechovku připojiacuteme ke zdroji kladneacuteho vn napětiacute (nabije se kladně) Měřič naacuteboje
připojiacuteme ke kovoveacute kuličce na izolovaneacutem držaacuteku Zapneme měřeniacute a přejiacuteždiacuteme plynule v okoliacute svisleacute stěny plechovky (nedotyacutekaacuteme se) přibližně ve stejneacute vzdaacutelenosti Sledujeme naměřeneacute hodnoty Co můžeme usoudit o rozloženiacute naacuteboje na povrchu plechovky
3 Zkus změřit siacutelu mezi dvěma nesouhlasně nabityacutemi tělesy Zkus naměřeneacute ověřit vyacutepočtem
9
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 71 Elektrickyacute naacuteboj Coulombův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf působeniacute elektrickyacutech sil po zapnutiacute zdroje vn
Velikost siacutely F = mN 2 Vyacutepočet
221
02
21
41
rQQ
rQQ
kFr
e
=
1441
41 63
221
0 ra
ra
rQQ
Fr
e =
3 Tabulka - Zaacutevěr
10
11
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 71 Elektrickyacute naacuteboj Coulombův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf působeniacute elektrickyacutech sil po zapnutiacute zdroje vn
Velikost siacutely F = 17 mN 2 Vyacutepočet
221
02
21
41
rQQ
rQQ
kFr
e
= mN816
060)1082(109 2
299
1441
41 63
221
0 ra
ra
rQQ
Fr
e = 166 mN
3 Zaacutevěr Naměřenaacute hodnota elektrickeacute siacutely se shoduje s vypočiacutetanou
12
13
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole
72 KAPACITA KONDENZAacuteTORU
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q= f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Určit kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute přechodneacuteho děje ndash vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod dle scheacutema a)
14
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V těsně před přepnutiacutem přepiacutenače 6 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q =C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
7 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 2 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 1 000 Ω)
15
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty
a) U = Q =
b) UQC
3 Zaacutevěr
16
17
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25 degC
Tlak 998 hPa
Vlhkost 53
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty U = 481 V Q = 0010036 C
UQC F002150
814010360
3 Zaacutevěr
Jmenovitaacute hodnota kapacity kondenzaacutetoru je 2 200microF Změřenaacute a vypočiacutetanaacute je 2 150 microF
18
19
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole 73 VYBIacuteJENIacute KONDENZAacuteTORŮ
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q = f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Změřit vybiacutejeciacute křivku kondenzaacutetoru Určit kapacitu kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 1 kΩ 2 ks kondenzaacutetory 2 200 μF voltmetr VP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry DVP-BTA ke vstupu CH1 a CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod
podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 30 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 1 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
20
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač podle scheacutema a po sekundě (odhadneme) přepneme přepiacutenač opačně
5 Měřeniacute uložiacuteme Opakujeme pro dva kondenzaacutetory zapojeneacute paralelně a do seacuterie 6 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V (začaacutetek měřeniacute) 7 Vytvořiacuteme novou vypočiacutetaacutevanou veličinu I = UR (R = 1 000 Ω) 8 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q = C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
9 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči rovnici funkce U = f (t) přiacutepadně I = f (t) 2 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 3 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 10 kΩ)
21
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
CeAU tB = helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
22
23
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
598100324 23750 ttB eCeAU (červenyacute graf) 3 Zaacutevěr
Napětiacute na kondenzaacutetoru při vybiacutejeniacute klesaacute podle exponenciaacutelniacute funkce
24
25
Elektrickyacute proud v kovech 74 OHMŮV ZAacuteKON
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon Pokud maacute kovovyacute vodič staacutelou teplotu je proud prochaacutezejiacuteciacute vodičem přiacutemo uacuteměrnyacute napětiacute mezi konci vodiče (r 1826 GSOhm) Grafem přiacutemeacute uacuteměrnostiacute je přiacutemka prochaacutezejiacuteciacute počaacutetkem Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky a rezistory 12 Ω 33 Ω a 100 Ω Pomůcky LabQuest rezistor 33 Ω a 100 Ω žaacuterovka 6 V03 A voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 60 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme napětiacute
Vlevo 0 Vpravo 6 V Na ose y zvoliacuteme Elektrickyacute proud a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 06 A V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
26
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Reostatem pomalu zvyšujeme napětiacute a proud Hodnota napětiacute nesmiacute překročit 5 V a
proudu 06 A Zobrazuje se tzv voltampeacuterovaacute charakteristika Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro rezistor 33 Ω a pro žaacuterovku
7 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Platiacute Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky 2 Porovnej voltampeacuteroveacute charakteristiky rezistorů s různyacutemi hodnotami odporů 3 Zkus vymyslet jak ověřiacuteš že Ohmův zaacutekon platiacute i pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky
27
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
a) pro žaacuterovku
b) pro vodič
28
2 Zaacutevěr
29
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
pro žaacuterovku a pro vodič (rezistor)
2 Zaacutevěr Pro žaacuterovku nevychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) protože se teplota wolframoveacuteho vlaacutekna měniacute a tiacutem i jeho odpor Pro rezistory (vodič) vychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) Sklon polopřiacutemky zaacutevisiacute na odporu vodiče ndash čiacutem je odpor většiacute tiacutem je sklon menšiacute
30
31
Elektrickyacute proud v kovech
75 OHMŮV ZAacuteKON PRO UZAVŘENYacute OBVOD
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Proud v uzavřeneacutem obvodu je roven podiacutelu elektromotorickeacuteho napětiacute Ue zdroje a celkoveacuteho odporu R + Ri kde Ri je vnitřniacute odpor zdroje
i
e
RRUI
Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat 100 Ω a 10 kΩ
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema
32
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Elektrickeacute napětiacute a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 V V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat - Ampeacutermetr Reostat 100 Ω a 10 kΩ nastaviacuteme na max hodnoty odporu
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Sepneme spiacutenač 5 Reostatem 10 kΩ pomalu (10 s) zvětšujeme proud (hodnota odporu na min) Jakmile
reostat 10 kΩ vytočiacuteme do krajniacute polohy (min) pokračujeme stejně reostatem 100 Ω do krajniacute polohy (min) Hodnota proudu nesmiacute překročit 06 A což při napětiacute 45 V zajistiacute rezistor 10 Ω Zobrazuje se tzv zatěžovaciacute charakteristika zdroje Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro různě stareacute plocheacute baterie
7 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku Napětiacute
Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute Určiacuteme koeficienty lineaacuterniacute funkce Opakujeme pro všechny grafy
8 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona pro uzavřenyacute obvod)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z koeficientů lineaacuterniacutech funkciacute určete napětiacute napraacutezdno U0 a zkratovyacute proud Ik Daacutele
určete vnitřniacute odpor Ri plocheacute baterie noveacute a stareacute 2 Vnitřniacute odpor plocheacute baterie se staacuteřiacutem zvětšuje Jak se to projevuje na zatěžovaciacute
charakteristice
33
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
1 Vyacutepočet a) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip
b) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip 2 Zaacutevěr
34
35
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
2 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
3 Vyacutepočet a) U = f(I)= -09126I+4925 U0=4925 V Ik=54 A Ri=09126 b) U = f(I)= -5011I+445 U0=445 V Ik=089 A Ri=5011 c) U = f(I)= -RiI+U0= -4244I+4132 U0=4132V Ik=097 A Ri=4244 4 Zaacutevěr Novaacute plochaacute baterie maacute většiacute svorkoveacute napětiacute na praacutezdno U0 většiacute zkratovyacute proud Ik a menšiacute vnitřniacute odpor Ri U staršiacute (reacute) plocheacute baterie je to naopak
36
37
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 76 TERMISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Termistor je polovodičovaacute součaacutestka jejiacutež odpor zaacutevisiacute na teplotě
Z teorie vyplyacutevaacute že zaacutevislost odporu termistoru na teplotě je daacutena vztahem
16273 tT eAeAR
(1) T hellip termodynamickaacute teplota R hellip odpor termistoru při daneacute teplotě T A hellip lineaacuterniacute koeficient β hellip index citlivosti materiaacutelu termistoru Pokud bychom chtěli využiacutevat termistor jako teploměr budeme potřebovat znaacutet inverzniacute funkci (2) tedy funkci vyjadřujiacuteciacute zaacutevislost teploty na odporu Tuto funkci ziacuteskaacuteme z rovnice (1) aplikovaacuteniacutem přirozeneacuteho logaritmu naacuteslednou uacutepravou a převedeniacutem do Celsiovy stupnice
15273ln
15273lnln
ARAR
t (2)
t hellip teplota ve degC R hellip odpor termistoru v Ω Ciacutel Změř zaacutevislost odporu termistoru na teplotě Z grafu urči konstanty A a β
38
Pomůcky LabQuest ohmmetr (musiacute byacutet nainstalovaacuten) teploměr TMP-BTA rychlovarnaacute konvice s horkou vodou termistory se jmenovitou hodnotou odporu 47 kΩ 10 kΩ 15 kΩ počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 V konvici si ohřejeme vodu 2 Teploměr TMP-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 2 a ohmmetr do konektoru CH 1
LabQuestu 3 K ohmmetru připojiacuteme termistor (10 kΩ) kteryacute zastrčiacuteme společně s teploměrem do
kaacutedinky 4 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 5 Zapneme LabQuest 6 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko
zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance) 7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s
Frekvence 1 čteniacutes 8 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a
na osu x Teplotu
39
9 Nalejeme horkou vodu z konvice do kaacutedinky s teploměrem a termistorem a zapneme Sběr dat v programu LoggerPro
10 Voda postupně chladne a počiacutetač vykresluje graf zaacutevislosti R = f(t) Ochlazovaacuteniacute můžeme pomalu urychlovat opatrnyacutem přileacutevaacuteniacutem studeneacute vody a současnyacutem miacutechaacuteniacutem Pro hlubšiacute ochlazeniacute můžeme použiacutet kousek ledu
11 Po skončeniacute měřeniacute (300 s) uložiacuteme toto měřeniacute do paměti ndash menu Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute a můžeme opakovat měřeniacute pro dalšiacute termistor Nebo při měřeniacute použiacutet současně dva ohmmetry (CH 2 a CH 3) a dva termistory
12 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash sestrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a β
2 V programu Logger Pro můžeme v menu Analyacuteza ndash Curve Fit zkusit proložit funkci kterou si vybereme ze seznamu A určiacuteme koeficienty A a β Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že zvolenaacute funkce bdquofungujeldquo
3 Zdůvodněte proč odpor termistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
40
41
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
3 Jakaacute je to funkce
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R )
Termistor
Termistor
Termistor
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
42
43
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
Termistory 15k 10k a 4k7 dosahujiacute jmenoviteacute hodnoty přibližně při 25 degC Termistory s většiacutem jmenovityacutem odporem majiacute při stejně velkeacute změně teploty většiacute změnu odporu Index citlivosti materiaacutelu je přibližně stejnyacute
3 Jakaacute je to funkce
Exponenciaacutelniacute klesajiacuteciacute 16273 tT eAeAR
44
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R ) Termistor 15000Ω 3285 02388 15273
3285
23880 teR 15273
23880lnln3285
R
t
Termistor 10000Ω 3592 005836 15273
3592
058360 teR 15273
058360lnln3592
R
t
Termistor 4700 Ω 3545 003204 15273
3545
032040 teR 15273
032040lnln3545
R
t
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
S rostouciacute teplotou se rychle zvětšuje hustota volnyacutech bdquovytřesenyacutechldquo elektronů z vazeb a tiacutem rezistivita rychle klesaacute
45
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 77 FOTOREZISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Fotorezistor (dřiacuteve označovaacuten jako fotoodpor) je pasivniacute elektrotechnickaacute součaacutestka bez PN přechodu jejiacutež elektrickyacute odpor R se snižuje se zvyšujiacuteciacutem se osvětleniacutem E resp elektrickaacute vodivost G se zvyšuje
Princip fotorezistoru je založen na vnitřniacutem fotoelektrickeacutem jevu světlo (foton) naraziacute do elektronu ve valenčniacute sfeacuteře a předaacute mu svoji energii tiacutem elektron ziacuteskaacute dostatek energie k překonaacuteniacute zakaacutezaneacuteho paacutesu a skočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho Tiacutem opustiacute svůj atom a pohybuje se jako volnyacute elektron prostorem krystaloveacute mřiacutežky Na jeho miacutestě vznikla diacutera Takto vznikleacute volneacute elektrony přispiacutevajiacute ke sniacuteženiacute elektrickeacuteho odporu R (zvyacutešeniacute elektrickeacute vodivosti G) Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost Funkce R = f(E) je funkce mocninnaacute R = AmiddotE-B Tuto funkci můžeme zlogaritmovat a převeacutest
na funkci lineaacuterniacute lnR= -BmiddotlnE + lnA nebo určit inverzniacute funkci BB RAE11
Inverzniacute
funkce může sloužit ke konstrukci luxmetru z fotorezistoru Ciacutel Změřit zaacutevislost odporu fotorezistoru na osvětleniacute Z grafu určit konstanty A a B
46
Pomůcky LabQuest 3 ohmmetry (ohmmetr musiacute byacutet nainstalovaacuten) luxmetr LS-BTA fotorezistory počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 Luxmetr LS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 Ohmmetry zapojiacuteme do konektorů
CH 2 CH 3 a CH4 LabQuestu 2 K ohmmetrům připojiacuteme fotorezistory 3 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 4 Zapneme LabQuest
47
5 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance)
6 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s Frekvence 1 čteniacutes
7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a na osu x Osvětleniacute
8 Těsně vedle fotorezistorů umiacutestiacuteme luxmetr 9 Budeme postupně viacutece a viacutece zakryacutevat papiacutery fotorezistory s luxmetrem Tiacutem dosaacutehneme
změnu osvětleniacute a odporu fotorezistorů Zastaviacuteme měřeniacute 10 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů 11 Provedeme analyacutezu grafů Určiacuteme konstanty mocninneacute funkce A a B Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash setrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a B
2 Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že určenaacute funkce bdquofungujeldquo 3 Zdůvodněte proč odpor fotorezistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
48
49
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy 3 Jakaacute je to funkce 4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute Fotorezistor středniacute Fotorezistor velkyacute
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E
50
51
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy Pro tři měřeneacute fotorezistory jsou průběhy funkciacute podobneacute U maleacuteho a středniacuteho fotorezistoru je pokles odporu R většiacute něž u velkeacuteho fotorezistoru při stejně velkeacute změně osvětleniacute E 3 Jakaacute je to funkce Funkce R=f(E) je funkce mocninnaacute R=AmiddotE-B Je to funkce klesajiacuteciacute
52
4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute 100100 07246 R=100100middotE-07246 381
11
7960821 RRAE BB
Fotorezistor středniacute 97030 08379 R=97030middotE-08379 1931
11
894688 RRAE BB
Fotorezistor velkyacute 30350 06885 R=30350middotE-06885 4521
11
3236193 RRAE BB
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem viacutece elektronů přeskočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho a tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost ndash zmenšuje se odpor R
53
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech
78 TRANZISTOR JAKO SPIacuteNAČ A ZESILOVAČ
Fyzikaacutelniacute princip Tranzistor je polovodičovaacute součaacutestka se dvěma přechody PN Středniacute čaacutest krystalu polovodiče je baacuteze B a přechody PN ji oddělujiacute od oblasti s opačnyacutem typem vodivosti kolektorem C a emitorem E Podle druhu vodivosti jednotlivyacutech čaacutestiacute označujeme tranzistory jako typy NPN a PNP
Zaacutekladniacute funkce tranzistoru Maleacute napětiacute v obvodu baacuteze vzbuzuje proud kteryacute je přiacutečinou mnohokraacutet většiacuteho proudu v obvodu kolektoroveacutem Tranzistor se použiacutevaacute jako bdquoelektronickyacute spiacutenačldquo a bdquozesilovačldquo
Ciacutel Ověřit činnost tranzistoroveacuteho spiacutenače a tranzistoroveacuteho zesilovače Pomůcky LabQuest dva voltmetry VP-BTA zapojeniacute tranzistoru jako spiacutenače a zesilovače (podle scheacutema) generaacutetor signaacutelu (může byacutet použit i druhyacute LabQuest se zesilovačem) baterie 45 V
54
Scheacutema
a) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquospiacutenačeldquo
b) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquozesilovačeldquo
55
Postup 1 Voltmetry zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquospiacutenačldquo podle scheacutema a) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1) a
UCE (U2) 3 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme trojuacutehelniacutekovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 5 V
4 Voltmetr U1 připojiacuteme mezi baacutezi a emitor (UBE) Voltmetr U2 připojiacuteme mezi kolektor a
emitor (UCE) 5 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 3 s Frekvence
10 000 čteniacutes 6 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
Tranzistor jako bdquospiacutenačldquo
7 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 8 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquozesilovačldquo podle scheacutema b) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1)
a UCE (U2) Potenciometrem P nastaviacuteme bdquopracovniacute bod tranzistoruldquo ndash UCE bude miacutet přibližně polovičniacute hodnotu napaacutejeciacuteho napětiacute (jestliže napětiacute zdroje je UB= 45 V rarr UCE= 225 V)
9 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme sinusovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 015 V 10 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 01 s Frekvence 10 000 čteniacutes
56
Tranzistor jako bdquozesilovačldquo
11 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 12 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 13 Určiacuteme jakyacute je poměr UCEUBE 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Při jakeacutem napětiacute UBE tranzistor bdquosepneldquo Jak dlouho probiacutehaacute bdquosepnutiacuteldquo (tranzistor jako
spiacutenač) 2 Zkus měnit kmitočet vstupniacuteho napětiacute zesilovače 3 Zkus měnit nastaveniacute pracovniacuteho bodu Jakyacute to maacute vliv na vyacutestupniacute signaacutel 4 Zkus měnit velikost střiacutedaveacuteho vstupniacuteho napětiacute Jakyacute to maacute vliv na tvar vyacutestupniacuteho
napětiacute 5 Urči zesilovaciacute činitel 6 Je vyacutestupniacute signaacutel bdquozkreslenyacuteldquo Co je přiacutečinou
57
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
58
59
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač
2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač
60
b) Tranzistor jako zesilovač
3 Zaacutevěr a)Tranzistor jako spiacutenač ndash z měřeniacute je patrneacute že se tranzistor otevře při překročeniacute napětiacute asi 07 V mezi baacuteziacute a editorem b)Tranzistor jako zesilovač ndash změřeniacute je patrneacute že tranzistor zesiluje napětiacute přibližně 23times Z měřeniacute je daacutele patrneacute že dochaacuteziacute ke zkresleniacute vstupniacuteho signaacutelu
61
Elektrickyacute proud v kapalinaacutech 79 ELEKTROLYacuteZA
Fyzikaacutelniacute princip Elektrolyacutezou nazyacutevaacuteme laacutetkoveacute změny vyvolaneacute při průchodu proudu elektrolytem na elektrodaacutech Faradayův zaacutekon Hmotnost m vyloučeneacute laacutetky je přiacutemo uacuteměrnaacute naacuteboji Q kteryacute prošel elektrolytem M = AQ = AmiddotImiddott Konstanta uacuteměrnosti A kteraacute je pro danou laacutetku charakteristickaacute se nazyacutevaacute elektrochemickyacute ekvivalent laacutetky Ciacutel Určit elektrochemickyacute ekvivalent mědi v roztoku siacuteranu měďnateacuteho CuSO4 Pomůcky LabQuest ampeacutermetr HCS-BTA žaacuterovka 24 V40 W naacutedoba s roztokem Cu2SO4 zdroj stejnosměrneacuteho napětiacute 24 V digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001
Scheacutema
62
Postup 1 Sestaviacuteme měřeniacute podle scheacutema Katodu připevniacuteme na stativ kteryacute stojiacute na digitaacutelniacutech
vahaacutech 2 Ampeacutermetr HCS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 LabQuestu a ten připojiacuteme přes
USB k PC 3 Digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001 připojiacuteme přes USB k PC 4 Zapneme LabQuest 5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 1 vzoreksekundu 6 Zapneme zdroj proudu 7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a nechaacuteme určitou dobu probiacutehat
měřeniacute
8 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 9 V grafu I = f (t) určiacuteme velikost naacuteboje Q kteryacute prošel obvodem pomociacute volby v menu
Analyacuteza - Integraacutel 10 Vypočiacutetaacuteme elektrochemickyacute ekvivalent mědi A (při elektrolyacuteze roztoku Cu2SO4)
zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pomociacute elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi spočiacutetejte Avogadrovu a Faradayovu
konstantu 2 Naměřeneacute hodnoty porovnejte s tabulkovyacutemi hodnotami 3 Zkus zopakovat měřeniacute s jinyacutem elektrolytem 4 Co může byacutet přiacutečinou naacuterůstu elektrickeacuteho proudu v průběhu měřeniacute (viz vyacuteše)
63
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu
3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
64
65
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu 0000002480
1210103 4
3 Zaacutevěr Elektrochemickyacute ekvivalent mědi měřeniacutem a vyacutepočtem vychaacuteziacute 0000000248 kgmiddotC-1 Tabulkovaacute hodnota elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi je A = 03310-6 kgC-1 Chyba měřeniacute je způsobenaacute nepřesnostiacute měřeniacute
66
67
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
710 MAGNETICKEacute POLE CIacuteVKY
Fyzikaacutelniacute princip
Magnetickaacute indukce uvnitř velmi dlouheacute ciacutevky maacute velikost l
INB kde I je velikost
proudu N je celkovyacute počet zaacutevitů a l je deacutelka ciacutevky
Ciacutel Ověřit zaacutevislost magnetickeacute indukce na velikosti proudu prochaacutezejiacuteciacuteho ciacutevkou Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω ampeacutermetr DCP-BTA teslametr MG-BTA ciacutevka 166 a 332 zaacutevitů regulovatelnyacute zdroj proudu a napětiacute BK 127
Scheacutema
68
Postup 1 Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme teslametr MG-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud
Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Magnetickou indukci a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 mT V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Regulovatelnyacutem zdrojem zvyšujeme napětiacute Kontrolujeme proud ndash max 06 A
Teslametrem měřiacuteme magnetickou indukci uvnitř ciacutevky
6 Vysloviacuteme zaacutevěr - jak zaacutevisiacute magnetickaacute indukce B na velikosti elektrickeacute proudu I
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Ze znalosti počtu zaacutevitů deacutelky ciacutevky a proudu spočiacutetej magnetickou indukci 2 Změň ciacutevku a opakuj měřeniacute 3 Změř jak se měniacute magnetickaacute indukce po podeacutelneacute ose ciacutevky při daneacute hodnotě proudu
69
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = helliphellip A N= 332 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
b) I = helliphellip A N= 166 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
70
3 Zaacutevěr
Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = helliphelliphelliphellip mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je měřeniacutem B = helliphelliphelliphellip mT Tyto hodnoty helliphelliphelliphelliphellip s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Jejich rovnice jsou B = helliphelliphelliphellipmiddotI a B = helliphelliphellipmiddotI
71
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = 05807 A N = 332 z l = 15 cm
mTl
INB 615115058070133104 7
b) I = 061 A N = 166 z l = 15 cm mT
lINB 8480
150610166104 7
72
3 Zaacutevěr Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = 1734 mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je B= 0835 mT Tyto hodnoty souhlasiacute s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je přiacutemaacute uacuteměrnost Jejich rovnice jsou B = 2906middotI a B = 1445middotI
73
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
711 MAGNETICKEacute POLE ZEMĚ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Stejně i Země maacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Zemskeacute magnetickeacute pole v ČR maacute magnetickou indukci 0048 mT Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole Země Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA stojan laboratorniacute uacutehloměr
74
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 03 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve vodorovneacute rovině
otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum (N a S magnetickyacute poacutel) Z maximaacutelniacutech hodnot odečteme vodorovnou amplitudu magnetickeacute indukce B Země
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve svisleacute rovině (N-S směr) otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum Maximaacutelniacute hodnota je hodnotou magnetickeacute indukce B Země
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči sklon indukčniacute čaacutery magnetickeacuteho pole u naacutes v ČR vzhledem k povrchu země 2 Teslametr upevniacuteme do stojanu Pod teslametr položiacuteme uacutehloměr
75
3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev Uacutehel Jednotky deg
4 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Podle kompasu nastaviacuteme teslametr na sever 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 7 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0deg a stiskneme OK 8 Teslametr otočiacuteme o 10deg 9 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 10 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 10deg a stiskneme OK 11 Opakujeme body 8 9 a 10 pro 20deg 30deg 40deg hellip 360deg 12 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 13 Měřeniacute zopakujeme v horizontaacutelniacute rovině v bdquoN ndash Sldquo směru 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
76
77
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
78
79
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(t)
2 Zaacutevěr Velikost vektoru magnetickeacute indukce vychaacuteziacute přibližně B = 005 mT Tento vektor maacute vzhledem k vodorovneacutemu směru uacutehel sklonu 60deg
80
81
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
712 MAGNETICKEacute POLE MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT stojan laboratorniacute permanentniacute magnet
82
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně
přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k severniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně pohybujeme (asi 5 sekund) teslametrem kolmo k podeacutelneacute ose magnetu k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund) Uložiacuteme měřeniacute
83
6 Otevřeme novyacute soubor a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf
7 Zopakujeme měřeniacute pro magnet tvaru podkovy s teslametrem plusmn 140 mT
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev deacutelka
Jednotky cm 2 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Teslametr upevniacuteme do stojanu a postaviacuteme na okraj
magnetickeacuteho pole magnetu tvaru podkovy 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 5 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK 6 Teslametr posuneme o 1 cm 7 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 8 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 1 cm a stiskneme OK 9 Opakujeme body 7 8 a 9 pro 2cm 3 cm 4 cm hellip20 cm 10 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 11 Měřeniacute zopakujeme ve vertikaacutelniacute rovině magnetu (bdquoN ndash Sldquo) 12 Vysloviacuteme zaacutevěr
84
85
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
713 VLASTNOSTI FEROMAGNETICKYacuteCH
LAacuteTEK Fyzikaacutelniacute princip Budeme-li postupně zvětšovat proud I v ciacutevce s jaacutedrem z feromagnetickeacute laacutetky bude se postupně i magnetickaacute indukce B v jaacutedře zvětšovat
Relativniacute permeabilita μr feromagnetickyacutech laacutetek neniacute konstantniacute proto zaacutevislost B = f(I) neniacute lineaacuterniacute Grafem teacuteto zaacutevislosti je křivka ndash hystereacutezniacute smyčka
Hystereacutezniacute smyčka je důležitou charakteristikou feromagnetickyacutech laacutetek Podle tvaru křivky děliacuteme laacutetky na a) magneticky tvrdeacute - majiacute širokou hystereacutezniacute smyčku velkou hodnotu Br a jsou viacutece
odolnějšiacute vůči zmagnetovaacuteniacute (ocel s velkyacutem obsahem uhliacuteku hellip) Po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole zůstaacutevajiacute nadaacutele zmagnetovaacuteny a chovajiacute se jako permanentniacute magnet Jejich magnetickeacute pole lze zrušit pomociacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole opačneacute polarity (např do ciacutevky s jaacutedrem zavedeme proud opačneacuteho směru)
b) magneticky měkkeacute - materiaacutely s uacutezkou hystereacutezniacute smyčkou ktereacute se dajiacute snadno zmagnetovat (magnetofonoveacute paacutesky diskety hellip) Majiacute malou hodnotu Br což znamenaacute že po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole jejich vlastniacute magnetickeacute pole zanikaacute
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole ciacutevky s jaacutedrem v zaacutevislosti na velikosti proudu I Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT ampeacutermetr HCS-BTA stojan laboratorniacute ciacutevka 400 z různaacute jaacutedra regulovatelnyacute zdroj KXN 305D
86
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr plusmn140 mT ke vstupu CH1 LabQuestu Ke vstupu CH2 zapojiacuteme
ampeacutermetr HCS-BTA Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a připojiacuteme ho k USB PC 3 V programu LoggerPro v menu Data ndash Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme Naacutezev
magnetickaacute indukce Značka B Jednotka mT Rovnice Potential57 4 Na ose y zvoliacuteme magnetickaacute indukce a na ose x elektrickyacute proud 5 V menu Experiment ndash Sběr dat hellip zvoliacuteme bdquoNepřerušenyacute sběr datldquo Vzorkovaciacute
frekvence 10 vzorkůsekundu 6 Uvnitř ciacutevky je jaacutedro s feromagneticky měkkeacute oceli Vynulujeme senzor proudu a napětiacute
(teslametr plusmn140 mT) Teslametr přiložiacuteme těsně k jaacutedru (viz scheacutema) 7 Na regulovatelneacutem zdroji napětiacute zvětšujeme pomalu napětiacute až dosaacutehneme proud ciacutevkou
5 A Potom zase zmenšujeme napětiacute (proud) na bdquonululdquo Přepoacutelujeme poacutely zdroje pomociacute banaacutenků nebo dvojpoacutelovyacutem přepiacutenačem
87
8 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat v programu LoggerPro a opakujeme činnost v bodě 7 dvakraacutet Tiacutem se vykresliacute celaacute hystereacutezniacute smyčka Zastaviacuteme sběr dat tlačiacutetkem Stop v programu LoggerPro Uložiacuteme měřeniacute
9 Zopakujeme měřeniacute pro různaacute jaacutedra
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme různaacute jaacutedra z feromagneticky tvrdeacute oceli ndash např šroubovaacutek
2 Z grafu můžeme určit hodnotu zbytkoveacute magnetickeacute indukce Br 3 Proč je pro jaacutedra transformaacutetorů vyacutehodnějšiacute použiacutet feromagneticky měkkou ocel
88
89
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole 714 HALLŮV JEV
Fyzikaacutelniacute princip Hallův jev vznikaacute při průchodu proudu I tenkou polovodičovou destičkou (InSb InAs s odporem 001 až 20 Ohmů a tloušťky cca 01 mm jednaacute se o kompromis mezi maximem citlivost a mechanickeacute pevnosti) obdeacutelniacutekoveacuteho tvaru Při vloženiacute destičky do magnetickeacuteho pole skrze ni prochaacuteziacute indukčniacute tok a přeskupuje naacuteboje v destičce na jednu stranu Tak na bočniacutech stěnaacutech destičky vznikaacute napětiacute (tzv Hallovo napětiacute) ktereacute se daacute vypočiacutetat pomociacute vzorce UH = kIB kde k je konstanta (zahrnuje typ materiaacutelu a tloušťku destičky) I je stejnosměrnyacute proud a B je magnetickaacute indukce způsobenaacute magnetickyacutem polem
Ciacutel Pomociacute teslametru změřit jak zaacutevisiacute napětiacute UH na Hallově sondě na magnetickeacute indukci B magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA teslametr MG-BTA teslametr bdquoza paacuter korunldquo (viz doprovodnyacute text) permanentniacute magnet
90
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 a teslametr MG-BTA ke vstupu CH2
LabQuestu Na teslametru MG-BTA nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Voltmetr VP-BTA připojiacuteme k teslametru bdquoza paacuter korunldquo - je na něm zapojena Hallova sonda na napětiacute 3 V a protilehleacute vyacutevody z Hallovy sondy jsou vyvedeny pomociacute dvou vodičů Na nich budeme měřit UH pomociacute voltmetru VP-BTA LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 2 vzorkysekundu 4 Zapneme zdroj proudu na teslametru bdquoza paacuter korunldquo Vynulujeme oba senzory
Permanentniacute magnet přibliacutežiacuteme k teslametru MG-BTA a teslametru bdquoza paacuter korunldquo na vzdaacutelenost asi 2cm Digitaacutelniacute displej teslametru ukazuje hodnotu 5 mT (viz scheacutema)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem vzdalujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 1)
6 Pak otočiacuteme magnet o 180deg a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem přibližujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 2)
91
7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 8 Opakujeme měřeniacute pro různeacute Hallovy sondy
9 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash jakaacute je zaacutevislost UH na B jakaacute je citlivost
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kde se Hallova sonda použiacutevaacute 2 Jakyacute je rozsah teslametru MG-BTA a jakyacute teslametru bdquoza paacuter korunldquo 3 Zkus změřit magnetickou indukci magnetu bdquoparalelněldquo oběma teslametry U teslametru
bdquoza paacuter korunldquo vlož lineaacuterniacute funkci kteraacute přepočiacutetaacute UH na B
92
93
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
94
95
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr Z grafů je zřejmeacute že se jednaacute o přiacutemou uacuteměrnost Pro prvniacute (modryacute graf) Hallův senzor je rovnice přiacutemeacute uacuteměrnosti B=f(UH) = 333UH mT A pro druhyacute (červenyacute graf) Hallův senzor je rovnice B=f(UH) = 83UH mT
96
97
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
715 MAGNETICKYacute ZAacuteZNAM SIGNAacuteLŮ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickyacute zaacuteznam signaacutelů kteryacutem je uchovaacutevaacutena zvukovaacute či obrazovaacute informace nebo takeacute digitaacutelniacute informace zpracovanaacute počiacutetačem Magnetickyacute zaacuteznam je založen na trvaleacutem zmagnetovaacuteniacute vrstvy feromagnetika (např oxidu železa) naneseneacuteho na nosiči z plastickeacuteho materiaacutelu
Magnetickyacute zaacuteznam se uskutečňuje pomociacute zvlaacuteštniacuteho elektromagnetu ndash zaacuteznamoveacute hlavy
Ciacutel Proveacutest mazaacuteniacute magnetickyacute zaacuteznam sniacutemaacuteniacute a opětneacute mazaacuteniacute na nosič Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA permanentniacute magnet na mazaacuteniacute permanentniacute magnet na zaacuteznam svinovaciacute metr jako nosič zaznamenaneacuteho signaacutelu
98
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru MG-BTA
nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Deacutelka 10 s
Vzorkovaciacute frekvence 20 vzorkůsekunda 4 Nejdřiacuteve provedeme mazaacuteniacute na nosiči (svinovaciacute metr)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu (10 s) rovnoměrnyacutem
pohybem pomociacute teslametru provedeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů na nosiči
6 Provedeme zaacuteznam signaacutelů na nosiči (např čtyřikraacutet)
7 Zopakujeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů (jako v bodě 5) 8 Zopakujeme mazaacuteniacute a sniacutemaniacute (jako v bodě 4 a 5)
99
9 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej zaacuteznam různyacutem (S N) poacutelem permanentniacuteho magnetu Jak se změniacute průběh
signaacutelu 2 Vyzkoušej mazaacuteniacute a zaacuteznam na skutečnyacute nosič ndash paacutesek od videokazety 3 Vyzkoušej zaacuteznam na disketu
100
101
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
716 ELEKTROMAGNETICKAacute INDUKCE
Fyzikaacutelniacute princip Elektromagnetickaacute indukce je jev při ktereacutem vznikaacute elektrickeacute napětiacute ve vodiči změnou magnetickeacuteho pole v okoliacute vodiče (ciacutevky) Indukovaneacute napětiacute zaacutevisiacute na velikosti změny magnetickeacuteho pole i na rychlosti jeho změny
tU i
Indukovaneacute napětiacute maacute takovou polaritu že indukovanyacute proud vytvaacuteřiacute magnetickeacute pole s opačnyacutem směrem indukčniacutech čar než maacute magnetickeacute pole ktereacute indukci vyvolalo (Lenzův zaacutekon)
Ciacutel Změřit indukovaneacute napětiacute Ověřit na čem zaacutevisiacute Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA ciacutevka s jaacutedrem permanentniacute magnet
102
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu Roztočiacuteme permanentniacute magnet v těsneacutem okoliacute ciacutevky (jaacutedra)
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Opakujeme měřeniacute s rychlejšiacutem (pomalejšiacutem) otaacutečeniacutem magnetu 5 Vyměniacuteme magnet za bdquosilnějšiacuteldquo 6 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash na čem zaacutevisiacute indukovaneacute napětiacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkus ciacutevku s jinyacutem počtem zaacutevitů 2 Zkus pohybovat membraacutenou reproduktoru a měřit indukovaneacute napětiacute 3 Zkus napjatou strunu umiacutestit do magnetickeacuteho pole a na niacute měřit velikost indukovaneacuteho
napětiacute
103
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
717 DEMONSTRACE VOLNEacuteHO PAacuteDU MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Volnyacute paacuted je rovnoměrně zrychlenyacute pohyb volně padajiacuteciacuteho tělesa v bliacutezkosti země K měřeniacute pohybu volneacuteho paacutedu tělesa (magnetu) použijeme trubici z nevodiveacuteho materiaacutelu Na trubici jsou v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech navinuty ciacutevky ktereacute jsou navzaacutejem spojeneacute do seacuterie Spojeniacute ciacutevek připojiacuteme k voltmetru a zobraziacuteme časovyacute zaacuteznam napětiacute na jednotlivyacutech ciacutevkaacutech při pohybu magnetu trubiciacute vnitřkem jednotlivyacutech ciacutevek
Ciacutel Změřit časovyacute průběh indukovaneacuteho napětiacute při pohybu (volneacutem paacutedu) magnetu vnitřkem ciacutevek Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA neodymovyacute magnet (vaacuteleček) 2 m dlouhaacute PPR trubka 25x35 PN16 na ktereacute jsou navinuty ciacutevky (10 z) v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech
104
Scheacutema
105
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Sestaviacuteme obvod podle
scheacutema Voltmetr připojiacuteme ke koncům seacuterioveacuteho spojeniacute ciacutevek LabQuest připojiacuteme k PC přes USB
2 Zapneme LabQuest V programu Logger Pro v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 06 s Frekvence 1 000 vzorkůs Daacutele Trigger je rostouciacute přes 001 V
3 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat (měřeniacute) v programu Logger Pro Neodymovyacute magnet vložiacuteme do uacutestiacute PPR trubky a pustiacuteme
4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme časoveacute intervaly mezi jednotlivyacutemi průchody
magnetu Daacutele vypočiacutetaacuteme rychlosti v jednotlivyacutech intervalech Určiacuteme zrychleniacute mezi jednotlivyacutemi intervaly Přiacuteklad vyacutepočtu pro vyacuteše uvedeneacute měřeniacute
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyložte průběh zaacuteznamu z hlediska velikosti a polarity jednotlivyacutech napětiacute a jejich
umiacutestěniacute na ose času 2 Zopakuj měřeniacute s padajiacuteciacutem magnetem s opačnou orientaciacute poacutelů magnetu 3 Jak se změniacute časovyacute průběh při použitiacute delšiacuteho magnetu (viacutece vaacutelečků) 4 Zopakuj měřeniacute s tiacutem že konec trubky ucpeš gumovou zaacutetkou 5 Připoj k vyacutestupu signaacutelu z ciacutevek zesilovač a reproduktor a poslechem sleduj volnyacute paacuted
magnetu
106
107
Střiacutedavyacute proud 718 PŘECHODNYacute DĚJ Fyzikaacutelniacute princip Přechodnyacutem dějem v obvodu s kondenzaacutetorem nebo s ciacutevkou nazyacutevaacuteme skokovou změnu napětiacute a proudu na kondenzaacutetoru a ciacutevce Tuto změnu vyvolaacuteme sepnutiacutem nebo vypnutiacutem spiacutenače (přepiacutenače) Ciacutel Určit jak se měniacute napětiacute a proud v obvodu s kondenzaacutetorem a s ciacutevkou při přechodneacutem ději Pomůcky LabQuest ciacutevka 1 200 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr VP-BTA voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
a) b)
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr
DCP-BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema a)
108
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Zapojiacuteme obvod podle scheacutema b) 6 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 1 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 A Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a hned ho přepneme zpět
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zamysli se co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru (ciacutevky) ke zdroji
napětiacute a co se děje při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute k rezistoru Kde se to daacute využiacutet 2 Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Zkus to
vymyslet a potom ověř měřeniacutem
109
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
2 Doplňkoveacute otaacutezky a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k
rezistoru c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute
110
d) 4) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru
e) 5) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů f) 6) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
111
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 27 degC
Tlak 1008 hPa
Vlhkost 53
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
112
3 Doplňkoveacute otaacutezky
a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute dochaacuteziacute k jeho nabiacutejeniacute Na kondenzaacutetoru se akumuluje elektrickyacute naacuteboj (zvětšuje se jeho elektrickaacute energie) V okamžiku zapojeniacute bude obvodem prochaacutezet největšiacute elektrickyacute proud Nenabityacute kondenzaacutetor se zpočaacutetku chovaacute jako zkrat Čiacutem viacutece se však bude kondenzaacutetor nabiacutejet (bude v něm vzrůstat nahromaděnyacute naacuteboj) a poroste jeho napětiacute tiacutem menšiacute proud bude prochaacutezet obvodem
b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k rezistoru Po odpojeniacute obvodu od zdroje napětiacute se začiacutenaacute kondenzaacutetor vybiacutejet (chovaacute se jako zdroj) Elektrickaacute energie kterou kondenzaacutetor vybije se v rezistoru přeměniacute na teplo Teoreticky se kondenzaacutetor vybiacutejiacute nekonečně dlouhou dobu V okamžiku odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje napětiacute prochaacuteziacute obvodem velkyacute proud opačnyacutem směrem než při zapojeniacute ke zdroji napětiacute Napětiacute i proud postupně klesajiacute
c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute ciacutevky ke zdroji stejnosměrneacuteho napětiacute začne obvodem prochaacutezet proud kteryacute na ciacutevce způsobiacute indukovaacuteniacute napětiacute jež je uacuteměrneacute časoveacute změně magnetickeacuteho indukčniacuteho toku a s polaritou působiacuteciacute proti napětiacute zdroje Proud v obvodu se proto zvětšuje na svou maximaacutelniacute hodnotu jen postupně neboť čaacutest energie dodaacutevaneacute ze zdroje do obvodu se spotřebovaacutevaacute na vytvaacuteřeniacute magnetickeacuteho pole ciacutevky (indukovaneacute napětiacute na ciacutevce postupně klesaacute) Proud se ustaacuteliacute teprve v okamžiku kdy se časovaacute změna magnetickeacuteho indukčniacuteho toku bude rovna nule (to platiacute i pro indukovaneacute napětiacute na ciacutevce)
d) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru Po odpojeniacute ciacutevky od zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute se začne v ciacutevce indukovat napětiacute opačneacute polarity (může dosaacutehnout vyššiacutech hodnot než je napětiacute zdroje) než v předešleacute faacutezi ktereacute způsobiacute zpomaleniacute zaacuteniku magnetickeacuteho pole Směr toku proudu zůstaacutevaacute nezměněn Energie magnetickeacuteho pole ciacutevky se přeměniacute na rezistoru na teplo Proud i napětiacute tedy rychle ale postupně klesajiacute k nuloveacute hodnotě
e) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Kondenzaacutetor Čiacutem menšiacute odpor maacute rezistor tiacutem rychleji se kondenzaacutetor nabije a tiacutem rychleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor rychle vybije a vzniklyacute proud v obvodu rychle klesaacute Čiacutem většiacute odpor maacute rezistor tiacutem pomaleji se rezistor nabije a tiacutem pomaleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor vybije pomaleji a vzniklyacute proud v obvodu pozvolna klesaacute Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud Ciacutevka Čiacutem menšiacute odpor majiacute rezistory tiacutem pozvolněji klesaacute indukovaneacute napětiacute vznikleacute na ciacutevce při zapojeniacute ke zdroji Toteacutež platiacute pro elektrickyacute proud kteryacute se v tomto přiacutepadě ustaacuteliacute za delšiacute časovyacute okamžik Jinak je tomu v přiacutepadě že rezistory majiacute většiacute odpor Indukovaneacute napětiacute klesaacute rychleji a proud se v obvodu ustaacuteliacute na konstantniacute hodnotě za velmi kraacutetkou dobu Při odpojeniacute od zdroje klesajiacute proud a napětiacute v obou přiacutepadech přibližně stejně Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud
113
Kondenzaacutetor + rezistor 50 Ω + rezistor 200 ΩCiacutevka + rezistory 50 Ω + rezistory 200 Ω
114
f) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
Řada přechodnyacutech jevů je nežaacutedouciacute protože způsobiacute např kraacutetkodobeacute přetiacuteženiacute obvodu a tiacutem zkracujiacute životnost zařiacutezeniacute (zapnutiacute studeneacute žaacuterovky ndash naacuterazovyacute proud je až desetkraacutet většiacute než ustaacutelenyacute proud) Některeacute přechodneacute děje jsou však žaacutedouciacute a některeacute obvody jsou přiacutemo na využitiacute přechodnyacutech dějů založeny (generaacutetory klopneacute obvody) V elektronice existujiacute přechodneacute děje založeneacute na RC RL a RLC obvodech vzhledem k co možnaacute nejmenšiacutem použiacutevaacuteniacute ciacutevek majiacute největšiacute vyacuteznam při nabiacutejeniacute a vybiacutejeniacute kondenzaacutetory Obecně jsou v elektronice nejrozšiacuteřenějšiacute tepelneacute přechodneacute jevy V silnoproudeacute elektronice se měřiacute oteplovaciacute křivky elektrickyacutech strojů v počiacutetačoveacute technice se měřiacute otepleniacute hlavniacuteho procesoru měřeniacute teploty harddisku atd
115
Střiacutedavyacute proud 719 STŘIacuteDAVYacute PROUD S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem maacute časovyacute diagram napětiacute stejnou faacutezi (faacutezovyacute rozdiacutel je nulovyacute) jako časovyacute diagram proudu
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
116
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Um f Im T a (faacutezovyacute rozdiacutel) Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a u
5 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zakreslete faacutezorovyacute diagram 2 Určete z grafů velikost odporu rezistoru
117
Střiacutedavyacute proud 720 VYacuteKON STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem je okamžitaacute hodnota vyacutekonu p = ui = Ri2 = RIm
2sin2t
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem a zobrazit časovyacute diagram vyacutekonu Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
118
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Zvoliacuteme zaacuteložku tabulka V menu Tabulka zvoliacuteme Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec Naacutezev ndash
Vyacutekon Jednotka ndash W Tvar vyacuterazu XY Sloupec pro X ndash proud Sloupec pro Y ndash napětiacute
5 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Pm f Im T Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a p
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jakyacute je poměr frekvence okamžiteacute hodnoty vyacutekonu a okamžiteacute hodnoty proudu 2 Určete z grafu okamžiteacute hodnoty vyacutekonu středniacute hodnotu vyacutekonu P
119
Střiacutedavyacute proud 721 STŘIacuteDAVYacute PROUD S INDUKČNOSTIacute
Fyzikaacutelniacute princip
Induktance je veličina I
UX L Induktance XL je přiacutemo uacuteměrnaacute indukčnosti ciacutevky L a
frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute induktance indukčnost ciacutevky Ověřit že induktance na indukčnosti a frekvenci zaacutevisiacute přiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω voltmetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z a voltmetrem (ry) 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute
(Zesilovač)
120
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a indukčnosti Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z Vypočiacutetaacuteme induktanci XL Z induktance a frekvence vypočiacutetaacuteme indukčnost L
5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XL = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Miacutesto ciacutevky zapoj tlumivku (2times47 mH) a proveď stejneacute měřeniacute V čem se lišiacute zaacutevislost
XL = f(f) Proč se lišiacute
2 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na indukčnosti pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu
3 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty induktance pro vyššiacute frekvence 4 Zkus změřit přechodnyacute děj na indukčnosti
121
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900
1000 průměr
122
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr
2 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
123
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25degC
Tlak 1004 hPa
Vlhkost 53
3 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
RUL hellipstejnosměrnyacute obvod
IUL 22
ciacutevkyRZ fX L
2
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00364 01620 44510 (Rciacutevky) 00000 00000
100 09600 00096 00460 47917 17744 00028 200 09440 00094 00600 63559 45372 00036 300 09410 00094 00800 85016 72433 00038 400 09380 00094 00990 105544 95699 00038 500 09360 00094 01210 129274 121369 00039 600 09340 00093 01430 153105 146492 00039 700 09300 00093 01640 176344 170634 00039 800 09260 00093 01860 200864 195870 00039 900 09230 00092 02090 226436 222018 00039
1000 09160 00092 02290 250000 246006 00039 průměr 00037
124
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00367 00673 18338 (Rciacutevky) 00000 00000
100 63300 00633 15760 248973 248297 00395 200 59700 00597 26440 442881 442501 00352 300 55100 00551 35240 639564 639301 00339 400 49400 00494 43500 880567 880376 00350 500 42700 00427 50400 1180328 1180185 00376 600 34760 00348 56300 1619678 1619574 00430 700 26080 00261 61300 2350460 2350389 00534 800 15650 00157 65000 4153355 4153314 00826 900 07050 00071 66600 9446809 9446791 01671
1000 04850 00049 66800 13773196 13773184 02192 průměr 00747
4 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
Graf pro školniacute ciacutevku 400 zaacutevitů Ciacutevka neobsahuje jaacutedro induktance je teacuteměř přesně lineaacuterniacute funkciacute frekvence střiacutedaveacuteho napětiacute Konstantou uacuteměry je vyacuteraz 2πL kde L je indukčnost ciacutevky Indukčnost je teacutež konstantniacute Graf pro tlumivku 47 mH Induktance neniacute lineaacuterniacute funkciacute frekvence Přiacutečinou je jaacutedro na němž je namotaacuten vodivyacute draacutet ciacutevky Z toho důvodu nelze indukčnost ciacutevky L považovat za konstantniacute hodnotu
125
Střiacutedavyacute proud 722 STŘIacuteDAVYacute PROUD S KAPACITOU
Fyzikaacutelniacute princip
Kapacitance je veličina I
UX C Kapacitance XC je nepřiacutemo uacuteměrnaacute kapacitě
kondenzaacutetoru C a frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute kapacitance kapacitu kondenzaacutetoru Ověřit že kapacitance na kapacitě a frekvenci zaacutevisiacute nepřiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) rezistor 100 Ω voltmetr (y)
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetrem (ry)
126
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a kondenzaacutetoru Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme kapacitanci XC Z kapacitance a frekvence vypočiacutetaacuteme kapacitu C 5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XC = f(f) 8 Porovnej hodnotu kapacity vypočiacutetanou a jmenovitou
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru
2 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty kapacitance pro vyššiacute frekvence 3 Zkus změřit přechodnyacute děj na kondenzaacutetoru
127
Střiacutedavyacute proud 723 SLOŽENYacute OBVOD STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU
Fyzikaacutelniacute princip
Impedance je veličina I
UZ Při seacuterioveacutem spojeniacute prochaacuteziacute rezistorem ciacutevkou a
kondenzaacutetorem složenyacutem obvodem RLC stejnyacute proud i Ciacutel Určit pomociacute vyacutesledneacuteho napětiacute a proudu impedanci Z Určit jak zaacutevisiacute impedance Z na frekvenci f Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) voltmetr - multimetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetry
128
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a celkoveacute napětiacute Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z 5 Změniacuteme kmitočet na 400 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 800 Hz 1 200 Hz 10 000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti Z = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jak se měniacute impedance Z v zaacutevislosti na kmitočtu Zkus vysvětlit proč tomu tak je
2 Sestroj graf Z = f(f) podle vzorce 2
2 1
CLRZ
kde f (0 Hz 10 kHz)
R = 100 Ω C = 47 μF a L = 41 mH Porovnej grafy (naměřenyacute a teoretickyacute)
0000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
3 Kde se využiacutevaacute teacuteto zaacutevislosti Vysvětli Jak se změniacute tyto zaacutevislosti změniacuteme-li hodnotu kapacity nebo indukčnosti
4 Zkus změřit podobnou zaacutevislost Z = f(f) pro paralelniacute obvod RLC Pozor Vzhledem k maleacutemu vnitřniacutemu odporu ciacutevky L při niacutezkyacutech kmitočtech je potřeba zařadit k obvodu RLC seacuteriově rezistor 100 Ω
5 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute na rezistoru ciacutevce a kondenzaacutetoru a hodnotu proudu na rezistoru pomociacute druheacuteho LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute jednotlivyacutech napětiacute vzhledem k proudu
129
Střiacutedavyacute proud 724 USMĚRŇOVAČ Fyzikaacutelniacute princip V usměrňovači střiacutedaveacuteho proudu se využiacutevaacute zaacutekladniacute vlastnosti polovodičoveacute diody bdquopropustit proud pouze jedniacutem směremldquo K usměrněniacute se využiacutevaacute jednocestnyacute usměrňovač nebo dvoucestnyacute usměrňovač (Graetzovo zapojeniacute) K vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho zapojeniacute se použiacutevaacute kondenzaacutetor a tlumivka Ciacutel Určit průběh stejnosměrneacuteho pulzujiacuteciacuteho napětiacute po usměrněniacute jednocestnyacutem a dvoucestnyacutem usměrňovačem Daacutele pak určit průběh po vyhlazeniacute Pomůcky LabQuest ciacutevka 400 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF diody voltmetr VP-BTA multimetr zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute - transformaacutetor
Scheacutema
130
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Ke zdroji střiacutedaveacuteho napětiacute
(transformaacutetor ndash napětiacute maximaacutelně 6 V) připojiacuteme rezistor a k němu voltmetr (podle scheacutema) Multimetrem změřiacuteme efektivniacute hodnotu střiacutedaveacuteho napětiacute
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 004 s Frekvence 10 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V
3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Z grafu určiacuteme maximaacutelniacute
hodnotu (amplitudu) periodu a vypočiacutetaacuteme frekvenci Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 5 Zapojiacuteme jednocestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 6 Zapojiacuteme dvoucestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 7 Zapojiacuteme kondenzaacutetor a tlumivku a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty
131
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měniacuteme různeacute hodnoty kondenzaacutetorů a tlumivek 2 Proč v zapojeniacutech s diodou (diodami) dochaacuteziacute k poklesu napětiacute a jakou maacute tento pokles
velikost Čemu tato velikost odpoviacutedaacute 3 Popiš vliv kondenzaacutetoru a tlumivky na vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute Proč
se zapojujiacute paralelně (do seacuterie)
132
133
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
134
2 Tabulka Umax= Uef=
3 Zaacutevěr
135
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
2 Tabulka Umax= 45 V Uef= 32 V 3 Zaacutevěr Různeacute změny hodnot kondenzaacutetorů a tlumivek majiacute vliv na menšiacute nebo většiacute vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute V zapojeniacutech s diodami dochaacuteziacute k poklesu napětiacute přibližně 05 V a to z důvodu uacutebytku napětiacute na diodě (dvou diodaacutech u dvoucestneacuteho zapojeniacute) Kondenzaacutetor se při maximaacutelniacute hodnotě napětiacute nabiacutejiacute a při poklesu napětiacute vybiacutejiacute a dodaacutevaacute el energii v tomto okamžiku Tlumivka zapojenaacute v seacuterii braacuteniacute rychlyacutem změnaacutem napětiacute
136
137
Střiacutedavyacute proud v energetice
725 TROJFAacuteZOVAacute SOUSTAVA
Fyzikaacutelniacute princip Třiacutefaacutezoveacute napětiacute vznikaacute otaacutečeniacutem magnetu v soustavě třiacute ciacutevek (alternaacutetor) Maacuteme tedy tři zdroje střiacutedaveacuteho napětiacute ndash faacuteze Třiacutefaacutezovyacute rozvod lze využiacutet k zapojeniacute do hvězdy (a)) nebo k zapojeniacute do trojuacutehelniacuteku (b)) Faacutezoveacute napětiacute (u1 u2 u3) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 230 V) mezi středniacutem vodičem (N) a faacutezovyacutem vodičem (L1 L2 L3) Sdruženeacute napětiacute (u12 u13 u23) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 400 V) mezi libovolnyacutemi dvěma faacutezovyacutemi vodiči
Ciacutel Změřit časovyacute průběh napětiacute třiacute faacuteziacute v zapojeniacute do hvězdy Ověřit že součet napětiacute v každeacutem čase je nulovyacute Ověřit že poměr sdruženeacuteho a faacutezoveacuteho napětiacute je 173 times většiacute Pomůcky LabQuest zdroj třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute 3 rezistory 100 Ω 3 voltmetry VP-BTA
Scheacutema
138
Postup 1 Připojiacuteme 3 voltmetry VP-BTA ke vstupům CH1 CH2 a CH3 LabQuestu Zapojiacuteme
obvod podle scheacutema Na zdroji třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute nastaviacuteme hodnotu faacutezoveacuteho napětiacute do 5 V
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme v každeacutem časoveacutem okamžiku okamžiteacute hodnoty
napětiacute u1 u2 a u3 a provaacutediacuteme jejich součet ndash ověřujeme že součet je nulovyacute 6 Střiacutedavyacutem voltmetrem změřiacuteme sdruženeacute a faacutezoveacute napětiacute (efektivniacute hodnoty)
a vypočiacutetaacuteme jejich poměr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z grafu ndash časoveacuteho průběhu napětiacute urči o jakou čaacutest periody jsou posunuta napětiacute 2 Z grafu urči jakaacute je frekvence a perioda střiacutedavyacutech napětiacute 3 Jakyacute je poměr efektivniacute a maximaacutelniacute hodnoty faacutezoveacuteho střiacutedaveacuteho napětiacute ktereacute jsi
naměřil 4 Z grafu urči amplitudu sdruženeacuteho napětiacute a amplitudu faacutezoveacuteho napětiacute Jakyacute je jejich
poměr
139
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) =
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o helliphelliphellip periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = helliphelliphellip Hz Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = helliphelliphellip s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
140
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) =
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = V Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = helliphelliphellip
141
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = 0 V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = 410 V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) = 3 173
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o třetinu periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = 50 Hz
142
Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = 002 s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) = 2 14
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = 591 V
Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = 3 174
143
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
726 ELEKTROMAGNETICKYacute OSCILAacuteTOR
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacutem elektromagnetickyacutem oscilaacutetorem je obvod tvořenyacute ciacutevkou a kondenzaacutetorem - obvod LC nebo oscilačniacute obvod Kondenzaacutetor spojiacuteme se zdrojem stejnosměrneacuteho napětiacute 45 V (plochaacute baterie viz scheacutema) Přepiacutenačem připojiacuteme nabityacute kondenzaacutetorem k ciacutevce V obvodu vznikne elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Energie elektrickeacuteho pole kondenzaacutetoru se měniacute na energii magnetickeacuteho pole ciacutevky a naopak V oscilačniacutem obvodu nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute
Ciacutel Změřit napětiacute a proud v oscilačniacutem obvodu Ověřit elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute oscilačniacuteho obvodu je tlumeneacute Pomůcky LabQuest voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA kondenzaacutetor 2 200 microF ciacutevka s jaacutedrem 1 200 z přepiacutenač
Scheacutema
Postup 1 Voltmetr a ampeacutermetr zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Obvod zapojiacuteme podle scheacutema Přepiacutenač je v poloze bdquo1ldquo (kondenzaacutetor se nabiacutejiacute) 3 Zapneme LabQuest a připojiacuteme jej přes USB k PC
144
4 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Trvaacuteniacute 2 s Vzorkovaciacute frekvence 200 vzorkůsekundu Trigger zatrhneme Spuštěniacute triggeru když napětiacute je rostouciacute přes 005 V
5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme tlačiacutetko Sběr dat 6 Přepneme přepiacutenač do polohy bdquo2ldquo
7 Z grafu odečteme periodu kmitaacuteniacute Určiacuteme kmitočet 8 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změřiacuteme indukčnost L (multimetrem) a vypočiacutetaacuteme periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute
Porovnaacuteme s naměřenou hodnotou 2 Změň parametry součaacutestek (indukčnost kapacita) a zopakuj měřeniacute
145
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
T = helliphelliphellip s f = helliphelliphellip Hz 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
146
147
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
Naměřeneacute T = 0614 s f = 162 Hz Vypočiacutetaneacute L = 154 H C = 22 mF T= )(2 CL = 0366 s
3 Zaacutevěr V elektromagnetickeacutem oscilaacutetoru se přeměňuje elektrickaacute energie na energii magnetickeacuteho pole a naopak Nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Je zde patrnaacute analogie mezi ději mechanickyacutemi (kmitaacuteniacute) a elektromagnetickyacutemi
148
149
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
727 VLASTNOSTI ELEKTROMAGNETICKEacuteHO
VLNĚNIacute Fyzikaacutelniacute princip Magnetickeacute pole můžeme znaacutezornit pomociacute indukčniacutech čar
Elektrickeacute pole popisujeme elektrickyacutemi siločarami
Elektrickeacute a magnetickeacute pole spolu často souvisejiacute Mluviacuteme pak o elektromagnetickeacutem poli Elektromagnetickeacute vlny jsou přiacutečneacute a šiacuteřiacute se i ve vakuu Šiacuteřiacute se rychlostiacute světla Elektromagnetickyacutemi vlnami se přenaacutešejiacute signaacutely rozhlasu televize mobilniacutech telefonů atd I světlo je elektromagnetickeacute vlněniacute (zaacuteřeniacute)
Mezi frekvenciacute f vlnovou deacutelkou λ a rychlostiacute šiacuteřeniacute elektromagnetickeacuteho vlněniacute c (světla)
platiacute vzoreccf
Ciacutel Změřit vlnovou deacutelku elektromagnetickeacuteho vlněniacute Prokaacutezat polarizaci elektromagnetickeacute vlny
150
Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA bezdraacutetovyacute zvonek ndash tlačiacutetko pracujiacuteciacute na frekvenci 43392 MHz přijiacutemač s půlvlnnyacutem dipoacutelem (viz přiacutespěvek od Oldřicha Lepila)
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Pohybujeme rovnoměrnyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 1) 5 Z poloh maxim a minim určiacuteme vlnovou deacutelku 6 Uložiacuteme měřeniacute 7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Pohybujeme rovnoměrnyacutem otaacutečivyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 2) 9 Stejnou vlastnost můžeme ukaacutezat tak že mezi vysiacutelač a přijiacutemač vložiacuteme mřiacutežku kterou
otaacutečiacuteme v rovině kolmeacute ke směru šiacuteřeniacute vlněniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash vlnovaacute deacutelka a polarizace elektromagnetickeacuteho vlněniacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej jak zaacutevisiacute velikost naměřeneacuteho napětiacute na vzdaacutelenosti vysiacutelače od přijiacutemače 2 Pomociacute mřiacutežky nebo plechu vyzkoušej odraz vlněniacute (a interferenci)
2
3
Obsah
7 SEPTIMA
71 Elektrickyacute naacuteboj Coulombův zaacutekon 5 72 Kapacita kondenzaacutetoru 13 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů 19 74 Ohmův zaacutekon 25 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod 31 76 Termistor 37 77 Fotorezistor 45 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač 53 79 Elektrolyacuteza 61
710 Magnetickeacute pole ciacutevky 67
711 Magnetickeacute pole Země 73
712 Magnetickeacute pole magnetu 81
713 Vlastnosti feromagnetickyacutech laacutetek 85
714 Hallův jev 89
715 Magnetickyacute zaacuteznam signaacutelu 97
716 Elektromagnetickaacute indukce 101
717 Demonstrace volneacuteho paacutedu 106
718 Přechodnyacute děj 107
719 Střiacutedavyacute proud s odporem 115
720 Vyacutekon střiacutedaveacuteho proudu s odporem 117 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute 119 722 Střiacutedavyacute proud s kapacitou 125 723 Složenyacute obvod střiacutedaveacuteho proudu 127 724 Usměrňovač 129 725 Trojfaacutezovaacute soustava 137 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor 143 727 Vlastnosti elektromagnetickeacuteho vlněniacute 149 Poznaacutemka Modře jsou podbarveneacute uacutelohy pro ktereacute byly vytvořeny pouze pracovniacute listy a nebyly vytvořeny protokoly a vzorovaacute řešeniacute
4
Uacutevod
Fyzikaacutelniacute veličina je jakaacutekoliv objektivniacute vlastnost hmoty jejiacutež hodnotu lze změřit nebo spočiacutetat Měřeniacute fyzikaacutelniacute veličiny je praktickyacute postup zjištěniacute hodnoty fyzikaacutelniacute veličiny Metody měřeniacute lze rozdělit na absolutniacute a relativniacute přiacutemeacute a nepřiacutemeacute
Tento sborniacutek pracovniacutech listů protokolů a vzorovyacutech řešeniacute je věnovaacuten měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin měřiacuteciacutem systeacutemem Vernier Samozřejmě lze stejneacute uacutelohy měřit i s pomociacute jinyacutech měřiacuteciacutech systeacutemů
Sborniacutek je určen pro studenty a učitele Sborniacutek pro PRIMU SEKUNDU TERCII a KVARTU pokryacutevaacute učivo nižšiacuteho
gymnaacutezia a jim odpoviacutedajiacuteciacutem ročniacutekům zaacutekladniacutech škol Sborniacutek pro KVINTU SEXTU SEPTIMU a OKTAacuteVU pokryacutevaacute učivo fyziky pro vyššiacute stupeň gymnaacutezia nebo středniacute školy
U každeacuteho pracovniacuteho listu je uvedena stručnaacute fyzikaacutelniacute teorie seznam potřebnyacutech pomůcek scheacutema zapojeniacute stručnyacute postup jednoducheacute nastaveniacute měřiacuteciacuteho systeacutemu ukaacutezka naměřenyacutech hodnot a přiacutepadně dalšiacute naacuteměty k měřeniacute
Protokol sloužiacute pro studenta k vyplněniacute a vypracovaacuteniacute Vzoroveacute řešeniacute (vyplněnyacute protokol) sloužiacute pro učitele jako možnyacute způsob
vypracovaacuteniacute (vyplněniacute) Byl bych raacuted kdyby sborniacutek pomohl studentům a učitelům fyziky při objevovaacuteniacute kraacutes
vědy zvaneacute fyzika a vyacutehod ktereacute nabiacuteziacute měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin pomociacute měřiacuteciacutech systeacutemů ve spojeniacute s PC
Jakeacute jsou vyacutehody měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin se systeacutemem Vernier (nebo jinyacutech) K měřiacuteciacutemu systeacutemu můžeme připojit až 60 různyacutech senzorů
Všechna měřeniacute různyacutech fyzikaacutelniacutech veličin se ovlaacutedajiacute stejně což přinaacutešiacute meacuteně stresu viacutece času a radosti z měřeniacute
Při použitiacute dataprojektoru maacuteme obrovskyacute měřiciacute přiacutestroj Měřeniacute můžeme provaacutedět ve třiacutedě i v tereacutenu Měřeniacute lehce zvlaacutednou bdquomaliacuteldquo i bdquovelciacuteldquo Můžeme měřit několik veličin současně a v zaacutevislosti na sobě Naměřeneacute hodnoty lze přenaacutešet i do jinyacutech programů Naměřeneacute hodnoty lze uložit pro dalšiacute měřeniacute nebo zpracovaacuteniacute Lze měřit i obtiacutežně měřeneacute veličiny a lze měřit i dopočiacutetaacutevaneacute veličiny Lze měřit velmi rychleacute děje a velmi pomaleacute děje Pořiacutezeniacute měřiacuteciacuteho systeacutemu neniacute draheacute Maacuteme k dispozici hodně naacutemětů k měřeniacute Vyacutesledek měřeniacute naacutes někdy překvapiacute a hellip poučiacute Ve většině měřeniacute je vyacutestupem bdquografldquo ndash velmi naacutezorně se buduje vniacutemaacuteniacute fyzikaacutelniacutech
vztahů mezi veličinami Přeji mnoho zdaru při měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin a hodně radosti z naměřenyacutech vyacutesledků Olomouc 2012 Vaacuteclav Pazdera
5
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole 71 ELEKTRICKYacute NAacuteBOJ
Fyzikaacutelniacute princip Elektrickyacute naacuteboj Q je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje stav zelektrovaacuteniacute těles Jeho jednotkou je coulomb ndash značka C Naacuteboj 1 C je jednotka velkaacute Při pokusech ve třiacutedě pracujeme s naacuteboji o velikostech desiacutetek nC (nano coulombů) 1 nC je přibližně 6 000 000 000 elementaacuterniacutech elektrickyacutech naacutebojů (naacuteboj elektronuhellip) Existujiacute dva druhy elektrickeacuteho naacuteboje Kladnyacute elektrickyacute naacuteboj (na skleněneacute tyči) a zaacutepornyacute elektrickyacute naacuteboj (na plastoveacute tyči) Zaacuteporně nabiteacute těleso maacute viacutece elektronů než protonů V kladně nabiteacutem tělese převažujiacute protony K přesneacutemu měřeniacute velikostiacute naacutebojů zelektrovanyacutech těles sloužiacute měřič naacuteboje Velikost elektrickyacutech sil Fe kteryacutemi na sebe působiacute dva bodoveacute naacuteboje Q1 a Q2 je přiacutemo uacuteměrnaacute absolutniacute hodnotě součinu jejich velikostiacute a nepřiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině jejich vzdaacutelenostiacute r
221
02
21
41
rQQ
rQQ
kFr
e
Ciacutel Změřit naacuteboje různyacutech zelektrovanyacutech těles Sledovat jak se tento naacuteboj měniacute při různyacutech dějiacutech nabiacutejeniacute a vybiacutejeniacute Ověřit Coulombův zaacutekon Pomůcky LabQuest měřič naacuteboje CRG-BTA siloměr BFS-BTA tělesa (plechovka na polystyreacutenu kovoveacute kuličky s papiacuterky) kovoveacute kuličky na izolovaneacutem držadle zdroj vn k nabiacutejeniacute těles
6
Scheacutema
Postup 1 Měřič naacuteboje CRG-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 LabQuestu Plechovku položiacuteme
na polystyreacutenovou desku a připojiacuteme k niacute kladnou krokosvorku měřiče naacuteboje (stačiacute plechovku postavit na kovovou tyčinku připojenou ke krokosvorce) Zaacutepornou svorku spojiacuteme s uzemňovaciacute zdiacuteřkou zdroje vn Ke zdroji vn (ke kladneacute a zaacuteporneacute svorce 10 kV) připojiacuteme dvě kovovaacute tělesa s papiacuterky Zapneme zdroj vn (tělesa se nabiacutejejiacute) Na senzoru zvoliacuteme rozsah plusmn 100 nC
2 Zapneme LabQuest 3 Tlačiacutetkem na senzoru bdquovybijemeldquo naacuteboj (vynulujeme senzor) 4 Postupně nabiacutejiacuteme těleso (plechovku) kladně nebo zaacuteporně ndash dotykem ebonitoveacute nebo
skleněneacute tyče (třeniacutem nabiteacute) Sledujeme jak se měniacute naacuteboj Stejneacute můžeme provaacutedět pomociacute umělohmotneacute slaacutemky
7
5 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s Frekvence 2 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf
6 Tlačiacutetkem na senzoru bdquovybijemeldquo naacuteboj (vynulujeme senzor) 7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Pomociacute kuliček na izolovaneacutem držadle přenaacutešiacuteme nejdřiacuteve kladnyacute naacuteboj Sledujeme o
kolik vzroste Pak přenaacutešiacuteme zaacutepornyacute naacuteboj Sledujeme o kolik klesne kladnyacute naacuteboj (vzroste zaacutepornyacute naacuteboj) Zkoušiacuteme postupně pro tři průměry kuliček Porovnaacuteme vyacutesledky
9 Při dalšiacutem měřeniacute propojiacuteme nabiacutejeneacute těleso (plechovku) s kladně (při dalšiacutem postupu
zaacuteporně) nabityacutem tělesem pomociacute ebonitoveacute tyče skleněneacute tyče Sledujeme zda roste nebo klesaacute naacuteboj Proč neroste (neklesaacute)
10 Při dalšiacutem měřeniacute propojiacuteme nabiacutejeneacute těleso (plechovku) s kladně (při dalšiacutem postupu zaacuteporně) nabityacutem tělesem pomociacute dřevěneacute špejle průřezu 3times3 mm Sledujeme co se děje V dalšiacutem postupu zkracujeme deacutelku špejle Sledujeme jak se měniacute nabiacutejeniacute V dalšiacutem postupu použijeme špejli 9times9 mm Jak se změniacute vyacutesledek měřeniacute Proč je tomu tak
8
11 Vyhodnotiacuteme vyacutesledky měřeniacute Jak velkeacute jsou naacuteboje při pokusech (v coulombech
v elementaacuterniacutech naacutebojiacutech)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pouze přibližujeme a vzdalujeme nabitou tyč (ebonitovou nebo skleněnou) k tělesu
(plechovce) a sledujeme jak se měniacute naacuteboj O jakyacute jev se jednaacute Čiacutem je způsoben 2 Plechovku připojiacuteme ke zdroji kladneacuteho vn napětiacute (nabije se kladně) Měřič naacuteboje
připojiacuteme ke kovoveacute kuličce na izolovaneacutem držaacuteku Zapneme měřeniacute a přejiacuteždiacuteme plynule v okoliacute svisleacute stěny plechovky (nedotyacutekaacuteme se) přibližně ve stejneacute vzdaacutelenosti Sledujeme naměřeneacute hodnoty Co můžeme usoudit o rozloženiacute naacuteboje na povrchu plechovky
3 Zkus změřit siacutelu mezi dvěma nesouhlasně nabityacutemi tělesy Zkus naměřeneacute ověřit vyacutepočtem
9
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 71 Elektrickyacute naacuteboj Coulombův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf působeniacute elektrickyacutech sil po zapnutiacute zdroje vn
Velikost siacutely F = mN 2 Vyacutepočet
221
02
21
41
rQQ
rQQ
kFr
e
=
1441
41 63
221
0 ra
ra
rQQ
Fr
e =
3 Tabulka - Zaacutevěr
10
11
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 71 Elektrickyacute naacuteboj Coulombův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf působeniacute elektrickyacutech sil po zapnutiacute zdroje vn
Velikost siacutely F = 17 mN 2 Vyacutepočet
221
02
21
41
rQQ
rQQ
kFr
e
= mN816
060)1082(109 2
299
1441
41 63
221
0 ra
ra
rQQ
Fr
e = 166 mN
3 Zaacutevěr Naměřenaacute hodnota elektrickeacute siacutely se shoduje s vypočiacutetanou
12
13
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole
72 KAPACITA KONDENZAacuteTORU
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q= f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Určit kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute přechodneacuteho děje ndash vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod dle scheacutema a)
14
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V těsně před přepnutiacutem přepiacutenače 6 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q =C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
7 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 2 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 1 000 Ω)
15
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty
a) U = Q =
b) UQC
3 Zaacutevěr
16
17
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25 degC
Tlak 998 hPa
Vlhkost 53
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty U = 481 V Q = 0010036 C
UQC F002150
814010360
3 Zaacutevěr
Jmenovitaacute hodnota kapacity kondenzaacutetoru je 2 200microF Změřenaacute a vypočiacutetanaacute je 2 150 microF
18
19
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole 73 VYBIacuteJENIacute KONDENZAacuteTORŮ
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q = f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Změřit vybiacutejeciacute křivku kondenzaacutetoru Určit kapacitu kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 1 kΩ 2 ks kondenzaacutetory 2 200 μF voltmetr VP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry DVP-BTA ke vstupu CH1 a CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod
podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 30 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 1 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
20
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač podle scheacutema a po sekundě (odhadneme) přepneme přepiacutenač opačně
5 Měřeniacute uložiacuteme Opakujeme pro dva kondenzaacutetory zapojeneacute paralelně a do seacuterie 6 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V (začaacutetek měřeniacute) 7 Vytvořiacuteme novou vypočiacutetaacutevanou veličinu I = UR (R = 1 000 Ω) 8 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q = C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
9 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči rovnici funkce U = f (t) přiacutepadně I = f (t) 2 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 3 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 10 kΩ)
21
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
CeAU tB = helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
22
23
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
598100324 23750 ttB eCeAU (červenyacute graf) 3 Zaacutevěr
Napětiacute na kondenzaacutetoru při vybiacutejeniacute klesaacute podle exponenciaacutelniacute funkce
24
25
Elektrickyacute proud v kovech 74 OHMŮV ZAacuteKON
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon Pokud maacute kovovyacute vodič staacutelou teplotu je proud prochaacutezejiacuteciacute vodičem přiacutemo uacuteměrnyacute napětiacute mezi konci vodiče (r 1826 GSOhm) Grafem přiacutemeacute uacuteměrnostiacute je přiacutemka prochaacutezejiacuteciacute počaacutetkem Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky a rezistory 12 Ω 33 Ω a 100 Ω Pomůcky LabQuest rezistor 33 Ω a 100 Ω žaacuterovka 6 V03 A voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 60 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme napětiacute
Vlevo 0 Vpravo 6 V Na ose y zvoliacuteme Elektrickyacute proud a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 06 A V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
26
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Reostatem pomalu zvyšujeme napětiacute a proud Hodnota napětiacute nesmiacute překročit 5 V a
proudu 06 A Zobrazuje se tzv voltampeacuterovaacute charakteristika Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro rezistor 33 Ω a pro žaacuterovku
7 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Platiacute Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky 2 Porovnej voltampeacuteroveacute charakteristiky rezistorů s různyacutemi hodnotami odporů 3 Zkus vymyslet jak ověřiacuteš že Ohmův zaacutekon platiacute i pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky
27
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
a) pro žaacuterovku
b) pro vodič
28
2 Zaacutevěr
29
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
pro žaacuterovku a pro vodič (rezistor)
2 Zaacutevěr Pro žaacuterovku nevychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) protože se teplota wolframoveacuteho vlaacutekna měniacute a tiacutem i jeho odpor Pro rezistory (vodič) vychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) Sklon polopřiacutemky zaacutevisiacute na odporu vodiče ndash čiacutem je odpor většiacute tiacutem je sklon menšiacute
30
31
Elektrickyacute proud v kovech
75 OHMŮV ZAacuteKON PRO UZAVŘENYacute OBVOD
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Proud v uzavřeneacutem obvodu je roven podiacutelu elektromotorickeacuteho napětiacute Ue zdroje a celkoveacuteho odporu R + Ri kde Ri je vnitřniacute odpor zdroje
i
e
RRUI
Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat 100 Ω a 10 kΩ
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema
32
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Elektrickeacute napětiacute a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 V V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat - Ampeacutermetr Reostat 100 Ω a 10 kΩ nastaviacuteme na max hodnoty odporu
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Sepneme spiacutenač 5 Reostatem 10 kΩ pomalu (10 s) zvětšujeme proud (hodnota odporu na min) Jakmile
reostat 10 kΩ vytočiacuteme do krajniacute polohy (min) pokračujeme stejně reostatem 100 Ω do krajniacute polohy (min) Hodnota proudu nesmiacute překročit 06 A což při napětiacute 45 V zajistiacute rezistor 10 Ω Zobrazuje se tzv zatěžovaciacute charakteristika zdroje Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro různě stareacute plocheacute baterie
7 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku Napětiacute
Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute Určiacuteme koeficienty lineaacuterniacute funkce Opakujeme pro všechny grafy
8 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona pro uzavřenyacute obvod)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z koeficientů lineaacuterniacutech funkciacute určete napětiacute napraacutezdno U0 a zkratovyacute proud Ik Daacutele
určete vnitřniacute odpor Ri plocheacute baterie noveacute a stareacute 2 Vnitřniacute odpor plocheacute baterie se staacuteřiacutem zvětšuje Jak se to projevuje na zatěžovaciacute
charakteristice
33
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
1 Vyacutepočet a) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip
b) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip 2 Zaacutevěr
34
35
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
2 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
3 Vyacutepočet a) U = f(I)= -09126I+4925 U0=4925 V Ik=54 A Ri=09126 b) U = f(I)= -5011I+445 U0=445 V Ik=089 A Ri=5011 c) U = f(I)= -RiI+U0= -4244I+4132 U0=4132V Ik=097 A Ri=4244 4 Zaacutevěr Novaacute plochaacute baterie maacute většiacute svorkoveacute napětiacute na praacutezdno U0 většiacute zkratovyacute proud Ik a menšiacute vnitřniacute odpor Ri U staršiacute (reacute) plocheacute baterie je to naopak
36
37
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 76 TERMISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Termistor je polovodičovaacute součaacutestka jejiacutež odpor zaacutevisiacute na teplotě
Z teorie vyplyacutevaacute že zaacutevislost odporu termistoru na teplotě je daacutena vztahem
16273 tT eAeAR
(1) T hellip termodynamickaacute teplota R hellip odpor termistoru při daneacute teplotě T A hellip lineaacuterniacute koeficient β hellip index citlivosti materiaacutelu termistoru Pokud bychom chtěli využiacutevat termistor jako teploměr budeme potřebovat znaacutet inverzniacute funkci (2) tedy funkci vyjadřujiacuteciacute zaacutevislost teploty na odporu Tuto funkci ziacuteskaacuteme z rovnice (1) aplikovaacuteniacutem přirozeneacuteho logaritmu naacuteslednou uacutepravou a převedeniacutem do Celsiovy stupnice
15273ln
15273lnln
ARAR
t (2)
t hellip teplota ve degC R hellip odpor termistoru v Ω Ciacutel Změř zaacutevislost odporu termistoru na teplotě Z grafu urči konstanty A a β
38
Pomůcky LabQuest ohmmetr (musiacute byacutet nainstalovaacuten) teploměr TMP-BTA rychlovarnaacute konvice s horkou vodou termistory se jmenovitou hodnotou odporu 47 kΩ 10 kΩ 15 kΩ počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 V konvici si ohřejeme vodu 2 Teploměr TMP-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 2 a ohmmetr do konektoru CH 1
LabQuestu 3 K ohmmetru připojiacuteme termistor (10 kΩ) kteryacute zastrčiacuteme společně s teploměrem do
kaacutedinky 4 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 5 Zapneme LabQuest 6 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko
zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance) 7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s
Frekvence 1 čteniacutes 8 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a
na osu x Teplotu
39
9 Nalejeme horkou vodu z konvice do kaacutedinky s teploměrem a termistorem a zapneme Sběr dat v programu LoggerPro
10 Voda postupně chladne a počiacutetač vykresluje graf zaacutevislosti R = f(t) Ochlazovaacuteniacute můžeme pomalu urychlovat opatrnyacutem přileacutevaacuteniacutem studeneacute vody a současnyacutem miacutechaacuteniacutem Pro hlubšiacute ochlazeniacute můžeme použiacutet kousek ledu
11 Po skončeniacute měřeniacute (300 s) uložiacuteme toto měřeniacute do paměti ndash menu Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute a můžeme opakovat měřeniacute pro dalšiacute termistor Nebo při měřeniacute použiacutet současně dva ohmmetry (CH 2 a CH 3) a dva termistory
12 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash sestrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a β
2 V programu Logger Pro můžeme v menu Analyacuteza ndash Curve Fit zkusit proložit funkci kterou si vybereme ze seznamu A určiacuteme koeficienty A a β Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že zvolenaacute funkce bdquofungujeldquo
3 Zdůvodněte proč odpor termistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
40
41
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
3 Jakaacute je to funkce
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R )
Termistor
Termistor
Termistor
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
42
43
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
Termistory 15k 10k a 4k7 dosahujiacute jmenoviteacute hodnoty přibližně při 25 degC Termistory s většiacutem jmenovityacutem odporem majiacute při stejně velkeacute změně teploty většiacute změnu odporu Index citlivosti materiaacutelu je přibližně stejnyacute
3 Jakaacute je to funkce
Exponenciaacutelniacute klesajiacuteciacute 16273 tT eAeAR
44
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R ) Termistor 15000Ω 3285 02388 15273
3285
23880 teR 15273
23880lnln3285
R
t
Termistor 10000Ω 3592 005836 15273
3592
058360 teR 15273
058360lnln3592
R
t
Termistor 4700 Ω 3545 003204 15273
3545
032040 teR 15273
032040lnln3545
R
t
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
S rostouciacute teplotou se rychle zvětšuje hustota volnyacutech bdquovytřesenyacutechldquo elektronů z vazeb a tiacutem rezistivita rychle klesaacute
45
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 77 FOTOREZISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Fotorezistor (dřiacuteve označovaacuten jako fotoodpor) je pasivniacute elektrotechnickaacute součaacutestka bez PN přechodu jejiacutež elektrickyacute odpor R se snižuje se zvyšujiacuteciacutem se osvětleniacutem E resp elektrickaacute vodivost G se zvyšuje
Princip fotorezistoru je založen na vnitřniacutem fotoelektrickeacutem jevu světlo (foton) naraziacute do elektronu ve valenčniacute sfeacuteře a předaacute mu svoji energii tiacutem elektron ziacuteskaacute dostatek energie k překonaacuteniacute zakaacutezaneacuteho paacutesu a skočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho Tiacutem opustiacute svůj atom a pohybuje se jako volnyacute elektron prostorem krystaloveacute mřiacutežky Na jeho miacutestě vznikla diacutera Takto vznikleacute volneacute elektrony přispiacutevajiacute ke sniacuteženiacute elektrickeacuteho odporu R (zvyacutešeniacute elektrickeacute vodivosti G) Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost Funkce R = f(E) je funkce mocninnaacute R = AmiddotE-B Tuto funkci můžeme zlogaritmovat a převeacutest
na funkci lineaacuterniacute lnR= -BmiddotlnE + lnA nebo určit inverzniacute funkci BB RAE11
Inverzniacute
funkce může sloužit ke konstrukci luxmetru z fotorezistoru Ciacutel Změřit zaacutevislost odporu fotorezistoru na osvětleniacute Z grafu určit konstanty A a B
46
Pomůcky LabQuest 3 ohmmetry (ohmmetr musiacute byacutet nainstalovaacuten) luxmetr LS-BTA fotorezistory počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 Luxmetr LS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 Ohmmetry zapojiacuteme do konektorů
CH 2 CH 3 a CH4 LabQuestu 2 K ohmmetrům připojiacuteme fotorezistory 3 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 4 Zapneme LabQuest
47
5 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance)
6 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s Frekvence 1 čteniacutes
7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a na osu x Osvětleniacute
8 Těsně vedle fotorezistorů umiacutestiacuteme luxmetr 9 Budeme postupně viacutece a viacutece zakryacutevat papiacutery fotorezistory s luxmetrem Tiacutem dosaacutehneme
změnu osvětleniacute a odporu fotorezistorů Zastaviacuteme měřeniacute 10 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů 11 Provedeme analyacutezu grafů Určiacuteme konstanty mocninneacute funkce A a B Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash setrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a B
2 Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že určenaacute funkce bdquofungujeldquo 3 Zdůvodněte proč odpor fotorezistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
48
49
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy 3 Jakaacute je to funkce 4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute Fotorezistor středniacute Fotorezistor velkyacute
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E
50
51
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy Pro tři měřeneacute fotorezistory jsou průběhy funkciacute podobneacute U maleacuteho a středniacuteho fotorezistoru je pokles odporu R většiacute něž u velkeacuteho fotorezistoru při stejně velkeacute změně osvětleniacute E 3 Jakaacute je to funkce Funkce R=f(E) je funkce mocninnaacute R=AmiddotE-B Je to funkce klesajiacuteciacute
52
4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute 100100 07246 R=100100middotE-07246 381
11
7960821 RRAE BB
Fotorezistor středniacute 97030 08379 R=97030middotE-08379 1931
11
894688 RRAE BB
Fotorezistor velkyacute 30350 06885 R=30350middotE-06885 4521
11
3236193 RRAE BB
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem viacutece elektronů přeskočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho a tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost ndash zmenšuje se odpor R
53
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech
78 TRANZISTOR JAKO SPIacuteNAČ A ZESILOVAČ
Fyzikaacutelniacute princip Tranzistor je polovodičovaacute součaacutestka se dvěma přechody PN Středniacute čaacutest krystalu polovodiče je baacuteze B a přechody PN ji oddělujiacute od oblasti s opačnyacutem typem vodivosti kolektorem C a emitorem E Podle druhu vodivosti jednotlivyacutech čaacutestiacute označujeme tranzistory jako typy NPN a PNP
Zaacutekladniacute funkce tranzistoru Maleacute napětiacute v obvodu baacuteze vzbuzuje proud kteryacute je přiacutečinou mnohokraacutet většiacuteho proudu v obvodu kolektoroveacutem Tranzistor se použiacutevaacute jako bdquoelektronickyacute spiacutenačldquo a bdquozesilovačldquo
Ciacutel Ověřit činnost tranzistoroveacuteho spiacutenače a tranzistoroveacuteho zesilovače Pomůcky LabQuest dva voltmetry VP-BTA zapojeniacute tranzistoru jako spiacutenače a zesilovače (podle scheacutema) generaacutetor signaacutelu (může byacutet použit i druhyacute LabQuest se zesilovačem) baterie 45 V
54
Scheacutema
a) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquospiacutenačeldquo
b) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquozesilovačeldquo
55
Postup 1 Voltmetry zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquospiacutenačldquo podle scheacutema a) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1) a
UCE (U2) 3 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme trojuacutehelniacutekovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 5 V
4 Voltmetr U1 připojiacuteme mezi baacutezi a emitor (UBE) Voltmetr U2 připojiacuteme mezi kolektor a
emitor (UCE) 5 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 3 s Frekvence
10 000 čteniacutes 6 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
Tranzistor jako bdquospiacutenačldquo
7 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 8 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquozesilovačldquo podle scheacutema b) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1)
a UCE (U2) Potenciometrem P nastaviacuteme bdquopracovniacute bod tranzistoruldquo ndash UCE bude miacutet přibližně polovičniacute hodnotu napaacutejeciacuteho napětiacute (jestliže napětiacute zdroje je UB= 45 V rarr UCE= 225 V)
9 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme sinusovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 015 V 10 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 01 s Frekvence 10 000 čteniacutes
56
Tranzistor jako bdquozesilovačldquo
11 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 12 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 13 Určiacuteme jakyacute je poměr UCEUBE 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Při jakeacutem napětiacute UBE tranzistor bdquosepneldquo Jak dlouho probiacutehaacute bdquosepnutiacuteldquo (tranzistor jako
spiacutenač) 2 Zkus měnit kmitočet vstupniacuteho napětiacute zesilovače 3 Zkus měnit nastaveniacute pracovniacuteho bodu Jakyacute to maacute vliv na vyacutestupniacute signaacutel 4 Zkus měnit velikost střiacutedaveacuteho vstupniacuteho napětiacute Jakyacute to maacute vliv na tvar vyacutestupniacuteho
napětiacute 5 Urči zesilovaciacute činitel 6 Je vyacutestupniacute signaacutel bdquozkreslenyacuteldquo Co je přiacutečinou
57
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
58
59
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač
2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač
60
b) Tranzistor jako zesilovač
3 Zaacutevěr a)Tranzistor jako spiacutenač ndash z měřeniacute je patrneacute že se tranzistor otevře při překročeniacute napětiacute asi 07 V mezi baacuteziacute a editorem b)Tranzistor jako zesilovač ndash změřeniacute je patrneacute že tranzistor zesiluje napětiacute přibližně 23times Z měřeniacute je daacutele patrneacute že dochaacuteziacute ke zkresleniacute vstupniacuteho signaacutelu
61
Elektrickyacute proud v kapalinaacutech 79 ELEKTROLYacuteZA
Fyzikaacutelniacute princip Elektrolyacutezou nazyacutevaacuteme laacutetkoveacute změny vyvolaneacute při průchodu proudu elektrolytem na elektrodaacutech Faradayův zaacutekon Hmotnost m vyloučeneacute laacutetky je přiacutemo uacuteměrnaacute naacuteboji Q kteryacute prošel elektrolytem M = AQ = AmiddotImiddott Konstanta uacuteměrnosti A kteraacute je pro danou laacutetku charakteristickaacute se nazyacutevaacute elektrochemickyacute ekvivalent laacutetky Ciacutel Určit elektrochemickyacute ekvivalent mědi v roztoku siacuteranu měďnateacuteho CuSO4 Pomůcky LabQuest ampeacutermetr HCS-BTA žaacuterovka 24 V40 W naacutedoba s roztokem Cu2SO4 zdroj stejnosměrneacuteho napětiacute 24 V digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001
Scheacutema
62
Postup 1 Sestaviacuteme měřeniacute podle scheacutema Katodu připevniacuteme na stativ kteryacute stojiacute na digitaacutelniacutech
vahaacutech 2 Ampeacutermetr HCS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 LabQuestu a ten připojiacuteme přes
USB k PC 3 Digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001 připojiacuteme přes USB k PC 4 Zapneme LabQuest 5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 1 vzoreksekundu 6 Zapneme zdroj proudu 7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a nechaacuteme určitou dobu probiacutehat
měřeniacute
8 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 9 V grafu I = f (t) určiacuteme velikost naacuteboje Q kteryacute prošel obvodem pomociacute volby v menu
Analyacuteza - Integraacutel 10 Vypočiacutetaacuteme elektrochemickyacute ekvivalent mědi A (při elektrolyacuteze roztoku Cu2SO4)
zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pomociacute elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi spočiacutetejte Avogadrovu a Faradayovu
konstantu 2 Naměřeneacute hodnoty porovnejte s tabulkovyacutemi hodnotami 3 Zkus zopakovat měřeniacute s jinyacutem elektrolytem 4 Co může byacutet přiacutečinou naacuterůstu elektrickeacuteho proudu v průběhu měřeniacute (viz vyacuteše)
63
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu
3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
64
65
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu 0000002480
1210103 4
3 Zaacutevěr Elektrochemickyacute ekvivalent mědi měřeniacutem a vyacutepočtem vychaacuteziacute 0000000248 kgmiddotC-1 Tabulkovaacute hodnota elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi je A = 03310-6 kgC-1 Chyba měřeniacute je způsobenaacute nepřesnostiacute měřeniacute
66
67
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
710 MAGNETICKEacute POLE CIacuteVKY
Fyzikaacutelniacute princip
Magnetickaacute indukce uvnitř velmi dlouheacute ciacutevky maacute velikost l
INB kde I je velikost
proudu N je celkovyacute počet zaacutevitů a l je deacutelka ciacutevky
Ciacutel Ověřit zaacutevislost magnetickeacute indukce na velikosti proudu prochaacutezejiacuteciacuteho ciacutevkou Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω ampeacutermetr DCP-BTA teslametr MG-BTA ciacutevka 166 a 332 zaacutevitů regulovatelnyacute zdroj proudu a napětiacute BK 127
Scheacutema
68
Postup 1 Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme teslametr MG-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud
Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Magnetickou indukci a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 mT V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Regulovatelnyacutem zdrojem zvyšujeme napětiacute Kontrolujeme proud ndash max 06 A
Teslametrem měřiacuteme magnetickou indukci uvnitř ciacutevky
6 Vysloviacuteme zaacutevěr - jak zaacutevisiacute magnetickaacute indukce B na velikosti elektrickeacute proudu I
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Ze znalosti počtu zaacutevitů deacutelky ciacutevky a proudu spočiacutetej magnetickou indukci 2 Změň ciacutevku a opakuj měřeniacute 3 Změř jak se měniacute magnetickaacute indukce po podeacutelneacute ose ciacutevky při daneacute hodnotě proudu
69
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = helliphellip A N= 332 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
b) I = helliphellip A N= 166 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
70
3 Zaacutevěr
Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = helliphelliphelliphellip mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je měřeniacutem B = helliphelliphelliphellip mT Tyto hodnoty helliphelliphelliphelliphellip s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Jejich rovnice jsou B = helliphelliphelliphellipmiddotI a B = helliphelliphellipmiddotI
71
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = 05807 A N = 332 z l = 15 cm
mTl
INB 615115058070133104 7
b) I = 061 A N = 166 z l = 15 cm mT
lINB 8480
150610166104 7
72
3 Zaacutevěr Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = 1734 mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je B= 0835 mT Tyto hodnoty souhlasiacute s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je přiacutemaacute uacuteměrnost Jejich rovnice jsou B = 2906middotI a B = 1445middotI
73
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
711 MAGNETICKEacute POLE ZEMĚ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Stejně i Země maacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Zemskeacute magnetickeacute pole v ČR maacute magnetickou indukci 0048 mT Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole Země Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA stojan laboratorniacute uacutehloměr
74
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 03 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve vodorovneacute rovině
otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum (N a S magnetickyacute poacutel) Z maximaacutelniacutech hodnot odečteme vodorovnou amplitudu magnetickeacute indukce B Země
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve svisleacute rovině (N-S směr) otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum Maximaacutelniacute hodnota je hodnotou magnetickeacute indukce B Země
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči sklon indukčniacute čaacutery magnetickeacuteho pole u naacutes v ČR vzhledem k povrchu země 2 Teslametr upevniacuteme do stojanu Pod teslametr položiacuteme uacutehloměr
75
3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev Uacutehel Jednotky deg
4 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Podle kompasu nastaviacuteme teslametr na sever 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 7 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0deg a stiskneme OK 8 Teslametr otočiacuteme o 10deg 9 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 10 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 10deg a stiskneme OK 11 Opakujeme body 8 9 a 10 pro 20deg 30deg 40deg hellip 360deg 12 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 13 Měřeniacute zopakujeme v horizontaacutelniacute rovině v bdquoN ndash Sldquo směru 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
76
77
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
78
79
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(t)
2 Zaacutevěr Velikost vektoru magnetickeacute indukce vychaacuteziacute přibližně B = 005 mT Tento vektor maacute vzhledem k vodorovneacutemu směru uacutehel sklonu 60deg
80
81
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
712 MAGNETICKEacute POLE MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT stojan laboratorniacute permanentniacute magnet
82
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně
přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k severniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně pohybujeme (asi 5 sekund) teslametrem kolmo k podeacutelneacute ose magnetu k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund) Uložiacuteme měřeniacute
83
6 Otevřeme novyacute soubor a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf
7 Zopakujeme měřeniacute pro magnet tvaru podkovy s teslametrem plusmn 140 mT
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev deacutelka
Jednotky cm 2 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Teslametr upevniacuteme do stojanu a postaviacuteme na okraj
magnetickeacuteho pole magnetu tvaru podkovy 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 5 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK 6 Teslametr posuneme o 1 cm 7 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 8 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 1 cm a stiskneme OK 9 Opakujeme body 7 8 a 9 pro 2cm 3 cm 4 cm hellip20 cm 10 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 11 Měřeniacute zopakujeme ve vertikaacutelniacute rovině magnetu (bdquoN ndash Sldquo) 12 Vysloviacuteme zaacutevěr
84
85
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
713 VLASTNOSTI FEROMAGNETICKYacuteCH
LAacuteTEK Fyzikaacutelniacute princip Budeme-li postupně zvětšovat proud I v ciacutevce s jaacutedrem z feromagnetickeacute laacutetky bude se postupně i magnetickaacute indukce B v jaacutedře zvětšovat
Relativniacute permeabilita μr feromagnetickyacutech laacutetek neniacute konstantniacute proto zaacutevislost B = f(I) neniacute lineaacuterniacute Grafem teacuteto zaacutevislosti je křivka ndash hystereacutezniacute smyčka
Hystereacutezniacute smyčka je důležitou charakteristikou feromagnetickyacutech laacutetek Podle tvaru křivky děliacuteme laacutetky na a) magneticky tvrdeacute - majiacute širokou hystereacutezniacute smyčku velkou hodnotu Br a jsou viacutece
odolnějšiacute vůči zmagnetovaacuteniacute (ocel s velkyacutem obsahem uhliacuteku hellip) Po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole zůstaacutevajiacute nadaacutele zmagnetovaacuteny a chovajiacute se jako permanentniacute magnet Jejich magnetickeacute pole lze zrušit pomociacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole opačneacute polarity (např do ciacutevky s jaacutedrem zavedeme proud opačneacuteho směru)
b) magneticky měkkeacute - materiaacutely s uacutezkou hystereacutezniacute smyčkou ktereacute se dajiacute snadno zmagnetovat (magnetofonoveacute paacutesky diskety hellip) Majiacute malou hodnotu Br což znamenaacute že po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole jejich vlastniacute magnetickeacute pole zanikaacute
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole ciacutevky s jaacutedrem v zaacutevislosti na velikosti proudu I Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT ampeacutermetr HCS-BTA stojan laboratorniacute ciacutevka 400 z různaacute jaacutedra regulovatelnyacute zdroj KXN 305D
86
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr plusmn140 mT ke vstupu CH1 LabQuestu Ke vstupu CH2 zapojiacuteme
ampeacutermetr HCS-BTA Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a připojiacuteme ho k USB PC 3 V programu LoggerPro v menu Data ndash Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme Naacutezev
magnetickaacute indukce Značka B Jednotka mT Rovnice Potential57 4 Na ose y zvoliacuteme magnetickaacute indukce a na ose x elektrickyacute proud 5 V menu Experiment ndash Sběr dat hellip zvoliacuteme bdquoNepřerušenyacute sběr datldquo Vzorkovaciacute
frekvence 10 vzorkůsekundu 6 Uvnitř ciacutevky je jaacutedro s feromagneticky měkkeacute oceli Vynulujeme senzor proudu a napětiacute
(teslametr plusmn140 mT) Teslametr přiložiacuteme těsně k jaacutedru (viz scheacutema) 7 Na regulovatelneacutem zdroji napětiacute zvětšujeme pomalu napětiacute až dosaacutehneme proud ciacutevkou
5 A Potom zase zmenšujeme napětiacute (proud) na bdquonululdquo Přepoacutelujeme poacutely zdroje pomociacute banaacutenků nebo dvojpoacutelovyacutem přepiacutenačem
87
8 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat v programu LoggerPro a opakujeme činnost v bodě 7 dvakraacutet Tiacutem se vykresliacute celaacute hystereacutezniacute smyčka Zastaviacuteme sběr dat tlačiacutetkem Stop v programu LoggerPro Uložiacuteme měřeniacute
9 Zopakujeme měřeniacute pro různaacute jaacutedra
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme různaacute jaacutedra z feromagneticky tvrdeacute oceli ndash např šroubovaacutek
2 Z grafu můžeme určit hodnotu zbytkoveacute magnetickeacute indukce Br 3 Proč je pro jaacutedra transformaacutetorů vyacutehodnějšiacute použiacutet feromagneticky měkkou ocel
88
89
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole 714 HALLŮV JEV
Fyzikaacutelniacute princip Hallův jev vznikaacute při průchodu proudu I tenkou polovodičovou destičkou (InSb InAs s odporem 001 až 20 Ohmů a tloušťky cca 01 mm jednaacute se o kompromis mezi maximem citlivost a mechanickeacute pevnosti) obdeacutelniacutekoveacuteho tvaru Při vloženiacute destičky do magnetickeacuteho pole skrze ni prochaacuteziacute indukčniacute tok a přeskupuje naacuteboje v destičce na jednu stranu Tak na bočniacutech stěnaacutech destičky vznikaacute napětiacute (tzv Hallovo napětiacute) ktereacute se daacute vypočiacutetat pomociacute vzorce UH = kIB kde k je konstanta (zahrnuje typ materiaacutelu a tloušťku destičky) I je stejnosměrnyacute proud a B je magnetickaacute indukce způsobenaacute magnetickyacutem polem
Ciacutel Pomociacute teslametru změřit jak zaacutevisiacute napětiacute UH na Hallově sondě na magnetickeacute indukci B magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA teslametr MG-BTA teslametr bdquoza paacuter korunldquo (viz doprovodnyacute text) permanentniacute magnet
90
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 a teslametr MG-BTA ke vstupu CH2
LabQuestu Na teslametru MG-BTA nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Voltmetr VP-BTA připojiacuteme k teslametru bdquoza paacuter korunldquo - je na něm zapojena Hallova sonda na napětiacute 3 V a protilehleacute vyacutevody z Hallovy sondy jsou vyvedeny pomociacute dvou vodičů Na nich budeme měřit UH pomociacute voltmetru VP-BTA LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 2 vzorkysekundu 4 Zapneme zdroj proudu na teslametru bdquoza paacuter korunldquo Vynulujeme oba senzory
Permanentniacute magnet přibliacutežiacuteme k teslametru MG-BTA a teslametru bdquoza paacuter korunldquo na vzdaacutelenost asi 2cm Digitaacutelniacute displej teslametru ukazuje hodnotu 5 mT (viz scheacutema)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem vzdalujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 1)
6 Pak otočiacuteme magnet o 180deg a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem přibližujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 2)
91
7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 8 Opakujeme měřeniacute pro různeacute Hallovy sondy
9 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash jakaacute je zaacutevislost UH na B jakaacute je citlivost
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kde se Hallova sonda použiacutevaacute 2 Jakyacute je rozsah teslametru MG-BTA a jakyacute teslametru bdquoza paacuter korunldquo 3 Zkus změřit magnetickou indukci magnetu bdquoparalelněldquo oběma teslametry U teslametru
bdquoza paacuter korunldquo vlož lineaacuterniacute funkci kteraacute přepočiacutetaacute UH na B
92
93
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
94
95
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr Z grafů je zřejmeacute že se jednaacute o přiacutemou uacuteměrnost Pro prvniacute (modryacute graf) Hallův senzor je rovnice přiacutemeacute uacuteměrnosti B=f(UH) = 333UH mT A pro druhyacute (červenyacute graf) Hallův senzor je rovnice B=f(UH) = 83UH mT
96
97
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
715 MAGNETICKYacute ZAacuteZNAM SIGNAacuteLŮ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickyacute zaacuteznam signaacutelů kteryacutem je uchovaacutevaacutena zvukovaacute či obrazovaacute informace nebo takeacute digitaacutelniacute informace zpracovanaacute počiacutetačem Magnetickyacute zaacuteznam je založen na trvaleacutem zmagnetovaacuteniacute vrstvy feromagnetika (např oxidu železa) naneseneacuteho na nosiči z plastickeacuteho materiaacutelu
Magnetickyacute zaacuteznam se uskutečňuje pomociacute zvlaacuteštniacuteho elektromagnetu ndash zaacuteznamoveacute hlavy
Ciacutel Proveacutest mazaacuteniacute magnetickyacute zaacuteznam sniacutemaacuteniacute a opětneacute mazaacuteniacute na nosič Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA permanentniacute magnet na mazaacuteniacute permanentniacute magnet na zaacuteznam svinovaciacute metr jako nosič zaznamenaneacuteho signaacutelu
98
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru MG-BTA
nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Deacutelka 10 s
Vzorkovaciacute frekvence 20 vzorkůsekunda 4 Nejdřiacuteve provedeme mazaacuteniacute na nosiči (svinovaciacute metr)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu (10 s) rovnoměrnyacutem
pohybem pomociacute teslametru provedeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů na nosiči
6 Provedeme zaacuteznam signaacutelů na nosiči (např čtyřikraacutet)
7 Zopakujeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů (jako v bodě 5) 8 Zopakujeme mazaacuteniacute a sniacutemaniacute (jako v bodě 4 a 5)
99
9 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej zaacuteznam různyacutem (S N) poacutelem permanentniacuteho magnetu Jak se změniacute průběh
signaacutelu 2 Vyzkoušej mazaacuteniacute a zaacuteznam na skutečnyacute nosič ndash paacutesek od videokazety 3 Vyzkoušej zaacuteznam na disketu
100
101
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
716 ELEKTROMAGNETICKAacute INDUKCE
Fyzikaacutelniacute princip Elektromagnetickaacute indukce je jev při ktereacutem vznikaacute elektrickeacute napětiacute ve vodiči změnou magnetickeacuteho pole v okoliacute vodiče (ciacutevky) Indukovaneacute napětiacute zaacutevisiacute na velikosti změny magnetickeacuteho pole i na rychlosti jeho změny
tU i
Indukovaneacute napětiacute maacute takovou polaritu že indukovanyacute proud vytvaacuteřiacute magnetickeacute pole s opačnyacutem směrem indukčniacutech čar než maacute magnetickeacute pole ktereacute indukci vyvolalo (Lenzův zaacutekon)
Ciacutel Změřit indukovaneacute napětiacute Ověřit na čem zaacutevisiacute Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA ciacutevka s jaacutedrem permanentniacute magnet
102
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu Roztočiacuteme permanentniacute magnet v těsneacutem okoliacute ciacutevky (jaacutedra)
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Opakujeme měřeniacute s rychlejšiacutem (pomalejšiacutem) otaacutečeniacutem magnetu 5 Vyměniacuteme magnet za bdquosilnějšiacuteldquo 6 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash na čem zaacutevisiacute indukovaneacute napětiacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkus ciacutevku s jinyacutem počtem zaacutevitů 2 Zkus pohybovat membraacutenou reproduktoru a měřit indukovaneacute napětiacute 3 Zkus napjatou strunu umiacutestit do magnetickeacuteho pole a na niacute měřit velikost indukovaneacuteho
napětiacute
103
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
717 DEMONSTRACE VOLNEacuteHO PAacuteDU MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Volnyacute paacuted je rovnoměrně zrychlenyacute pohyb volně padajiacuteciacuteho tělesa v bliacutezkosti země K měřeniacute pohybu volneacuteho paacutedu tělesa (magnetu) použijeme trubici z nevodiveacuteho materiaacutelu Na trubici jsou v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech navinuty ciacutevky ktereacute jsou navzaacutejem spojeneacute do seacuterie Spojeniacute ciacutevek připojiacuteme k voltmetru a zobraziacuteme časovyacute zaacuteznam napětiacute na jednotlivyacutech ciacutevkaacutech při pohybu magnetu trubiciacute vnitřkem jednotlivyacutech ciacutevek
Ciacutel Změřit časovyacute průběh indukovaneacuteho napětiacute při pohybu (volneacutem paacutedu) magnetu vnitřkem ciacutevek Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA neodymovyacute magnet (vaacuteleček) 2 m dlouhaacute PPR trubka 25x35 PN16 na ktereacute jsou navinuty ciacutevky (10 z) v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech
104
Scheacutema
105
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Sestaviacuteme obvod podle
scheacutema Voltmetr připojiacuteme ke koncům seacuterioveacuteho spojeniacute ciacutevek LabQuest připojiacuteme k PC přes USB
2 Zapneme LabQuest V programu Logger Pro v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 06 s Frekvence 1 000 vzorkůs Daacutele Trigger je rostouciacute přes 001 V
3 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat (měřeniacute) v programu Logger Pro Neodymovyacute magnet vložiacuteme do uacutestiacute PPR trubky a pustiacuteme
4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme časoveacute intervaly mezi jednotlivyacutemi průchody
magnetu Daacutele vypočiacutetaacuteme rychlosti v jednotlivyacutech intervalech Určiacuteme zrychleniacute mezi jednotlivyacutemi intervaly Přiacuteklad vyacutepočtu pro vyacuteše uvedeneacute měřeniacute
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyložte průběh zaacuteznamu z hlediska velikosti a polarity jednotlivyacutech napětiacute a jejich
umiacutestěniacute na ose času 2 Zopakuj měřeniacute s padajiacuteciacutem magnetem s opačnou orientaciacute poacutelů magnetu 3 Jak se změniacute časovyacute průběh při použitiacute delšiacuteho magnetu (viacutece vaacutelečků) 4 Zopakuj měřeniacute s tiacutem že konec trubky ucpeš gumovou zaacutetkou 5 Připoj k vyacutestupu signaacutelu z ciacutevek zesilovač a reproduktor a poslechem sleduj volnyacute paacuted
magnetu
106
107
Střiacutedavyacute proud 718 PŘECHODNYacute DĚJ Fyzikaacutelniacute princip Přechodnyacutem dějem v obvodu s kondenzaacutetorem nebo s ciacutevkou nazyacutevaacuteme skokovou změnu napětiacute a proudu na kondenzaacutetoru a ciacutevce Tuto změnu vyvolaacuteme sepnutiacutem nebo vypnutiacutem spiacutenače (přepiacutenače) Ciacutel Určit jak se měniacute napětiacute a proud v obvodu s kondenzaacutetorem a s ciacutevkou při přechodneacutem ději Pomůcky LabQuest ciacutevka 1 200 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr VP-BTA voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
a) b)
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr
DCP-BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema a)
108
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Zapojiacuteme obvod podle scheacutema b) 6 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 1 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 A Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a hned ho přepneme zpět
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zamysli se co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru (ciacutevky) ke zdroji
napětiacute a co se děje při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute k rezistoru Kde se to daacute využiacutet 2 Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Zkus to
vymyslet a potom ověř měřeniacutem
109
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
2 Doplňkoveacute otaacutezky a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k
rezistoru c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute
110
d) 4) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru
e) 5) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů f) 6) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
111
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 27 degC
Tlak 1008 hPa
Vlhkost 53
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
112
3 Doplňkoveacute otaacutezky
a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute dochaacuteziacute k jeho nabiacutejeniacute Na kondenzaacutetoru se akumuluje elektrickyacute naacuteboj (zvětšuje se jeho elektrickaacute energie) V okamžiku zapojeniacute bude obvodem prochaacutezet největšiacute elektrickyacute proud Nenabityacute kondenzaacutetor se zpočaacutetku chovaacute jako zkrat Čiacutem viacutece se však bude kondenzaacutetor nabiacutejet (bude v něm vzrůstat nahromaděnyacute naacuteboj) a poroste jeho napětiacute tiacutem menšiacute proud bude prochaacutezet obvodem
b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k rezistoru Po odpojeniacute obvodu od zdroje napětiacute se začiacutenaacute kondenzaacutetor vybiacutejet (chovaacute se jako zdroj) Elektrickaacute energie kterou kondenzaacutetor vybije se v rezistoru přeměniacute na teplo Teoreticky se kondenzaacutetor vybiacutejiacute nekonečně dlouhou dobu V okamžiku odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje napětiacute prochaacuteziacute obvodem velkyacute proud opačnyacutem směrem než při zapojeniacute ke zdroji napětiacute Napětiacute i proud postupně klesajiacute
c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute ciacutevky ke zdroji stejnosměrneacuteho napětiacute začne obvodem prochaacutezet proud kteryacute na ciacutevce způsobiacute indukovaacuteniacute napětiacute jež je uacuteměrneacute časoveacute změně magnetickeacuteho indukčniacuteho toku a s polaritou působiacuteciacute proti napětiacute zdroje Proud v obvodu se proto zvětšuje na svou maximaacutelniacute hodnotu jen postupně neboť čaacutest energie dodaacutevaneacute ze zdroje do obvodu se spotřebovaacutevaacute na vytvaacuteřeniacute magnetickeacuteho pole ciacutevky (indukovaneacute napětiacute na ciacutevce postupně klesaacute) Proud se ustaacuteliacute teprve v okamžiku kdy se časovaacute změna magnetickeacuteho indukčniacuteho toku bude rovna nule (to platiacute i pro indukovaneacute napětiacute na ciacutevce)
d) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru Po odpojeniacute ciacutevky od zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute se začne v ciacutevce indukovat napětiacute opačneacute polarity (může dosaacutehnout vyššiacutech hodnot než je napětiacute zdroje) než v předešleacute faacutezi ktereacute způsobiacute zpomaleniacute zaacuteniku magnetickeacuteho pole Směr toku proudu zůstaacutevaacute nezměněn Energie magnetickeacuteho pole ciacutevky se přeměniacute na rezistoru na teplo Proud i napětiacute tedy rychle ale postupně klesajiacute k nuloveacute hodnotě
e) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Kondenzaacutetor Čiacutem menšiacute odpor maacute rezistor tiacutem rychleji se kondenzaacutetor nabije a tiacutem rychleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor rychle vybije a vzniklyacute proud v obvodu rychle klesaacute Čiacutem většiacute odpor maacute rezistor tiacutem pomaleji se rezistor nabije a tiacutem pomaleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor vybije pomaleji a vzniklyacute proud v obvodu pozvolna klesaacute Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud Ciacutevka Čiacutem menšiacute odpor majiacute rezistory tiacutem pozvolněji klesaacute indukovaneacute napětiacute vznikleacute na ciacutevce při zapojeniacute ke zdroji Toteacutež platiacute pro elektrickyacute proud kteryacute se v tomto přiacutepadě ustaacuteliacute za delšiacute časovyacute okamžik Jinak je tomu v přiacutepadě že rezistory majiacute většiacute odpor Indukovaneacute napětiacute klesaacute rychleji a proud se v obvodu ustaacuteliacute na konstantniacute hodnotě za velmi kraacutetkou dobu Při odpojeniacute od zdroje klesajiacute proud a napětiacute v obou přiacutepadech přibližně stejně Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud
113
Kondenzaacutetor + rezistor 50 Ω + rezistor 200 ΩCiacutevka + rezistory 50 Ω + rezistory 200 Ω
114
f) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
Řada přechodnyacutech jevů je nežaacutedouciacute protože způsobiacute např kraacutetkodobeacute přetiacuteženiacute obvodu a tiacutem zkracujiacute životnost zařiacutezeniacute (zapnutiacute studeneacute žaacuterovky ndash naacuterazovyacute proud je až desetkraacutet většiacute než ustaacutelenyacute proud) Některeacute přechodneacute děje jsou však žaacutedouciacute a některeacute obvody jsou přiacutemo na využitiacute přechodnyacutech dějů založeny (generaacutetory klopneacute obvody) V elektronice existujiacute přechodneacute děje založeneacute na RC RL a RLC obvodech vzhledem k co možnaacute nejmenšiacutem použiacutevaacuteniacute ciacutevek majiacute největšiacute vyacuteznam při nabiacutejeniacute a vybiacutejeniacute kondenzaacutetory Obecně jsou v elektronice nejrozšiacuteřenějšiacute tepelneacute přechodneacute jevy V silnoproudeacute elektronice se měřiacute oteplovaciacute křivky elektrickyacutech strojů v počiacutetačoveacute technice se měřiacute otepleniacute hlavniacuteho procesoru měřeniacute teploty harddisku atd
115
Střiacutedavyacute proud 719 STŘIacuteDAVYacute PROUD S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem maacute časovyacute diagram napětiacute stejnou faacutezi (faacutezovyacute rozdiacutel je nulovyacute) jako časovyacute diagram proudu
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
116
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Um f Im T a (faacutezovyacute rozdiacutel) Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a u
5 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zakreslete faacutezorovyacute diagram 2 Určete z grafů velikost odporu rezistoru
117
Střiacutedavyacute proud 720 VYacuteKON STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem je okamžitaacute hodnota vyacutekonu p = ui = Ri2 = RIm
2sin2t
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem a zobrazit časovyacute diagram vyacutekonu Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
118
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Zvoliacuteme zaacuteložku tabulka V menu Tabulka zvoliacuteme Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec Naacutezev ndash
Vyacutekon Jednotka ndash W Tvar vyacuterazu XY Sloupec pro X ndash proud Sloupec pro Y ndash napětiacute
5 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Pm f Im T Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a p
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jakyacute je poměr frekvence okamžiteacute hodnoty vyacutekonu a okamžiteacute hodnoty proudu 2 Určete z grafu okamžiteacute hodnoty vyacutekonu středniacute hodnotu vyacutekonu P
119
Střiacutedavyacute proud 721 STŘIacuteDAVYacute PROUD S INDUKČNOSTIacute
Fyzikaacutelniacute princip
Induktance je veličina I
UX L Induktance XL je přiacutemo uacuteměrnaacute indukčnosti ciacutevky L a
frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute induktance indukčnost ciacutevky Ověřit že induktance na indukčnosti a frekvenci zaacutevisiacute přiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω voltmetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z a voltmetrem (ry) 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute
(Zesilovač)
120
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a indukčnosti Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z Vypočiacutetaacuteme induktanci XL Z induktance a frekvence vypočiacutetaacuteme indukčnost L
5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XL = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Miacutesto ciacutevky zapoj tlumivku (2times47 mH) a proveď stejneacute měřeniacute V čem se lišiacute zaacutevislost
XL = f(f) Proč se lišiacute
2 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na indukčnosti pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu
3 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty induktance pro vyššiacute frekvence 4 Zkus změřit přechodnyacute děj na indukčnosti
121
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900
1000 průměr
122
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr
2 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
123
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25degC
Tlak 1004 hPa
Vlhkost 53
3 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
RUL hellipstejnosměrnyacute obvod
IUL 22
ciacutevkyRZ fX L
2
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00364 01620 44510 (Rciacutevky) 00000 00000
100 09600 00096 00460 47917 17744 00028 200 09440 00094 00600 63559 45372 00036 300 09410 00094 00800 85016 72433 00038 400 09380 00094 00990 105544 95699 00038 500 09360 00094 01210 129274 121369 00039 600 09340 00093 01430 153105 146492 00039 700 09300 00093 01640 176344 170634 00039 800 09260 00093 01860 200864 195870 00039 900 09230 00092 02090 226436 222018 00039
1000 09160 00092 02290 250000 246006 00039 průměr 00037
124
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00367 00673 18338 (Rciacutevky) 00000 00000
100 63300 00633 15760 248973 248297 00395 200 59700 00597 26440 442881 442501 00352 300 55100 00551 35240 639564 639301 00339 400 49400 00494 43500 880567 880376 00350 500 42700 00427 50400 1180328 1180185 00376 600 34760 00348 56300 1619678 1619574 00430 700 26080 00261 61300 2350460 2350389 00534 800 15650 00157 65000 4153355 4153314 00826 900 07050 00071 66600 9446809 9446791 01671
1000 04850 00049 66800 13773196 13773184 02192 průměr 00747
4 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
Graf pro školniacute ciacutevku 400 zaacutevitů Ciacutevka neobsahuje jaacutedro induktance je teacuteměř přesně lineaacuterniacute funkciacute frekvence střiacutedaveacuteho napětiacute Konstantou uacuteměry je vyacuteraz 2πL kde L je indukčnost ciacutevky Indukčnost je teacutež konstantniacute Graf pro tlumivku 47 mH Induktance neniacute lineaacuterniacute funkciacute frekvence Přiacutečinou je jaacutedro na němž je namotaacuten vodivyacute draacutet ciacutevky Z toho důvodu nelze indukčnost ciacutevky L považovat za konstantniacute hodnotu
125
Střiacutedavyacute proud 722 STŘIacuteDAVYacute PROUD S KAPACITOU
Fyzikaacutelniacute princip
Kapacitance je veličina I
UX C Kapacitance XC je nepřiacutemo uacuteměrnaacute kapacitě
kondenzaacutetoru C a frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute kapacitance kapacitu kondenzaacutetoru Ověřit že kapacitance na kapacitě a frekvenci zaacutevisiacute nepřiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) rezistor 100 Ω voltmetr (y)
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetrem (ry)
126
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a kondenzaacutetoru Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme kapacitanci XC Z kapacitance a frekvence vypočiacutetaacuteme kapacitu C 5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XC = f(f) 8 Porovnej hodnotu kapacity vypočiacutetanou a jmenovitou
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru
2 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty kapacitance pro vyššiacute frekvence 3 Zkus změřit přechodnyacute děj na kondenzaacutetoru
127
Střiacutedavyacute proud 723 SLOŽENYacute OBVOD STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU
Fyzikaacutelniacute princip
Impedance je veličina I
UZ Při seacuterioveacutem spojeniacute prochaacuteziacute rezistorem ciacutevkou a
kondenzaacutetorem složenyacutem obvodem RLC stejnyacute proud i Ciacutel Určit pomociacute vyacutesledneacuteho napětiacute a proudu impedanci Z Určit jak zaacutevisiacute impedance Z na frekvenci f Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) voltmetr - multimetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetry
128
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a celkoveacute napětiacute Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z 5 Změniacuteme kmitočet na 400 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 800 Hz 1 200 Hz 10 000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti Z = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jak se měniacute impedance Z v zaacutevislosti na kmitočtu Zkus vysvětlit proč tomu tak je
2 Sestroj graf Z = f(f) podle vzorce 2
2 1
CLRZ
kde f (0 Hz 10 kHz)
R = 100 Ω C = 47 μF a L = 41 mH Porovnej grafy (naměřenyacute a teoretickyacute)
0000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
3 Kde se využiacutevaacute teacuteto zaacutevislosti Vysvětli Jak se změniacute tyto zaacutevislosti změniacuteme-li hodnotu kapacity nebo indukčnosti
4 Zkus změřit podobnou zaacutevislost Z = f(f) pro paralelniacute obvod RLC Pozor Vzhledem k maleacutemu vnitřniacutemu odporu ciacutevky L při niacutezkyacutech kmitočtech je potřeba zařadit k obvodu RLC seacuteriově rezistor 100 Ω
5 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute na rezistoru ciacutevce a kondenzaacutetoru a hodnotu proudu na rezistoru pomociacute druheacuteho LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute jednotlivyacutech napětiacute vzhledem k proudu
129
Střiacutedavyacute proud 724 USMĚRŇOVAČ Fyzikaacutelniacute princip V usměrňovači střiacutedaveacuteho proudu se využiacutevaacute zaacutekladniacute vlastnosti polovodičoveacute diody bdquopropustit proud pouze jedniacutem směremldquo K usměrněniacute se využiacutevaacute jednocestnyacute usměrňovač nebo dvoucestnyacute usměrňovač (Graetzovo zapojeniacute) K vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho zapojeniacute se použiacutevaacute kondenzaacutetor a tlumivka Ciacutel Určit průběh stejnosměrneacuteho pulzujiacuteciacuteho napětiacute po usměrněniacute jednocestnyacutem a dvoucestnyacutem usměrňovačem Daacutele pak určit průběh po vyhlazeniacute Pomůcky LabQuest ciacutevka 400 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF diody voltmetr VP-BTA multimetr zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute - transformaacutetor
Scheacutema
130
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Ke zdroji střiacutedaveacuteho napětiacute
(transformaacutetor ndash napětiacute maximaacutelně 6 V) připojiacuteme rezistor a k němu voltmetr (podle scheacutema) Multimetrem změřiacuteme efektivniacute hodnotu střiacutedaveacuteho napětiacute
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 004 s Frekvence 10 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V
3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Z grafu určiacuteme maximaacutelniacute
hodnotu (amplitudu) periodu a vypočiacutetaacuteme frekvenci Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 5 Zapojiacuteme jednocestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 6 Zapojiacuteme dvoucestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 7 Zapojiacuteme kondenzaacutetor a tlumivku a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty
131
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měniacuteme různeacute hodnoty kondenzaacutetorů a tlumivek 2 Proč v zapojeniacutech s diodou (diodami) dochaacuteziacute k poklesu napětiacute a jakou maacute tento pokles
velikost Čemu tato velikost odpoviacutedaacute 3 Popiš vliv kondenzaacutetoru a tlumivky na vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute Proč
se zapojujiacute paralelně (do seacuterie)
132
133
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
134
2 Tabulka Umax= Uef=
3 Zaacutevěr
135
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
2 Tabulka Umax= 45 V Uef= 32 V 3 Zaacutevěr Různeacute změny hodnot kondenzaacutetorů a tlumivek majiacute vliv na menšiacute nebo většiacute vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute V zapojeniacutech s diodami dochaacuteziacute k poklesu napětiacute přibližně 05 V a to z důvodu uacutebytku napětiacute na diodě (dvou diodaacutech u dvoucestneacuteho zapojeniacute) Kondenzaacutetor se při maximaacutelniacute hodnotě napětiacute nabiacutejiacute a při poklesu napětiacute vybiacutejiacute a dodaacutevaacute el energii v tomto okamžiku Tlumivka zapojenaacute v seacuterii braacuteniacute rychlyacutem změnaacutem napětiacute
136
137
Střiacutedavyacute proud v energetice
725 TROJFAacuteZOVAacute SOUSTAVA
Fyzikaacutelniacute princip Třiacutefaacutezoveacute napětiacute vznikaacute otaacutečeniacutem magnetu v soustavě třiacute ciacutevek (alternaacutetor) Maacuteme tedy tři zdroje střiacutedaveacuteho napětiacute ndash faacuteze Třiacutefaacutezovyacute rozvod lze využiacutet k zapojeniacute do hvězdy (a)) nebo k zapojeniacute do trojuacutehelniacuteku (b)) Faacutezoveacute napětiacute (u1 u2 u3) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 230 V) mezi středniacutem vodičem (N) a faacutezovyacutem vodičem (L1 L2 L3) Sdruženeacute napětiacute (u12 u13 u23) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 400 V) mezi libovolnyacutemi dvěma faacutezovyacutemi vodiči
Ciacutel Změřit časovyacute průběh napětiacute třiacute faacuteziacute v zapojeniacute do hvězdy Ověřit že součet napětiacute v každeacutem čase je nulovyacute Ověřit že poměr sdruženeacuteho a faacutezoveacuteho napětiacute je 173 times většiacute Pomůcky LabQuest zdroj třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute 3 rezistory 100 Ω 3 voltmetry VP-BTA
Scheacutema
138
Postup 1 Připojiacuteme 3 voltmetry VP-BTA ke vstupům CH1 CH2 a CH3 LabQuestu Zapojiacuteme
obvod podle scheacutema Na zdroji třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute nastaviacuteme hodnotu faacutezoveacuteho napětiacute do 5 V
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme v každeacutem časoveacutem okamžiku okamžiteacute hodnoty
napětiacute u1 u2 a u3 a provaacutediacuteme jejich součet ndash ověřujeme že součet je nulovyacute 6 Střiacutedavyacutem voltmetrem změřiacuteme sdruženeacute a faacutezoveacute napětiacute (efektivniacute hodnoty)
a vypočiacutetaacuteme jejich poměr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z grafu ndash časoveacuteho průběhu napětiacute urči o jakou čaacutest periody jsou posunuta napětiacute 2 Z grafu urči jakaacute je frekvence a perioda střiacutedavyacutech napětiacute 3 Jakyacute je poměr efektivniacute a maximaacutelniacute hodnoty faacutezoveacuteho střiacutedaveacuteho napětiacute ktereacute jsi
naměřil 4 Z grafu urči amplitudu sdruženeacuteho napětiacute a amplitudu faacutezoveacuteho napětiacute Jakyacute je jejich
poměr
139
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) =
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o helliphelliphellip periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = helliphelliphellip Hz Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = helliphelliphellip s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
140
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) =
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = V Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = helliphelliphellip
141
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = 0 V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = 410 V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) = 3 173
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o třetinu periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = 50 Hz
142
Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = 002 s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) = 2 14
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = 591 V
Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = 3 174
143
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
726 ELEKTROMAGNETICKYacute OSCILAacuteTOR
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacutem elektromagnetickyacutem oscilaacutetorem je obvod tvořenyacute ciacutevkou a kondenzaacutetorem - obvod LC nebo oscilačniacute obvod Kondenzaacutetor spojiacuteme se zdrojem stejnosměrneacuteho napětiacute 45 V (plochaacute baterie viz scheacutema) Přepiacutenačem připojiacuteme nabityacute kondenzaacutetorem k ciacutevce V obvodu vznikne elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Energie elektrickeacuteho pole kondenzaacutetoru se měniacute na energii magnetickeacuteho pole ciacutevky a naopak V oscilačniacutem obvodu nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute
Ciacutel Změřit napětiacute a proud v oscilačniacutem obvodu Ověřit elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute oscilačniacuteho obvodu je tlumeneacute Pomůcky LabQuest voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA kondenzaacutetor 2 200 microF ciacutevka s jaacutedrem 1 200 z přepiacutenač
Scheacutema
Postup 1 Voltmetr a ampeacutermetr zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Obvod zapojiacuteme podle scheacutema Přepiacutenač je v poloze bdquo1ldquo (kondenzaacutetor se nabiacutejiacute) 3 Zapneme LabQuest a připojiacuteme jej přes USB k PC
144
4 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Trvaacuteniacute 2 s Vzorkovaciacute frekvence 200 vzorkůsekundu Trigger zatrhneme Spuštěniacute triggeru když napětiacute je rostouciacute přes 005 V
5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme tlačiacutetko Sběr dat 6 Přepneme přepiacutenač do polohy bdquo2ldquo
7 Z grafu odečteme periodu kmitaacuteniacute Určiacuteme kmitočet 8 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změřiacuteme indukčnost L (multimetrem) a vypočiacutetaacuteme periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute
Porovnaacuteme s naměřenou hodnotou 2 Změň parametry součaacutestek (indukčnost kapacita) a zopakuj měřeniacute
145
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
T = helliphelliphellip s f = helliphelliphellip Hz 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
146
147
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
Naměřeneacute T = 0614 s f = 162 Hz Vypočiacutetaneacute L = 154 H C = 22 mF T= )(2 CL = 0366 s
3 Zaacutevěr V elektromagnetickeacutem oscilaacutetoru se přeměňuje elektrickaacute energie na energii magnetickeacuteho pole a naopak Nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Je zde patrnaacute analogie mezi ději mechanickyacutemi (kmitaacuteniacute) a elektromagnetickyacutemi
148
149
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
727 VLASTNOSTI ELEKTROMAGNETICKEacuteHO
VLNĚNIacute Fyzikaacutelniacute princip Magnetickeacute pole můžeme znaacutezornit pomociacute indukčniacutech čar
Elektrickeacute pole popisujeme elektrickyacutemi siločarami
Elektrickeacute a magnetickeacute pole spolu často souvisejiacute Mluviacuteme pak o elektromagnetickeacutem poli Elektromagnetickeacute vlny jsou přiacutečneacute a šiacuteřiacute se i ve vakuu Šiacuteřiacute se rychlostiacute světla Elektromagnetickyacutemi vlnami se přenaacutešejiacute signaacutely rozhlasu televize mobilniacutech telefonů atd I světlo je elektromagnetickeacute vlněniacute (zaacuteřeniacute)
Mezi frekvenciacute f vlnovou deacutelkou λ a rychlostiacute šiacuteřeniacute elektromagnetickeacuteho vlněniacute c (světla)
platiacute vzoreccf
Ciacutel Změřit vlnovou deacutelku elektromagnetickeacuteho vlněniacute Prokaacutezat polarizaci elektromagnetickeacute vlny
150
Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA bezdraacutetovyacute zvonek ndash tlačiacutetko pracujiacuteciacute na frekvenci 43392 MHz přijiacutemač s půlvlnnyacutem dipoacutelem (viz přiacutespěvek od Oldřicha Lepila)
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Pohybujeme rovnoměrnyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 1) 5 Z poloh maxim a minim určiacuteme vlnovou deacutelku 6 Uložiacuteme měřeniacute 7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Pohybujeme rovnoměrnyacutem otaacutečivyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 2) 9 Stejnou vlastnost můžeme ukaacutezat tak že mezi vysiacutelač a přijiacutemač vložiacuteme mřiacutežku kterou
otaacutečiacuteme v rovině kolmeacute ke směru šiacuteřeniacute vlněniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash vlnovaacute deacutelka a polarizace elektromagnetickeacuteho vlněniacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej jak zaacutevisiacute velikost naměřeneacuteho napětiacute na vzdaacutelenosti vysiacutelače od přijiacutemače 2 Pomociacute mřiacutežky nebo plechu vyzkoušej odraz vlněniacute (a interferenci)
3
Obsah
7 SEPTIMA
71 Elektrickyacute naacuteboj Coulombův zaacutekon 5 72 Kapacita kondenzaacutetoru 13 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů 19 74 Ohmův zaacutekon 25 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod 31 76 Termistor 37 77 Fotorezistor 45 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač 53 79 Elektrolyacuteza 61
710 Magnetickeacute pole ciacutevky 67
711 Magnetickeacute pole Země 73
712 Magnetickeacute pole magnetu 81
713 Vlastnosti feromagnetickyacutech laacutetek 85
714 Hallův jev 89
715 Magnetickyacute zaacuteznam signaacutelu 97
716 Elektromagnetickaacute indukce 101
717 Demonstrace volneacuteho paacutedu 106
718 Přechodnyacute děj 107
719 Střiacutedavyacute proud s odporem 115
720 Vyacutekon střiacutedaveacuteho proudu s odporem 117 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute 119 722 Střiacutedavyacute proud s kapacitou 125 723 Složenyacute obvod střiacutedaveacuteho proudu 127 724 Usměrňovač 129 725 Trojfaacutezovaacute soustava 137 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor 143 727 Vlastnosti elektromagnetickeacuteho vlněniacute 149 Poznaacutemka Modře jsou podbarveneacute uacutelohy pro ktereacute byly vytvořeny pouze pracovniacute listy a nebyly vytvořeny protokoly a vzorovaacute řešeniacute
4
Uacutevod
Fyzikaacutelniacute veličina je jakaacutekoliv objektivniacute vlastnost hmoty jejiacutež hodnotu lze změřit nebo spočiacutetat Měřeniacute fyzikaacutelniacute veličiny je praktickyacute postup zjištěniacute hodnoty fyzikaacutelniacute veličiny Metody měřeniacute lze rozdělit na absolutniacute a relativniacute přiacutemeacute a nepřiacutemeacute
Tento sborniacutek pracovniacutech listů protokolů a vzorovyacutech řešeniacute je věnovaacuten měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin měřiacuteciacutem systeacutemem Vernier Samozřejmě lze stejneacute uacutelohy měřit i s pomociacute jinyacutech měřiacuteciacutech systeacutemů
Sborniacutek je určen pro studenty a učitele Sborniacutek pro PRIMU SEKUNDU TERCII a KVARTU pokryacutevaacute učivo nižšiacuteho
gymnaacutezia a jim odpoviacutedajiacuteciacutem ročniacutekům zaacutekladniacutech škol Sborniacutek pro KVINTU SEXTU SEPTIMU a OKTAacuteVU pokryacutevaacute učivo fyziky pro vyššiacute stupeň gymnaacutezia nebo středniacute školy
U každeacuteho pracovniacuteho listu je uvedena stručnaacute fyzikaacutelniacute teorie seznam potřebnyacutech pomůcek scheacutema zapojeniacute stručnyacute postup jednoducheacute nastaveniacute měřiacuteciacuteho systeacutemu ukaacutezka naměřenyacutech hodnot a přiacutepadně dalšiacute naacuteměty k měřeniacute
Protokol sloužiacute pro studenta k vyplněniacute a vypracovaacuteniacute Vzoroveacute řešeniacute (vyplněnyacute protokol) sloužiacute pro učitele jako možnyacute způsob
vypracovaacuteniacute (vyplněniacute) Byl bych raacuted kdyby sborniacutek pomohl studentům a učitelům fyziky při objevovaacuteniacute kraacutes
vědy zvaneacute fyzika a vyacutehod ktereacute nabiacuteziacute měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin pomociacute měřiacuteciacutech systeacutemů ve spojeniacute s PC
Jakeacute jsou vyacutehody měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin se systeacutemem Vernier (nebo jinyacutech) K měřiacuteciacutemu systeacutemu můžeme připojit až 60 různyacutech senzorů
Všechna měřeniacute různyacutech fyzikaacutelniacutech veličin se ovlaacutedajiacute stejně což přinaacutešiacute meacuteně stresu viacutece času a radosti z měřeniacute
Při použitiacute dataprojektoru maacuteme obrovskyacute měřiciacute přiacutestroj Měřeniacute můžeme provaacutedět ve třiacutedě i v tereacutenu Měřeniacute lehce zvlaacutednou bdquomaliacuteldquo i bdquovelciacuteldquo Můžeme měřit několik veličin současně a v zaacutevislosti na sobě Naměřeneacute hodnoty lze přenaacutešet i do jinyacutech programů Naměřeneacute hodnoty lze uložit pro dalšiacute měřeniacute nebo zpracovaacuteniacute Lze měřit i obtiacutežně měřeneacute veličiny a lze měřit i dopočiacutetaacutevaneacute veličiny Lze měřit velmi rychleacute děje a velmi pomaleacute děje Pořiacutezeniacute měřiacuteciacuteho systeacutemu neniacute draheacute Maacuteme k dispozici hodně naacutemětů k měřeniacute Vyacutesledek měřeniacute naacutes někdy překvapiacute a hellip poučiacute Ve většině měřeniacute je vyacutestupem bdquografldquo ndash velmi naacutezorně se buduje vniacutemaacuteniacute fyzikaacutelniacutech
vztahů mezi veličinami Přeji mnoho zdaru při měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin a hodně radosti z naměřenyacutech vyacutesledků Olomouc 2012 Vaacuteclav Pazdera
5
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole 71 ELEKTRICKYacute NAacuteBOJ
Fyzikaacutelniacute princip Elektrickyacute naacuteboj Q je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje stav zelektrovaacuteniacute těles Jeho jednotkou je coulomb ndash značka C Naacuteboj 1 C je jednotka velkaacute Při pokusech ve třiacutedě pracujeme s naacuteboji o velikostech desiacutetek nC (nano coulombů) 1 nC je přibližně 6 000 000 000 elementaacuterniacutech elektrickyacutech naacutebojů (naacuteboj elektronuhellip) Existujiacute dva druhy elektrickeacuteho naacuteboje Kladnyacute elektrickyacute naacuteboj (na skleněneacute tyči) a zaacutepornyacute elektrickyacute naacuteboj (na plastoveacute tyči) Zaacuteporně nabiteacute těleso maacute viacutece elektronů než protonů V kladně nabiteacutem tělese převažujiacute protony K přesneacutemu měřeniacute velikostiacute naacutebojů zelektrovanyacutech těles sloužiacute měřič naacuteboje Velikost elektrickyacutech sil Fe kteryacutemi na sebe působiacute dva bodoveacute naacuteboje Q1 a Q2 je přiacutemo uacuteměrnaacute absolutniacute hodnotě součinu jejich velikostiacute a nepřiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině jejich vzdaacutelenostiacute r
221
02
21
41
rQQ
rQQ
kFr
e
Ciacutel Změřit naacuteboje různyacutech zelektrovanyacutech těles Sledovat jak se tento naacuteboj měniacute při různyacutech dějiacutech nabiacutejeniacute a vybiacutejeniacute Ověřit Coulombův zaacutekon Pomůcky LabQuest měřič naacuteboje CRG-BTA siloměr BFS-BTA tělesa (plechovka na polystyreacutenu kovoveacute kuličky s papiacuterky) kovoveacute kuličky na izolovaneacutem držadle zdroj vn k nabiacutejeniacute těles
6
Scheacutema
Postup 1 Měřič naacuteboje CRG-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 LabQuestu Plechovku položiacuteme
na polystyreacutenovou desku a připojiacuteme k niacute kladnou krokosvorku měřiče naacuteboje (stačiacute plechovku postavit na kovovou tyčinku připojenou ke krokosvorce) Zaacutepornou svorku spojiacuteme s uzemňovaciacute zdiacuteřkou zdroje vn Ke zdroji vn (ke kladneacute a zaacuteporneacute svorce 10 kV) připojiacuteme dvě kovovaacute tělesa s papiacuterky Zapneme zdroj vn (tělesa se nabiacutejejiacute) Na senzoru zvoliacuteme rozsah plusmn 100 nC
2 Zapneme LabQuest 3 Tlačiacutetkem na senzoru bdquovybijemeldquo naacuteboj (vynulujeme senzor) 4 Postupně nabiacutejiacuteme těleso (plechovku) kladně nebo zaacuteporně ndash dotykem ebonitoveacute nebo
skleněneacute tyče (třeniacutem nabiteacute) Sledujeme jak se měniacute naacuteboj Stejneacute můžeme provaacutedět pomociacute umělohmotneacute slaacutemky
7
5 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s Frekvence 2 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf
6 Tlačiacutetkem na senzoru bdquovybijemeldquo naacuteboj (vynulujeme senzor) 7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Pomociacute kuliček na izolovaneacutem držadle přenaacutešiacuteme nejdřiacuteve kladnyacute naacuteboj Sledujeme o
kolik vzroste Pak přenaacutešiacuteme zaacutepornyacute naacuteboj Sledujeme o kolik klesne kladnyacute naacuteboj (vzroste zaacutepornyacute naacuteboj) Zkoušiacuteme postupně pro tři průměry kuliček Porovnaacuteme vyacutesledky
9 Při dalšiacutem měřeniacute propojiacuteme nabiacutejeneacute těleso (plechovku) s kladně (při dalšiacutem postupu
zaacuteporně) nabityacutem tělesem pomociacute ebonitoveacute tyče skleněneacute tyče Sledujeme zda roste nebo klesaacute naacuteboj Proč neroste (neklesaacute)
10 Při dalšiacutem měřeniacute propojiacuteme nabiacutejeneacute těleso (plechovku) s kladně (při dalšiacutem postupu zaacuteporně) nabityacutem tělesem pomociacute dřevěneacute špejle průřezu 3times3 mm Sledujeme co se děje V dalšiacutem postupu zkracujeme deacutelku špejle Sledujeme jak se měniacute nabiacutejeniacute V dalšiacutem postupu použijeme špejli 9times9 mm Jak se změniacute vyacutesledek měřeniacute Proč je tomu tak
8
11 Vyhodnotiacuteme vyacutesledky měřeniacute Jak velkeacute jsou naacuteboje při pokusech (v coulombech
v elementaacuterniacutech naacutebojiacutech)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pouze přibližujeme a vzdalujeme nabitou tyč (ebonitovou nebo skleněnou) k tělesu
(plechovce) a sledujeme jak se měniacute naacuteboj O jakyacute jev se jednaacute Čiacutem je způsoben 2 Plechovku připojiacuteme ke zdroji kladneacuteho vn napětiacute (nabije se kladně) Měřič naacuteboje
připojiacuteme ke kovoveacute kuličce na izolovaneacutem držaacuteku Zapneme měřeniacute a přejiacuteždiacuteme plynule v okoliacute svisleacute stěny plechovky (nedotyacutekaacuteme se) přibližně ve stejneacute vzdaacutelenosti Sledujeme naměřeneacute hodnoty Co můžeme usoudit o rozloženiacute naacuteboje na povrchu plechovky
3 Zkus změřit siacutelu mezi dvěma nesouhlasně nabityacutemi tělesy Zkus naměřeneacute ověřit vyacutepočtem
9
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 71 Elektrickyacute naacuteboj Coulombův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf působeniacute elektrickyacutech sil po zapnutiacute zdroje vn
Velikost siacutely F = mN 2 Vyacutepočet
221
02
21
41
rQQ
rQQ
kFr
e
=
1441
41 63
221
0 ra
ra
rQQ
Fr
e =
3 Tabulka - Zaacutevěr
10
11
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 71 Elektrickyacute naacuteboj Coulombův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf působeniacute elektrickyacutech sil po zapnutiacute zdroje vn
Velikost siacutely F = 17 mN 2 Vyacutepočet
221
02
21
41
rQQ
rQQ
kFr
e
= mN816
060)1082(109 2
299
1441
41 63
221
0 ra
ra
rQQ
Fr
e = 166 mN
3 Zaacutevěr Naměřenaacute hodnota elektrickeacute siacutely se shoduje s vypočiacutetanou
12
13
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole
72 KAPACITA KONDENZAacuteTORU
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q= f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Určit kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute přechodneacuteho děje ndash vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod dle scheacutema a)
14
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V těsně před přepnutiacutem přepiacutenače 6 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q =C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
7 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 2 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 1 000 Ω)
15
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty
a) U = Q =
b) UQC
3 Zaacutevěr
16
17
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25 degC
Tlak 998 hPa
Vlhkost 53
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty U = 481 V Q = 0010036 C
UQC F002150
814010360
3 Zaacutevěr
Jmenovitaacute hodnota kapacity kondenzaacutetoru je 2 200microF Změřenaacute a vypočiacutetanaacute je 2 150 microF
18
19
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole 73 VYBIacuteJENIacute KONDENZAacuteTORŮ
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q = f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Změřit vybiacutejeciacute křivku kondenzaacutetoru Určit kapacitu kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 1 kΩ 2 ks kondenzaacutetory 2 200 μF voltmetr VP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry DVP-BTA ke vstupu CH1 a CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod
podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 30 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 1 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
20
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač podle scheacutema a po sekundě (odhadneme) přepneme přepiacutenač opačně
5 Měřeniacute uložiacuteme Opakujeme pro dva kondenzaacutetory zapojeneacute paralelně a do seacuterie 6 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V (začaacutetek měřeniacute) 7 Vytvořiacuteme novou vypočiacutetaacutevanou veličinu I = UR (R = 1 000 Ω) 8 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q = C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
9 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči rovnici funkce U = f (t) přiacutepadně I = f (t) 2 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 3 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 10 kΩ)
21
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
CeAU tB = helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
22
23
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
598100324 23750 ttB eCeAU (červenyacute graf) 3 Zaacutevěr
Napětiacute na kondenzaacutetoru při vybiacutejeniacute klesaacute podle exponenciaacutelniacute funkce
24
25
Elektrickyacute proud v kovech 74 OHMŮV ZAacuteKON
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon Pokud maacute kovovyacute vodič staacutelou teplotu je proud prochaacutezejiacuteciacute vodičem přiacutemo uacuteměrnyacute napětiacute mezi konci vodiče (r 1826 GSOhm) Grafem přiacutemeacute uacuteměrnostiacute je přiacutemka prochaacutezejiacuteciacute počaacutetkem Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky a rezistory 12 Ω 33 Ω a 100 Ω Pomůcky LabQuest rezistor 33 Ω a 100 Ω žaacuterovka 6 V03 A voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 60 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme napětiacute
Vlevo 0 Vpravo 6 V Na ose y zvoliacuteme Elektrickyacute proud a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 06 A V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
26
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Reostatem pomalu zvyšujeme napětiacute a proud Hodnota napětiacute nesmiacute překročit 5 V a
proudu 06 A Zobrazuje se tzv voltampeacuterovaacute charakteristika Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro rezistor 33 Ω a pro žaacuterovku
7 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Platiacute Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky 2 Porovnej voltampeacuteroveacute charakteristiky rezistorů s různyacutemi hodnotami odporů 3 Zkus vymyslet jak ověřiacuteš že Ohmův zaacutekon platiacute i pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky
27
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
a) pro žaacuterovku
b) pro vodič
28
2 Zaacutevěr
29
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
pro žaacuterovku a pro vodič (rezistor)
2 Zaacutevěr Pro žaacuterovku nevychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) protože se teplota wolframoveacuteho vlaacutekna měniacute a tiacutem i jeho odpor Pro rezistory (vodič) vychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) Sklon polopřiacutemky zaacutevisiacute na odporu vodiče ndash čiacutem je odpor většiacute tiacutem je sklon menšiacute
30
31
Elektrickyacute proud v kovech
75 OHMŮV ZAacuteKON PRO UZAVŘENYacute OBVOD
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Proud v uzavřeneacutem obvodu je roven podiacutelu elektromotorickeacuteho napětiacute Ue zdroje a celkoveacuteho odporu R + Ri kde Ri je vnitřniacute odpor zdroje
i
e
RRUI
Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat 100 Ω a 10 kΩ
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema
32
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Elektrickeacute napětiacute a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 V V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat - Ampeacutermetr Reostat 100 Ω a 10 kΩ nastaviacuteme na max hodnoty odporu
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Sepneme spiacutenač 5 Reostatem 10 kΩ pomalu (10 s) zvětšujeme proud (hodnota odporu na min) Jakmile
reostat 10 kΩ vytočiacuteme do krajniacute polohy (min) pokračujeme stejně reostatem 100 Ω do krajniacute polohy (min) Hodnota proudu nesmiacute překročit 06 A což při napětiacute 45 V zajistiacute rezistor 10 Ω Zobrazuje se tzv zatěžovaciacute charakteristika zdroje Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro různě stareacute plocheacute baterie
7 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku Napětiacute
Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute Určiacuteme koeficienty lineaacuterniacute funkce Opakujeme pro všechny grafy
8 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona pro uzavřenyacute obvod)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z koeficientů lineaacuterniacutech funkciacute určete napětiacute napraacutezdno U0 a zkratovyacute proud Ik Daacutele
určete vnitřniacute odpor Ri plocheacute baterie noveacute a stareacute 2 Vnitřniacute odpor plocheacute baterie se staacuteřiacutem zvětšuje Jak se to projevuje na zatěžovaciacute
charakteristice
33
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
1 Vyacutepočet a) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip
b) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip 2 Zaacutevěr
34
35
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
2 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
3 Vyacutepočet a) U = f(I)= -09126I+4925 U0=4925 V Ik=54 A Ri=09126 b) U = f(I)= -5011I+445 U0=445 V Ik=089 A Ri=5011 c) U = f(I)= -RiI+U0= -4244I+4132 U0=4132V Ik=097 A Ri=4244 4 Zaacutevěr Novaacute plochaacute baterie maacute většiacute svorkoveacute napětiacute na praacutezdno U0 většiacute zkratovyacute proud Ik a menšiacute vnitřniacute odpor Ri U staršiacute (reacute) plocheacute baterie je to naopak
36
37
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 76 TERMISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Termistor je polovodičovaacute součaacutestka jejiacutež odpor zaacutevisiacute na teplotě
Z teorie vyplyacutevaacute že zaacutevislost odporu termistoru na teplotě je daacutena vztahem
16273 tT eAeAR
(1) T hellip termodynamickaacute teplota R hellip odpor termistoru při daneacute teplotě T A hellip lineaacuterniacute koeficient β hellip index citlivosti materiaacutelu termistoru Pokud bychom chtěli využiacutevat termistor jako teploměr budeme potřebovat znaacutet inverzniacute funkci (2) tedy funkci vyjadřujiacuteciacute zaacutevislost teploty na odporu Tuto funkci ziacuteskaacuteme z rovnice (1) aplikovaacuteniacutem přirozeneacuteho logaritmu naacuteslednou uacutepravou a převedeniacutem do Celsiovy stupnice
15273ln
15273lnln
ARAR
t (2)
t hellip teplota ve degC R hellip odpor termistoru v Ω Ciacutel Změř zaacutevislost odporu termistoru na teplotě Z grafu urči konstanty A a β
38
Pomůcky LabQuest ohmmetr (musiacute byacutet nainstalovaacuten) teploměr TMP-BTA rychlovarnaacute konvice s horkou vodou termistory se jmenovitou hodnotou odporu 47 kΩ 10 kΩ 15 kΩ počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 V konvici si ohřejeme vodu 2 Teploměr TMP-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 2 a ohmmetr do konektoru CH 1
LabQuestu 3 K ohmmetru připojiacuteme termistor (10 kΩ) kteryacute zastrčiacuteme společně s teploměrem do
kaacutedinky 4 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 5 Zapneme LabQuest 6 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko
zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance) 7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s
Frekvence 1 čteniacutes 8 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a
na osu x Teplotu
39
9 Nalejeme horkou vodu z konvice do kaacutedinky s teploměrem a termistorem a zapneme Sběr dat v programu LoggerPro
10 Voda postupně chladne a počiacutetač vykresluje graf zaacutevislosti R = f(t) Ochlazovaacuteniacute můžeme pomalu urychlovat opatrnyacutem přileacutevaacuteniacutem studeneacute vody a současnyacutem miacutechaacuteniacutem Pro hlubšiacute ochlazeniacute můžeme použiacutet kousek ledu
11 Po skončeniacute měřeniacute (300 s) uložiacuteme toto měřeniacute do paměti ndash menu Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute a můžeme opakovat měřeniacute pro dalšiacute termistor Nebo při měřeniacute použiacutet současně dva ohmmetry (CH 2 a CH 3) a dva termistory
12 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash sestrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a β
2 V programu Logger Pro můžeme v menu Analyacuteza ndash Curve Fit zkusit proložit funkci kterou si vybereme ze seznamu A určiacuteme koeficienty A a β Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že zvolenaacute funkce bdquofungujeldquo
3 Zdůvodněte proč odpor termistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
40
41
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
3 Jakaacute je to funkce
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R )
Termistor
Termistor
Termistor
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
42
43
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
Termistory 15k 10k a 4k7 dosahujiacute jmenoviteacute hodnoty přibližně při 25 degC Termistory s většiacutem jmenovityacutem odporem majiacute při stejně velkeacute změně teploty většiacute změnu odporu Index citlivosti materiaacutelu je přibližně stejnyacute
3 Jakaacute je to funkce
Exponenciaacutelniacute klesajiacuteciacute 16273 tT eAeAR
44
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R ) Termistor 15000Ω 3285 02388 15273
3285
23880 teR 15273
23880lnln3285
R
t
Termistor 10000Ω 3592 005836 15273
3592
058360 teR 15273
058360lnln3592
R
t
Termistor 4700 Ω 3545 003204 15273
3545
032040 teR 15273
032040lnln3545
R
t
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
S rostouciacute teplotou se rychle zvětšuje hustota volnyacutech bdquovytřesenyacutechldquo elektronů z vazeb a tiacutem rezistivita rychle klesaacute
45
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 77 FOTOREZISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Fotorezistor (dřiacuteve označovaacuten jako fotoodpor) je pasivniacute elektrotechnickaacute součaacutestka bez PN přechodu jejiacutež elektrickyacute odpor R se snižuje se zvyšujiacuteciacutem se osvětleniacutem E resp elektrickaacute vodivost G se zvyšuje
Princip fotorezistoru je založen na vnitřniacutem fotoelektrickeacutem jevu světlo (foton) naraziacute do elektronu ve valenčniacute sfeacuteře a předaacute mu svoji energii tiacutem elektron ziacuteskaacute dostatek energie k překonaacuteniacute zakaacutezaneacuteho paacutesu a skočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho Tiacutem opustiacute svůj atom a pohybuje se jako volnyacute elektron prostorem krystaloveacute mřiacutežky Na jeho miacutestě vznikla diacutera Takto vznikleacute volneacute elektrony přispiacutevajiacute ke sniacuteženiacute elektrickeacuteho odporu R (zvyacutešeniacute elektrickeacute vodivosti G) Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost Funkce R = f(E) je funkce mocninnaacute R = AmiddotE-B Tuto funkci můžeme zlogaritmovat a převeacutest
na funkci lineaacuterniacute lnR= -BmiddotlnE + lnA nebo určit inverzniacute funkci BB RAE11
Inverzniacute
funkce může sloužit ke konstrukci luxmetru z fotorezistoru Ciacutel Změřit zaacutevislost odporu fotorezistoru na osvětleniacute Z grafu určit konstanty A a B
46
Pomůcky LabQuest 3 ohmmetry (ohmmetr musiacute byacutet nainstalovaacuten) luxmetr LS-BTA fotorezistory počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 Luxmetr LS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 Ohmmetry zapojiacuteme do konektorů
CH 2 CH 3 a CH4 LabQuestu 2 K ohmmetrům připojiacuteme fotorezistory 3 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 4 Zapneme LabQuest
47
5 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance)
6 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s Frekvence 1 čteniacutes
7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a na osu x Osvětleniacute
8 Těsně vedle fotorezistorů umiacutestiacuteme luxmetr 9 Budeme postupně viacutece a viacutece zakryacutevat papiacutery fotorezistory s luxmetrem Tiacutem dosaacutehneme
změnu osvětleniacute a odporu fotorezistorů Zastaviacuteme měřeniacute 10 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů 11 Provedeme analyacutezu grafů Určiacuteme konstanty mocninneacute funkce A a B Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash setrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a B
2 Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že určenaacute funkce bdquofungujeldquo 3 Zdůvodněte proč odpor fotorezistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
48
49
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy 3 Jakaacute je to funkce 4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute Fotorezistor středniacute Fotorezistor velkyacute
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E
50
51
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy Pro tři měřeneacute fotorezistory jsou průběhy funkciacute podobneacute U maleacuteho a středniacuteho fotorezistoru je pokles odporu R většiacute něž u velkeacuteho fotorezistoru při stejně velkeacute změně osvětleniacute E 3 Jakaacute je to funkce Funkce R=f(E) je funkce mocninnaacute R=AmiddotE-B Je to funkce klesajiacuteciacute
52
4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute 100100 07246 R=100100middotE-07246 381
11
7960821 RRAE BB
Fotorezistor středniacute 97030 08379 R=97030middotE-08379 1931
11
894688 RRAE BB
Fotorezistor velkyacute 30350 06885 R=30350middotE-06885 4521
11
3236193 RRAE BB
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem viacutece elektronů přeskočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho a tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost ndash zmenšuje se odpor R
53
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech
78 TRANZISTOR JAKO SPIacuteNAČ A ZESILOVAČ
Fyzikaacutelniacute princip Tranzistor je polovodičovaacute součaacutestka se dvěma přechody PN Středniacute čaacutest krystalu polovodiče je baacuteze B a přechody PN ji oddělujiacute od oblasti s opačnyacutem typem vodivosti kolektorem C a emitorem E Podle druhu vodivosti jednotlivyacutech čaacutestiacute označujeme tranzistory jako typy NPN a PNP
Zaacutekladniacute funkce tranzistoru Maleacute napětiacute v obvodu baacuteze vzbuzuje proud kteryacute je přiacutečinou mnohokraacutet většiacuteho proudu v obvodu kolektoroveacutem Tranzistor se použiacutevaacute jako bdquoelektronickyacute spiacutenačldquo a bdquozesilovačldquo
Ciacutel Ověřit činnost tranzistoroveacuteho spiacutenače a tranzistoroveacuteho zesilovače Pomůcky LabQuest dva voltmetry VP-BTA zapojeniacute tranzistoru jako spiacutenače a zesilovače (podle scheacutema) generaacutetor signaacutelu (může byacutet použit i druhyacute LabQuest se zesilovačem) baterie 45 V
54
Scheacutema
a) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquospiacutenačeldquo
b) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquozesilovačeldquo
55
Postup 1 Voltmetry zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquospiacutenačldquo podle scheacutema a) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1) a
UCE (U2) 3 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme trojuacutehelniacutekovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 5 V
4 Voltmetr U1 připojiacuteme mezi baacutezi a emitor (UBE) Voltmetr U2 připojiacuteme mezi kolektor a
emitor (UCE) 5 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 3 s Frekvence
10 000 čteniacutes 6 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
Tranzistor jako bdquospiacutenačldquo
7 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 8 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquozesilovačldquo podle scheacutema b) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1)
a UCE (U2) Potenciometrem P nastaviacuteme bdquopracovniacute bod tranzistoruldquo ndash UCE bude miacutet přibližně polovičniacute hodnotu napaacutejeciacuteho napětiacute (jestliže napětiacute zdroje je UB= 45 V rarr UCE= 225 V)
9 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme sinusovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 015 V 10 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 01 s Frekvence 10 000 čteniacutes
56
Tranzistor jako bdquozesilovačldquo
11 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 12 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 13 Určiacuteme jakyacute je poměr UCEUBE 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Při jakeacutem napětiacute UBE tranzistor bdquosepneldquo Jak dlouho probiacutehaacute bdquosepnutiacuteldquo (tranzistor jako
spiacutenač) 2 Zkus měnit kmitočet vstupniacuteho napětiacute zesilovače 3 Zkus měnit nastaveniacute pracovniacuteho bodu Jakyacute to maacute vliv na vyacutestupniacute signaacutel 4 Zkus měnit velikost střiacutedaveacuteho vstupniacuteho napětiacute Jakyacute to maacute vliv na tvar vyacutestupniacuteho
napětiacute 5 Urči zesilovaciacute činitel 6 Je vyacutestupniacute signaacutel bdquozkreslenyacuteldquo Co je přiacutečinou
57
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
58
59
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač
2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač
60
b) Tranzistor jako zesilovač
3 Zaacutevěr a)Tranzistor jako spiacutenač ndash z měřeniacute je patrneacute že se tranzistor otevře při překročeniacute napětiacute asi 07 V mezi baacuteziacute a editorem b)Tranzistor jako zesilovač ndash změřeniacute je patrneacute že tranzistor zesiluje napětiacute přibližně 23times Z měřeniacute je daacutele patrneacute že dochaacuteziacute ke zkresleniacute vstupniacuteho signaacutelu
61
Elektrickyacute proud v kapalinaacutech 79 ELEKTROLYacuteZA
Fyzikaacutelniacute princip Elektrolyacutezou nazyacutevaacuteme laacutetkoveacute změny vyvolaneacute při průchodu proudu elektrolytem na elektrodaacutech Faradayův zaacutekon Hmotnost m vyloučeneacute laacutetky je přiacutemo uacuteměrnaacute naacuteboji Q kteryacute prošel elektrolytem M = AQ = AmiddotImiddott Konstanta uacuteměrnosti A kteraacute je pro danou laacutetku charakteristickaacute se nazyacutevaacute elektrochemickyacute ekvivalent laacutetky Ciacutel Určit elektrochemickyacute ekvivalent mědi v roztoku siacuteranu měďnateacuteho CuSO4 Pomůcky LabQuest ampeacutermetr HCS-BTA žaacuterovka 24 V40 W naacutedoba s roztokem Cu2SO4 zdroj stejnosměrneacuteho napětiacute 24 V digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001
Scheacutema
62
Postup 1 Sestaviacuteme měřeniacute podle scheacutema Katodu připevniacuteme na stativ kteryacute stojiacute na digitaacutelniacutech
vahaacutech 2 Ampeacutermetr HCS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 LabQuestu a ten připojiacuteme přes
USB k PC 3 Digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001 připojiacuteme přes USB k PC 4 Zapneme LabQuest 5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 1 vzoreksekundu 6 Zapneme zdroj proudu 7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a nechaacuteme určitou dobu probiacutehat
měřeniacute
8 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 9 V grafu I = f (t) určiacuteme velikost naacuteboje Q kteryacute prošel obvodem pomociacute volby v menu
Analyacuteza - Integraacutel 10 Vypočiacutetaacuteme elektrochemickyacute ekvivalent mědi A (při elektrolyacuteze roztoku Cu2SO4)
zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pomociacute elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi spočiacutetejte Avogadrovu a Faradayovu
konstantu 2 Naměřeneacute hodnoty porovnejte s tabulkovyacutemi hodnotami 3 Zkus zopakovat měřeniacute s jinyacutem elektrolytem 4 Co může byacutet přiacutečinou naacuterůstu elektrickeacuteho proudu v průběhu měřeniacute (viz vyacuteše)
63
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu
3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
64
65
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu 0000002480
1210103 4
3 Zaacutevěr Elektrochemickyacute ekvivalent mědi měřeniacutem a vyacutepočtem vychaacuteziacute 0000000248 kgmiddotC-1 Tabulkovaacute hodnota elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi je A = 03310-6 kgC-1 Chyba měřeniacute je způsobenaacute nepřesnostiacute měřeniacute
66
67
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
710 MAGNETICKEacute POLE CIacuteVKY
Fyzikaacutelniacute princip
Magnetickaacute indukce uvnitř velmi dlouheacute ciacutevky maacute velikost l
INB kde I je velikost
proudu N je celkovyacute počet zaacutevitů a l je deacutelka ciacutevky
Ciacutel Ověřit zaacutevislost magnetickeacute indukce na velikosti proudu prochaacutezejiacuteciacuteho ciacutevkou Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω ampeacutermetr DCP-BTA teslametr MG-BTA ciacutevka 166 a 332 zaacutevitů regulovatelnyacute zdroj proudu a napětiacute BK 127
Scheacutema
68
Postup 1 Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme teslametr MG-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud
Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Magnetickou indukci a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 mT V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Regulovatelnyacutem zdrojem zvyšujeme napětiacute Kontrolujeme proud ndash max 06 A
Teslametrem měřiacuteme magnetickou indukci uvnitř ciacutevky
6 Vysloviacuteme zaacutevěr - jak zaacutevisiacute magnetickaacute indukce B na velikosti elektrickeacute proudu I
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Ze znalosti počtu zaacutevitů deacutelky ciacutevky a proudu spočiacutetej magnetickou indukci 2 Změň ciacutevku a opakuj měřeniacute 3 Změř jak se měniacute magnetickaacute indukce po podeacutelneacute ose ciacutevky při daneacute hodnotě proudu
69
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = helliphellip A N= 332 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
b) I = helliphellip A N= 166 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
70
3 Zaacutevěr
Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = helliphelliphelliphellip mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je měřeniacutem B = helliphelliphelliphellip mT Tyto hodnoty helliphelliphelliphelliphellip s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Jejich rovnice jsou B = helliphelliphelliphellipmiddotI a B = helliphelliphellipmiddotI
71
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = 05807 A N = 332 z l = 15 cm
mTl
INB 615115058070133104 7
b) I = 061 A N = 166 z l = 15 cm mT
lINB 8480
150610166104 7
72
3 Zaacutevěr Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = 1734 mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je B= 0835 mT Tyto hodnoty souhlasiacute s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je přiacutemaacute uacuteměrnost Jejich rovnice jsou B = 2906middotI a B = 1445middotI
73
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
711 MAGNETICKEacute POLE ZEMĚ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Stejně i Země maacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Zemskeacute magnetickeacute pole v ČR maacute magnetickou indukci 0048 mT Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole Země Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA stojan laboratorniacute uacutehloměr
74
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 03 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve vodorovneacute rovině
otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum (N a S magnetickyacute poacutel) Z maximaacutelniacutech hodnot odečteme vodorovnou amplitudu magnetickeacute indukce B Země
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve svisleacute rovině (N-S směr) otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum Maximaacutelniacute hodnota je hodnotou magnetickeacute indukce B Země
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči sklon indukčniacute čaacutery magnetickeacuteho pole u naacutes v ČR vzhledem k povrchu země 2 Teslametr upevniacuteme do stojanu Pod teslametr položiacuteme uacutehloměr
75
3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev Uacutehel Jednotky deg
4 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Podle kompasu nastaviacuteme teslametr na sever 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 7 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0deg a stiskneme OK 8 Teslametr otočiacuteme o 10deg 9 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 10 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 10deg a stiskneme OK 11 Opakujeme body 8 9 a 10 pro 20deg 30deg 40deg hellip 360deg 12 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 13 Měřeniacute zopakujeme v horizontaacutelniacute rovině v bdquoN ndash Sldquo směru 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
76
77
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
78
79
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(t)
2 Zaacutevěr Velikost vektoru magnetickeacute indukce vychaacuteziacute přibližně B = 005 mT Tento vektor maacute vzhledem k vodorovneacutemu směru uacutehel sklonu 60deg
80
81
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
712 MAGNETICKEacute POLE MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT stojan laboratorniacute permanentniacute magnet
82
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně
přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k severniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně pohybujeme (asi 5 sekund) teslametrem kolmo k podeacutelneacute ose magnetu k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund) Uložiacuteme měřeniacute
83
6 Otevřeme novyacute soubor a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf
7 Zopakujeme měřeniacute pro magnet tvaru podkovy s teslametrem plusmn 140 mT
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev deacutelka
Jednotky cm 2 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Teslametr upevniacuteme do stojanu a postaviacuteme na okraj
magnetickeacuteho pole magnetu tvaru podkovy 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 5 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK 6 Teslametr posuneme o 1 cm 7 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 8 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 1 cm a stiskneme OK 9 Opakujeme body 7 8 a 9 pro 2cm 3 cm 4 cm hellip20 cm 10 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 11 Měřeniacute zopakujeme ve vertikaacutelniacute rovině magnetu (bdquoN ndash Sldquo) 12 Vysloviacuteme zaacutevěr
84
85
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
713 VLASTNOSTI FEROMAGNETICKYacuteCH
LAacuteTEK Fyzikaacutelniacute princip Budeme-li postupně zvětšovat proud I v ciacutevce s jaacutedrem z feromagnetickeacute laacutetky bude se postupně i magnetickaacute indukce B v jaacutedře zvětšovat
Relativniacute permeabilita μr feromagnetickyacutech laacutetek neniacute konstantniacute proto zaacutevislost B = f(I) neniacute lineaacuterniacute Grafem teacuteto zaacutevislosti je křivka ndash hystereacutezniacute smyčka
Hystereacutezniacute smyčka je důležitou charakteristikou feromagnetickyacutech laacutetek Podle tvaru křivky děliacuteme laacutetky na a) magneticky tvrdeacute - majiacute širokou hystereacutezniacute smyčku velkou hodnotu Br a jsou viacutece
odolnějšiacute vůči zmagnetovaacuteniacute (ocel s velkyacutem obsahem uhliacuteku hellip) Po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole zůstaacutevajiacute nadaacutele zmagnetovaacuteny a chovajiacute se jako permanentniacute magnet Jejich magnetickeacute pole lze zrušit pomociacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole opačneacute polarity (např do ciacutevky s jaacutedrem zavedeme proud opačneacuteho směru)
b) magneticky měkkeacute - materiaacutely s uacutezkou hystereacutezniacute smyčkou ktereacute se dajiacute snadno zmagnetovat (magnetofonoveacute paacutesky diskety hellip) Majiacute malou hodnotu Br což znamenaacute že po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole jejich vlastniacute magnetickeacute pole zanikaacute
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole ciacutevky s jaacutedrem v zaacutevislosti na velikosti proudu I Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT ampeacutermetr HCS-BTA stojan laboratorniacute ciacutevka 400 z různaacute jaacutedra regulovatelnyacute zdroj KXN 305D
86
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr plusmn140 mT ke vstupu CH1 LabQuestu Ke vstupu CH2 zapojiacuteme
ampeacutermetr HCS-BTA Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a připojiacuteme ho k USB PC 3 V programu LoggerPro v menu Data ndash Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme Naacutezev
magnetickaacute indukce Značka B Jednotka mT Rovnice Potential57 4 Na ose y zvoliacuteme magnetickaacute indukce a na ose x elektrickyacute proud 5 V menu Experiment ndash Sběr dat hellip zvoliacuteme bdquoNepřerušenyacute sběr datldquo Vzorkovaciacute
frekvence 10 vzorkůsekundu 6 Uvnitř ciacutevky je jaacutedro s feromagneticky měkkeacute oceli Vynulujeme senzor proudu a napětiacute
(teslametr plusmn140 mT) Teslametr přiložiacuteme těsně k jaacutedru (viz scheacutema) 7 Na regulovatelneacutem zdroji napětiacute zvětšujeme pomalu napětiacute až dosaacutehneme proud ciacutevkou
5 A Potom zase zmenšujeme napětiacute (proud) na bdquonululdquo Přepoacutelujeme poacutely zdroje pomociacute banaacutenků nebo dvojpoacutelovyacutem přepiacutenačem
87
8 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat v programu LoggerPro a opakujeme činnost v bodě 7 dvakraacutet Tiacutem se vykresliacute celaacute hystereacutezniacute smyčka Zastaviacuteme sběr dat tlačiacutetkem Stop v programu LoggerPro Uložiacuteme měřeniacute
9 Zopakujeme měřeniacute pro různaacute jaacutedra
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme různaacute jaacutedra z feromagneticky tvrdeacute oceli ndash např šroubovaacutek
2 Z grafu můžeme určit hodnotu zbytkoveacute magnetickeacute indukce Br 3 Proč je pro jaacutedra transformaacutetorů vyacutehodnějšiacute použiacutet feromagneticky měkkou ocel
88
89
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole 714 HALLŮV JEV
Fyzikaacutelniacute princip Hallův jev vznikaacute při průchodu proudu I tenkou polovodičovou destičkou (InSb InAs s odporem 001 až 20 Ohmů a tloušťky cca 01 mm jednaacute se o kompromis mezi maximem citlivost a mechanickeacute pevnosti) obdeacutelniacutekoveacuteho tvaru Při vloženiacute destičky do magnetickeacuteho pole skrze ni prochaacuteziacute indukčniacute tok a přeskupuje naacuteboje v destičce na jednu stranu Tak na bočniacutech stěnaacutech destičky vznikaacute napětiacute (tzv Hallovo napětiacute) ktereacute se daacute vypočiacutetat pomociacute vzorce UH = kIB kde k je konstanta (zahrnuje typ materiaacutelu a tloušťku destičky) I je stejnosměrnyacute proud a B je magnetickaacute indukce způsobenaacute magnetickyacutem polem
Ciacutel Pomociacute teslametru změřit jak zaacutevisiacute napětiacute UH na Hallově sondě na magnetickeacute indukci B magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA teslametr MG-BTA teslametr bdquoza paacuter korunldquo (viz doprovodnyacute text) permanentniacute magnet
90
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 a teslametr MG-BTA ke vstupu CH2
LabQuestu Na teslametru MG-BTA nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Voltmetr VP-BTA připojiacuteme k teslametru bdquoza paacuter korunldquo - je na něm zapojena Hallova sonda na napětiacute 3 V a protilehleacute vyacutevody z Hallovy sondy jsou vyvedeny pomociacute dvou vodičů Na nich budeme měřit UH pomociacute voltmetru VP-BTA LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 2 vzorkysekundu 4 Zapneme zdroj proudu na teslametru bdquoza paacuter korunldquo Vynulujeme oba senzory
Permanentniacute magnet přibliacutežiacuteme k teslametru MG-BTA a teslametru bdquoza paacuter korunldquo na vzdaacutelenost asi 2cm Digitaacutelniacute displej teslametru ukazuje hodnotu 5 mT (viz scheacutema)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem vzdalujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 1)
6 Pak otočiacuteme magnet o 180deg a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem přibližujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 2)
91
7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 8 Opakujeme měřeniacute pro různeacute Hallovy sondy
9 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash jakaacute je zaacutevislost UH na B jakaacute je citlivost
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kde se Hallova sonda použiacutevaacute 2 Jakyacute je rozsah teslametru MG-BTA a jakyacute teslametru bdquoza paacuter korunldquo 3 Zkus změřit magnetickou indukci magnetu bdquoparalelněldquo oběma teslametry U teslametru
bdquoza paacuter korunldquo vlož lineaacuterniacute funkci kteraacute přepočiacutetaacute UH na B
92
93
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
94
95
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr Z grafů je zřejmeacute že se jednaacute o přiacutemou uacuteměrnost Pro prvniacute (modryacute graf) Hallův senzor je rovnice přiacutemeacute uacuteměrnosti B=f(UH) = 333UH mT A pro druhyacute (červenyacute graf) Hallův senzor je rovnice B=f(UH) = 83UH mT
96
97
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
715 MAGNETICKYacute ZAacuteZNAM SIGNAacuteLŮ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickyacute zaacuteznam signaacutelů kteryacutem je uchovaacutevaacutena zvukovaacute či obrazovaacute informace nebo takeacute digitaacutelniacute informace zpracovanaacute počiacutetačem Magnetickyacute zaacuteznam je založen na trvaleacutem zmagnetovaacuteniacute vrstvy feromagnetika (např oxidu železa) naneseneacuteho na nosiči z plastickeacuteho materiaacutelu
Magnetickyacute zaacuteznam se uskutečňuje pomociacute zvlaacuteštniacuteho elektromagnetu ndash zaacuteznamoveacute hlavy
Ciacutel Proveacutest mazaacuteniacute magnetickyacute zaacuteznam sniacutemaacuteniacute a opětneacute mazaacuteniacute na nosič Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA permanentniacute magnet na mazaacuteniacute permanentniacute magnet na zaacuteznam svinovaciacute metr jako nosič zaznamenaneacuteho signaacutelu
98
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru MG-BTA
nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Deacutelka 10 s
Vzorkovaciacute frekvence 20 vzorkůsekunda 4 Nejdřiacuteve provedeme mazaacuteniacute na nosiči (svinovaciacute metr)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu (10 s) rovnoměrnyacutem
pohybem pomociacute teslametru provedeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů na nosiči
6 Provedeme zaacuteznam signaacutelů na nosiči (např čtyřikraacutet)
7 Zopakujeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů (jako v bodě 5) 8 Zopakujeme mazaacuteniacute a sniacutemaniacute (jako v bodě 4 a 5)
99
9 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej zaacuteznam různyacutem (S N) poacutelem permanentniacuteho magnetu Jak se změniacute průběh
signaacutelu 2 Vyzkoušej mazaacuteniacute a zaacuteznam na skutečnyacute nosič ndash paacutesek od videokazety 3 Vyzkoušej zaacuteznam na disketu
100
101
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
716 ELEKTROMAGNETICKAacute INDUKCE
Fyzikaacutelniacute princip Elektromagnetickaacute indukce je jev při ktereacutem vznikaacute elektrickeacute napětiacute ve vodiči změnou magnetickeacuteho pole v okoliacute vodiče (ciacutevky) Indukovaneacute napětiacute zaacutevisiacute na velikosti změny magnetickeacuteho pole i na rychlosti jeho změny
tU i
Indukovaneacute napětiacute maacute takovou polaritu že indukovanyacute proud vytvaacuteřiacute magnetickeacute pole s opačnyacutem směrem indukčniacutech čar než maacute magnetickeacute pole ktereacute indukci vyvolalo (Lenzův zaacutekon)
Ciacutel Změřit indukovaneacute napětiacute Ověřit na čem zaacutevisiacute Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA ciacutevka s jaacutedrem permanentniacute magnet
102
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu Roztočiacuteme permanentniacute magnet v těsneacutem okoliacute ciacutevky (jaacutedra)
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Opakujeme měřeniacute s rychlejšiacutem (pomalejšiacutem) otaacutečeniacutem magnetu 5 Vyměniacuteme magnet za bdquosilnějšiacuteldquo 6 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash na čem zaacutevisiacute indukovaneacute napětiacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkus ciacutevku s jinyacutem počtem zaacutevitů 2 Zkus pohybovat membraacutenou reproduktoru a měřit indukovaneacute napětiacute 3 Zkus napjatou strunu umiacutestit do magnetickeacuteho pole a na niacute měřit velikost indukovaneacuteho
napětiacute
103
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
717 DEMONSTRACE VOLNEacuteHO PAacuteDU MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Volnyacute paacuted je rovnoměrně zrychlenyacute pohyb volně padajiacuteciacuteho tělesa v bliacutezkosti země K měřeniacute pohybu volneacuteho paacutedu tělesa (magnetu) použijeme trubici z nevodiveacuteho materiaacutelu Na trubici jsou v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech navinuty ciacutevky ktereacute jsou navzaacutejem spojeneacute do seacuterie Spojeniacute ciacutevek připojiacuteme k voltmetru a zobraziacuteme časovyacute zaacuteznam napětiacute na jednotlivyacutech ciacutevkaacutech při pohybu magnetu trubiciacute vnitřkem jednotlivyacutech ciacutevek
Ciacutel Změřit časovyacute průběh indukovaneacuteho napětiacute při pohybu (volneacutem paacutedu) magnetu vnitřkem ciacutevek Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA neodymovyacute magnet (vaacuteleček) 2 m dlouhaacute PPR trubka 25x35 PN16 na ktereacute jsou navinuty ciacutevky (10 z) v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech
104
Scheacutema
105
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Sestaviacuteme obvod podle
scheacutema Voltmetr připojiacuteme ke koncům seacuterioveacuteho spojeniacute ciacutevek LabQuest připojiacuteme k PC přes USB
2 Zapneme LabQuest V programu Logger Pro v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 06 s Frekvence 1 000 vzorkůs Daacutele Trigger je rostouciacute přes 001 V
3 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat (měřeniacute) v programu Logger Pro Neodymovyacute magnet vložiacuteme do uacutestiacute PPR trubky a pustiacuteme
4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme časoveacute intervaly mezi jednotlivyacutemi průchody
magnetu Daacutele vypočiacutetaacuteme rychlosti v jednotlivyacutech intervalech Určiacuteme zrychleniacute mezi jednotlivyacutemi intervaly Přiacuteklad vyacutepočtu pro vyacuteše uvedeneacute měřeniacute
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyložte průběh zaacuteznamu z hlediska velikosti a polarity jednotlivyacutech napětiacute a jejich
umiacutestěniacute na ose času 2 Zopakuj měřeniacute s padajiacuteciacutem magnetem s opačnou orientaciacute poacutelů magnetu 3 Jak se změniacute časovyacute průběh při použitiacute delšiacuteho magnetu (viacutece vaacutelečků) 4 Zopakuj měřeniacute s tiacutem že konec trubky ucpeš gumovou zaacutetkou 5 Připoj k vyacutestupu signaacutelu z ciacutevek zesilovač a reproduktor a poslechem sleduj volnyacute paacuted
magnetu
106
107
Střiacutedavyacute proud 718 PŘECHODNYacute DĚJ Fyzikaacutelniacute princip Přechodnyacutem dějem v obvodu s kondenzaacutetorem nebo s ciacutevkou nazyacutevaacuteme skokovou změnu napětiacute a proudu na kondenzaacutetoru a ciacutevce Tuto změnu vyvolaacuteme sepnutiacutem nebo vypnutiacutem spiacutenače (přepiacutenače) Ciacutel Určit jak se měniacute napětiacute a proud v obvodu s kondenzaacutetorem a s ciacutevkou při přechodneacutem ději Pomůcky LabQuest ciacutevka 1 200 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr VP-BTA voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
a) b)
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr
DCP-BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema a)
108
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Zapojiacuteme obvod podle scheacutema b) 6 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 1 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 A Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a hned ho přepneme zpět
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zamysli se co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru (ciacutevky) ke zdroji
napětiacute a co se děje při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute k rezistoru Kde se to daacute využiacutet 2 Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Zkus to
vymyslet a potom ověř měřeniacutem
109
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
2 Doplňkoveacute otaacutezky a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k
rezistoru c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute
110
d) 4) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru
e) 5) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů f) 6) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
111
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 27 degC
Tlak 1008 hPa
Vlhkost 53
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
112
3 Doplňkoveacute otaacutezky
a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute dochaacuteziacute k jeho nabiacutejeniacute Na kondenzaacutetoru se akumuluje elektrickyacute naacuteboj (zvětšuje se jeho elektrickaacute energie) V okamžiku zapojeniacute bude obvodem prochaacutezet největšiacute elektrickyacute proud Nenabityacute kondenzaacutetor se zpočaacutetku chovaacute jako zkrat Čiacutem viacutece se však bude kondenzaacutetor nabiacutejet (bude v něm vzrůstat nahromaděnyacute naacuteboj) a poroste jeho napětiacute tiacutem menšiacute proud bude prochaacutezet obvodem
b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k rezistoru Po odpojeniacute obvodu od zdroje napětiacute se začiacutenaacute kondenzaacutetor vybiacutejet (chovaacute se jako zdroj) Elektrickaacute energie kterou kondenzaacutetor vybije se v rezistoru přeměniacute na teplo Teoreticky se kondenzaacutetor vybiacutejiacute nekonečně dlouhou dobu V okamžiku odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje napětiacute prochaacuteziacute obvodem velkyacute proud opačnyacutem směrem než při zapojeniacute ke zdroji napětiacute Napětiacute i proud postupně klesajiacute
c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute ciacutevky ke zdroji stejnosměrneacuteho napětiacute začne obvodem prochaacutezet proud kteryacute na ciacutevce způsobiacute indukovaacuteniacute napětiacute jež je uacuteměrneacute časoveacute změně magnetickeacuteho indukčniacuteho toku a s polaritou působiacuteciacute proti napětiacute zdroje Proud v obvodu se proto zvětšuje na svou maximaacutelniacute hodnotu jen postupně neboť čaacutest energie dodaacutevaneacute ze zdroje do obvodu se spotřebovaacutevaacute na vytvaacuteřeniacute magnetickeacuteho pole ciacutevky (indukovaneacute napětiacute na ciacutevce postupně klesaacute) Proud se ustaacuteliacute teprve v okamžiku kdy se časovaacute změna magnetickeacuteho indukčniacuteho toku bude rovna nule (to platiacute i pro indukovaneacute napětiacute na ciacutevce)
d) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru Po odpojeniacute ciacutevky od zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute se začne v ciacutevce indukovat napětiacute opačneacute polarity (může dosaacutehnout vyššiacutech hodnot než je napětiacute zdroje) než v předešleacute faacutezi ktereacute způsobiacute zpomaleniacute zaacuteniku magnetickeacuteho pole Směr toku proudu zůstaacutevaacute nezměněn Energie magnetickeacuteho pole ciacutevky se přeměniacute na rezistoru na teplo Proud i napětiacute tedy rychle ale postupně klesajiacute k nuloveacute hodnotě
e) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Kondenzaacutetor Čiacutem menšiacute odpor maacute rezistor tiacutem rychleji se kondenzaacutetor nabije a tiacutem rychleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor rychle vybije a vzniklyacute proud v obvodu rychle klesaacute Čiacutem většiacute odpor maacute rezistor tiacutem pomaleji se rezistor nabije a tiacutem pomaleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor vybije pomaleji a vzniklyacute proud v obvodu pozvolna klesaacute Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud Ciacutevka Čiacutem menšiacute odpor majiacute rezistory tiacutem pozvolněji klesaacute indukovaneacute napětiacute vznikleacute na ciacutevce při zapojeniacute ke zdroji Toteacutež platiacute pro elektrickyacute proud kteryacute se v tomto přiacutepadě ustaacuteliacute za delšiacute časovyacute okamžik Jinak je tomu v přiacutepadě že rezistory majiacute většiacute odpor Indukovaneacute napětiacute klesaacute rychleji a proud se v obvodu ustaacuteliacute na konstantniacute hodnotě za velmi kraacutetkou dobu Při odpojeniacute od zdroje klesajiacute proud a napětiacute v obou přiacutepadech přibližně stejně Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud
113
Kondenzaacutetor + rezistor 50 Ω + rezistor 200 ΩCiacutevka + rezistory 50 Ω + rezistory 200 Ω
114
f) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
Řada přechodnyacutech jevů je nežaacutedouciacute protože způsobiacute např kraacutetkodobeacute přetiacuteženiacute obvodu a tiacutem zkracujiacute životnost zařiacutezeniacute (zapnutiacute studeneacute žaacuterovky ndash naacuterazovyacute proud je až desetkraacutet většiacute než ustaacutelenyacute proud) Některeacute přechodneacute děje jsou však žaacutedouciacute a některeacute obvody jsou přiacutemo na využitiacute přechodnyacutech dějů založeny (generaacutetory klopneacute obvody) V elektronice existujiacute přechodneacute děje založeneacute na RC RL a RLC obvodech vzhledem k co možnaacute nejmenšiacutem použiacutevaacuteniacute ciacutevek majiacute největšiacute vyacuteznam při nabiacutejeniacute a vybiacutejeniacute kondenzaacutetory Obecně jsou v elektronice nejrozšiacuteřenějšiacute tepelneacute přechodneacute jevy V silnoproudeacute elektronice se měřiacute oteplovaciacute křivky elektrickyacutech strojů v počiacutetačoveacute technice se měřiacute otepleniacute hlavniacuteho procesoru měřeniacute teploty harddisku atd
115
Střiacutedavyacute proud 719 STŘIacuteDAVYacute PROUD S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem maacute časovyacute diagram napětiacute stejnou faacutezi (faacutezovyacute rozdiacutel je nulovyacute) jako časovyacute diagram proudu
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
116
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Um f Im T a (faacutezovyacute rozdiacutel) Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a u
5 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zakreslete faacutezorovyacute diagram 2 Určete z grafů velikost odporu rezistoru
117
Střiacutedavyacute proud 720 VYacuteKON STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem je okamžitaacute hodnota vyacutekonu p = ui = Ri2 = RIm
2sin2t
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem a zobrazit časovyacute diagram vyacutekonu Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
118
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Zvoliacuteme zaacuteložku tabulka V menu Tabulka zvoliacuteme Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec Naacutezev ndash
Vyacutekon Jednotka ndash W Tvar vyacuterazu XY Sloupec pro X ndash proud Sloupec pro Y ndash napětiacute
5 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Pm f Im T Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a p
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jakyacute je poměr frekvence okamžiteacute hodnoty vyacutekonu a okamžiteacute hodnoty proudu 2 Určete z grafu okamžiteacute hodnoty vyacutekonu středniacute hodnotu vyacutekonu P
119
Střiacutedavyacute proud 721 STŘIacuteDAVYacute PROUD S INDUKČNOSTIacute
Fyzikaacutelniacute princip
Induktance je veličina I
UX L Induktance XL je přiacutemo uacuteměrnaacute indukčnosti ciacutevky L a
frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute induktance indukčnost ciacutevky Ověřit že induktance na indukčnosti a frekvenci zaacutevisiacute přiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω voltmetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z a voltmetrem (ry) 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute
(Zesilovač)
120
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a indukčnosti Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z Vypočiacutetaacuteme induktanci XL Z induktance a frekvence vypočiacutetaacuteme indukčnost L
5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XL = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Miacutesto ciacutevky zapoj tlumivku (2times47 mH) a proveď stejneacute měřeniacute V čem se lišiacute zaacutevislost
XL = f(f) Proč se lišiacute
2 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na indukčnosti pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu
3 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty induktance pro vyššiacute frekvence 4 Zkus změřit přechodnyacute děj na indukčnosti
121
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900
1000 průměr
122
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr
2 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
123
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25degC
Tlak 1004 hPa
Vlhkost 53
3 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
RUL hellipstejnosměrnyacute obvod
IUL 22
ciacutevkyRZ fX L
2
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00364 01620 44510 (Rciacutevky) 00000 00000
100 09600 00096 00460 47917 17744 00028 200 09440 00094 00600 63559 45372 00036 300 09410 00094 00800 85016 72433 00038 400 09380 00094 00990 105544 95699 00038 500 09360 00094 01210 129274 121369 00039 600 09340 00093 01430 153105 146492 00039 700 09300 00093 01640 176344 170634 00039 800 09260 00093 01860 200864 195870 00039 900 09230 00092 02090 226436 222018 00039
1000 09160 00092 02290 250000 246006 00039 průměr 00037
124
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00367 00673 18338 (Rciacutevky) 00000 00000
100 63300 00633 15760 248973 248297 00395 200 59700 00597 26440 442881 442501 00352 300 55100 00551 35240 639564 639301 00339 400 49400 00494 43500 880567 880376 00350 500 42700 00427 50400 1180328 1180185 00376 600 34760 00348 56300 1619678 1619574 00430 700 26080 00261 61300 2350460 2350389 00534 800 15650 00157 65000 4153355 4153314 00826 900 07050 00071 66600 9446809 9446791 01671
1000 04850 00049 66800 13773196 13773184 02192 průměr 00747
4 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
Graf pro školniacute ciacutevku 400 zaacutevitů Ciacutevka neobsahuje jaacutedro induktance je teacuteměř přesně lineaacuterniacute funkciacute frekvence střiacutedaveacuteho napětiacute Konstantou uacuteměry je vyacuteraz 2πL kde L je indukčnost ciacutevky Indukčnost je teacutež konstantniacute Graf pro tlumivku 47 mH Induktance neniacute lineaacuterniacute funkciacute frekvence Přiacutečinou je jaacutedro na němž je namotaacuten vodivyacute draacutet ciacutevky Z toho důvodu nelze indukčnost ciacutevky L považovat za konstantniacute hodnotu
125
Střiacutedavyacute proud 722 STŘIacuteDAVYacute PROUD S KAPACITOU
Fyzikaacutelniacute princip
Kapacitance je veličina I
UX C Kapacitance XC je nepřiacutemo uacuteměrnaacute kapacitě
kondenzaacutetoru C a frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute kapacitance kapacitu kondenzaacutetoru Ověřit že kapacitance na kapacitě a frekvenci zaacutevisiacute nepřiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) rezistor 100 Ω voltmetr (y)
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetrem (ry)
126
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a kondenzaacutetoru Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme kapacitanci XC Z kapacitance a frekvence vypočiacutetaacuteme kapacitu C 5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XC = f(f) 8 Porovnej hodnotu kapacity vypočiacutetanou a jmenovitou
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru
2 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty kapacitance pro vyššiacute frekvence 3 Zkus změřit přechodnyacute děj na kondenzaacutetoru
127
Střiacutedavyacute proud 723 SLOŽENYacute OBVOD STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU
Fyzikaacutelniacute princip
Impedance je veličina I
UZ Při seacuterioveacutem spojeniacute prochaacuteziacute rezistorem ciacutevkou a
kondenzaacutetorem složenyacutem obvodem RLC stejnyacute proud i Ciacutel Určit pomociacute vyacutesledneacuteho napětiacute a proudu impedanci Z Určit jak zaacutevisiacute impedance Z na frekvenci f Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) voltmetr - multimetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetry
128
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a celkoveacute napětiacute Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z 5 Změniacuteme kmitočet na 400 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 800 Hz 1 200 Hz 10 000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti Z = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jak se měniacute impedance Z v zaacutevislosti na kmitočtu Zkus vysvětlit proč tomu tak je
2 Sestroj graf Z = f(f) podle vzorce 2
2 1
CLRZ
kde f (0 Hz 10 kHz)
R = 100 Ω C = 47 μF a L = 41 mH Porovnej grafy (naměřenyacute a teoretickyacute)
0000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
3 Kde se využiacutevaacute teacuteto zaacutevislosti Vysvětli Jak se změniacute tyto zaacutevislosti změniacuteme-li hodnotu kapacity nebo indukčnosti
4 Zkus změřit podobnou zaacutevislost Z = f(f) pro paralelniacute obvod RLC Pozor Vzhledem k maleacutemu vnitřniacutemu odporu ciacutevky L při niacutezkyacutech kmitočtech je potřeba zařadit k obvodu RLC seacuteriově rezistor 100 Ω
5 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute na rezistoru ciacutevce a kondenzaacutetoru a hodnotu proudu na rezistoru pomociacute druheacuteho LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute jednotlivyacutech napětiacute vzhledem k proudu
129
Střiacutedavyacute proud 724 USMĚRŇOVAČ Fyzikaacutelniacute princip V usměrňovači střiacutedaveacuteho proudu se využiacutevaacute zaacutekladniacute vlastnosti polovodičoveacute diody bdquopropustit proud pouze jedniacutem směremldquo K usměrněniacute se využiacutevaacute jednocestnyacute usměrňovač nebo dvoucestnyacute usměrňovač (Graetzovo zapojeniacute) K vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho zapojeniacute se použiacutevaacute kondenzaacutetor a tlumivka Ciacutel Určit průběh stejnosměrneacuteho pulzujiacuteciacuteho napětiacute po usměrněniacute jednocestnyacutem a dvoucestnyacutem usměrňovačem Daacutele pak určit průběh po vyhlazeniacute Pomůcky LabQuest ciacutevka 400 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF diody voltmetr VP-BTA multimetr zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute - transformaacutetor
Scheacutema
130
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Ke zdroji střiacutedaveacuteho napětiacute
(transformaacutetor ndash napětiacute maximaacutelně 6 V) připojiacuteme rezistor a k němu voltmetr (podle scheacutema) Multimetrem změřiacuteme efektivniacute hodnotu střiacutedaveacuteho napětiacute
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 004 s Frekvence 10 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V
3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Z grafu určiacuteme maximaacutelniacute
hodnotu (amplitudu) periodu a vypočiacutetaacuteme frekvenci Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 5 Zapojiacuteme jednocestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 6 Zapojiacuteme dvoucestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 7 Zapojiacuteme kondenzaacutetor a tlumivku a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty
131
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měniacuteme různeacute hodnoty kondenzaacutetorů a tlumivek 2 Proč v zapojeniacutech s diodou (diodami) dochaacuteziacute k poklesu napětiacute a jakou maacute tento pokles
velikost Čemu tato velikost odpoviacutedaacute 3 Popiš vliv kondenzaacutetoru a tlumivky na vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute Proč
se zapojujiacute paralelně (do seacuterie)
132
133
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
134
2 Tabulka Umax= Uef=
3 Zaacutevěr
135
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
2 Tabulka Umax= 45 V Uef= 32 V 3 Zaacutevěr Různeacute změny hodnot kondenzaacutetorů a tlumivek majiacute vliv na menšiacute nebo většiacute vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute V zapojeniacutech s diodami dochaacuteziacute k poklesu napětiacute přibližně 05 V a to z důvodu uacutebytku napětiacute na diodě (dvou diodaacutech u dvoucestneacuteho zapojeniacute) Kondenzaacutetor se při maximaacutelniacute hodnotě napětiacute nabiacutejiacute a při poklesu napětiacute vybiacutejiacute a dodaacutevaacute el energii v tomto okamžiku Tlumivka zapojenaacute v seacuterii braacuteniacute rychlyacutem změnaacutem napětiacute
136
137
Střiacutedavyacute proud v energetice
725 TROJFAacuteZOVAacute SOUSTAVA
Fyzikaacutelniacute princip Třiacutefaacutezoveacute napětiacute vznikaacute otaacutečeniacutem magnetu v soustavě třiacute ciacutevek (alternaacutetor) Maacuteme tedy tři zdroje střiacutedaveacuteho napětiacute ndash faacuteze Třiacutefaacutezovyacute rozvod lze využiacutet k zapojeniacute do hvězdy (a)) nebo k zapojeniacute do trojuacutehelniacuteku (b)) Faacutezoveacute napětiacute (u1 u2 u3) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 230 V) mezi středniacutem vodičem (N) a faacutezovyacutem vodičem (L1 L2 L3) Sdruženeacute napětiacute (u12 u13 u23) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 400 V) mezi libovolnyacutemi dvěma faacutezovyacutemi vodiči
Ciacutel Změřit časovyacute průběh napětiacute třiacute faacuteziacute v zapojeniacute do hvězdy Ověřit že součet napětiacute v každeacutem čase je nulovyacute Ověřit že poměr sdruženeacuteho a faacutezoveacuteho napětiacute je 173 times většiacute Pomůcky LabQuest zdroj třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute 3 rezistory 100 Ω 3 voltmetry VP-BTA
Scheacutema
138
Postup 1 Připojiacuteme 3 voltmetry VP-BTA ke vstupům CH1 CH2 a CH3 LabQuestu Zapojiacuteme
obvod podle scheacutema Na zdroji třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute nastaviacuteme hodnotu faacutezoveacuteho napětiacute do 5 V
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme v každeacutem časoveacutem okamžiku okamžiteacute hodnoty
napětiacute u1 u2 a u3 a provaacutediacuteme jejich součet ndash ověřujeme že součet je nulovyacute 6 Střiacutedavyacutem voltmetrem změřiacuteme sdruženeacute a faacutezoveacute napětiacute (efektivniacute hodnoty)
a vypočiacutetaacuteme jejich poměr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z grafu ndash časoveacuteho průběhu napětiacute urči o jakou čaacutest periody jsou posunuta napětiacute 2 Z grafu urči jakaacute je frekvence a perioda střiacutedavyacutech napětiacute 3 Jakyacute je poměr efektivniacute a maximaacutelniacute hodnoty faacutezoveacuteho střiacutedaveacuteho napětiacute ktereacute jsi
naměřil 4 Z grafu urči amplitudu sdruženeacuteho napětiacute a amplitudu faacutezoveacuteho napětiacute Jakyacute je jejich
poměr
139
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) =
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o helliphelliphellip periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = helliphelliphellip Hz Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = helliphelliphellip s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
140
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) =
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = V Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = helliphelliphellip
141
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = 0 V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = 410 V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) = 3 173
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o třetinu periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = 50 Hz
142
Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = 002 s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) = 2 14
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = 591 V
Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = 3 174
143
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
726 ELEKTROMAGNETICKYacute OSCILAacuteTOR
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacutem elektromagnetickyacutem oscilaacutetorem je obvod tvořenyacute ciacutevkou a kondenzaacutetorem - obvod LC nebo oscilačniacute obvod Kondenzaacutetor spojiacuteme se zdrojem stejnosměrneacuteho napětiacute 45 V (plochaacute baterie viz scheacutema) Přepiacutenačem připojiacuteme nabityacute kondenzaacutetorem k ciacutevce V obvodu vznikne elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Energie elektrickeacuteho pole kondenzaacutetoru se měniacute na energii magnetickeacuteho pole ciacutevky a naopak V oscilačniacutem obvodu nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute
Ciacutel Změřit napětiacute a proud v oscilačniacutem obvodu Ověřit elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute oscilačniacuteho obvodu je tlumeneacute Pomůcky LabQuest voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA kondenzaacutetor 2 200 microF ciacutevka s jaacutedrem 1 200 z přepiacutenač
Scheacutema
Postup 1 Voltmetr a ampeacutermetr zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Obvod zapojiacuteme podle scheacutema Přepiacutenač je v poloze bdquo1ldquo (kondenzaacutetor se nabiacutejiacute) 3 Zapneme LabQuest a připojiacuteme jej přes USB k PC
144
4 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Trvaacuteniacute 2 s Vzorkovaciacute frekvence 200 vzorkůsekundu Trigger zatrhneme Spuštěniacute triggeru když napětiacute je rostouciacute přes 005 V
5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme tlačiacutetko Sběr dat 6 Přepneme přepiacutenač do polohy bdquo2ldquo
7 Z grafu odečteme periodu kmitaacuteniacute Určiacuteme kmitočet 8 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změřiacuteme indukčnost L (multimetrem) a vypočiacutetaacuteme periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute
Porovnaacuteme s naměřenou hodnotou 2 Změň parametry součaacutestek (indukčnost kapacita) a zopakuj měřeniacute
145
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
T = helliphelliphellip s f = helliphelliphellip Hz 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
146
147
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
Naměřeneacute T = 0614 s f = 162 Hz Vypočiacutetaneacute L = 154 H C = 22 mF T= )(2 CL = 0366 s
3 Zaacutevěr V elektromagnetickeacutem oscilaacutetoru se přeměňuje elektrickaacute energie na energii magnetickeacuteho pole a naopak Nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Je zde patrnaacute analogie mezi ději mechanickyacutemi (kmitaacuteniacute) a elektromagnetickyacutemi
148
149
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
727 VLASTNOSTI ELEKTROMAGNETICKEacuteHO
VLNĚNIacute Fyzikaacutelniacute princip Magnetickeacute pole můžeme znaacutezornit pomociacute indukčniacutech čar
Elektrickeacute pole popisujeme elektrickyacutemi siločarami
Elektrickeacute a magnetickeacute pole spolu často souvisejiacute Mluviacuteme pak o elektromagnetickeacutem poli Elektromagnetickeacute vlny jsou přiacutečneacute a šiacuteřiacute se i ve vakuu Šiacuteřiacute se rychlostiacute světla Elektromagnetickyacutemi vlnami se přenaacutešejiacute signaacutely rozhlasu televize mobilniacutech telefonů atd I světlo je elektromagnetickeacute vlněniacute (zaacuteřeniacute)
Mezi frekvenciacute f vlnovou deacutelkou λ a rychlostiacute šiacuteřeniacute elektromagnetickeacuteho vlněniacute c (světla)
platiacute vzoreccf
Ciacutel Změřit vlnovou deacutelku elektromagnetickeacuteho vlněniacute Prokaacutezat polarizaci elektromagnetickeacute vlny
150
Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA bezdraacutetovyacute zvonek ndash tlačiacutetko pracujiacuteciacute na frekvenci 43392 MHz přijiacutemač s půlvlnnyacutem dipoacutelem (viz přiacutespěvek od Oldřicha Lepila)
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Pohybujeme rovnoměrnyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 1) 5 Z poloh maxim a minim určiacuteme vlnovou deacutelku 6 Uložiacuteme měřeniacute 7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Pohybujeme rovnoměrnyacutem otaacutečivyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 2) 9 Stejnou vlastnost můžeme ukaacutezat tak že mezi vysiacutelač a přijiacutemač vložiacuteme mřiacutežku kterou
otaacutečiacuteme v rovině kolmeacute ke směru šiacuteřeniacute vlněniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash vlnovaacute deacutelka a polarizace elektromagnetickeacuteho vlněniacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej jak zaacutevisiacute velikost naměřeneacuteho napětiacute na vzdaacutelenosti vysiacutelače od přijiacutemače 2 Pomociacute mřiacutežky nebo plechu vyzkoušej odraz vlněniacute (a interferenci)
4
Uacutevod
Fyzikaacutelniacute veličina je jakaacutekoliv objektivniacute vlastnost hmoty jejiacutež hodnotu lze změřit nebo spočiacutetat Měřeniacute fyzikaacutelniacute veličiny je praktickyacute postup zjištěniacute hodnoty fyzikaacutelniacute veličiny Metody měřeniacute lze rozdělit na absolutniacute a relativniacute přiacutemeacute a nepřiacutemeacute
Tento sborniacutek pracovniacutech listů protokolů a vzorovyacutech řešeniacute je věnovaacuten měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin měřiacuteciacutem systeacutemem Vernier Samozřejmě lze stejneacute uacutelohy měřit i s pomociacute jinyacutech měřiacuteciacutech systeacutemů
Sborniacutek je určen pro studenty a učitele Sborniacutek pro PRIMU SEKUNDU TERCII a KVARTU pokryacutevaacute učivo nižšiacuteho
gymnaacutezia a jim odpoviacutedajiacuteciacutem ročniacutekům zaacutekladniacutech škol Sborniacutek pro KVINTU SEXTU SEPTIMU a OKTAacuteVU pokryacutevaacute učivo fyziky pro vyššiacute stupeň gymnaacutezia nebo středniacute školy
U každeacuteho pracovniacuteho listu je uvedena stručnaacute fyzikaacutelniacute teorie seznam potřebnyacutech pomůcek scheacutema zapojeniacute stručnyacute postup jednoducheacute nastaveniacute měřiacuteciacuteho systeacutemu ukaacutezka naměřenyacutech hodnot a přiacutepadně dalšiacute naacuteměty k měřeniacute
Protokol sloužiacute pro studenta k vyplněniacute a vypracovaacuteniacute Vzoroveacute řešeniacute (vyplněnyacute protokol) sloužiacute pro učitele jako možnyacute způsob
vypracovaacuteniacute (vyplněniacute) Byl bych raacuted kdyby sborniacutek pomohl studentům a učitelům fyziky při objevovaacuteniacute kraacutes
vědy zvaneacute fyzika a vyacutehod ktereacute nabiacuteziacute měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin pomociacute měřiacuteciacutech systeacutemů ve spojeniacute s PC
Jakeacute jsou vyacutehody měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin se systeacutemem Vernier (nebo jinyacutech) K měřiacuteciacutemu systeacutemu můžeme připojit až 60 různyacutech senzorů
Všechna měřeniacute různyacutech fyzikaacutelniacutech veličin se ovlaacutedajiacute stejně což přinaacutešiacute meacuteně stresu viacutece času a radosti z měřeniacute
Při použitiacute dataprojektoru maacuteme obrovskyacute měřiciacute přiacutestroj Měřeniacute můžeme provaacutedět ve třiacutedě i v tereacutenu Měřeniacute lehce zvlaacutednou bdquomaliacuteldquo i bdquovelciacuteldquo Můžeme měřit několik veličin současně a v zaacutevislosti na sobě Naměřeneacute hodnoty lze přenaacutešet i do jinyacutech programů Naměřeneacute hodnoty lze uložit pro dalšiacute měřeniacute nebo zpracovaacuteniacute Lze měřit i obtiacutežně měřeneacute veličiny a lze měřit i dopočiacutetaacutevaneacute veličiny Lze měřit velmi rychleacute děje a velmi pomaleacute děje Pořiacutezeniacute měřiacuteciacuteho systeacutemu neniacute draheacute Maacuteme k dispozici hodně naacutemětů k měřeniacute Vyacutesledek měřeniacute naacutes někdy překvapiacute a hellip poučiacute Ve většině měřeniacute je vyacutestupem bdquografldquo ndash velmi naacutezorně se buduje vniacutemaacuteniacute fyzikaacutelniacutech
vztahů mezi veličinami Přeji mnoho zdaru při měřeniacute fyzikaacutelniacutech veličin a hodně radosti z naměřenyacutech vyacutesledků Olomouc 2012 Vaacuteclav Pazdera
5
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole 71 ELEKTRICKYacute NAacuteBOJ
Fyzikaacutelniacute princip Elektrickyacute naacuteboj Q je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje stav zelektrovaacuteniacute těles Jeho jednotkou je coulomb ndash značka C Naacuteboj 1 C je jednotka velkaacute Při pokusech ve třiacutedě pracujeme s naacuteboji o velikostech desiacutetek nC (nano coulombů) 1 nC je přibližně 6 000 000 000 elementaacuterniacutech elektrickyacutech naacutebojů (naacuteboj elektronuhellip) Existujiacute dva druhy elektrickeacuteho naacuteboje Kladnyacute elektrickyacute naacuteboj (na skleněneacute tyči) a zaacutepornyacute elektrickyacute naacuteboj (na plastoveacute tyči) Zaacuteporně nabiteacute těleso maacute viacutece elektronů než protonů V kladně nabiteacutem tělese převažujiacute protony K přesneacutemu měřeniacute velikostiacute naacutebojů zelektrovanyacutech těles sloužiacute měřič naacuteboje Velikost elektrickyacutech sil Fe kteryacutemi na sebe působiacute dva bodoveacute naacuteboje Q1 a Q2 je přiacutemo uacuteměrnaacute absolutniacute hodnotě součinu jejich velikostiacute a nepřiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině jejich vzdaacutelenostiacute r
221
02
21
41
rQQ
rQQ
kFr
e
Ciacutel Změřit naacuteboje různyacutech zelektrovanyacutech těles Sledovat jak se tento naacuteboj měniacute při různyacutech dějiacutech nabiacutejeniacute a vybiacutejeniacute Ověřit Coulombův zaacutekon Pomůcky LabQuest měřič naacuteboje CRG-BTA siloměr BFS-BTA tělesa (plechovka na polystyreacutenu kovoveacute kuličky s papiacuterky) kovoveacute kuličky na izolovaneacutem držadle zdroj vn k nabiacutejeniacute těles
6
Scheacutema
Postup 1 Měřič naacuteboje CRG-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 LabQuestu Plechovku položiacuteme
na polystyreacutenovou desku a připojiacuteme k niacute kladnou krokosvorku měřiče naacuteboje (stačiacute plechovku postavit na kovovou tyčinku připojenou ke krokosvorce) Zaacutepornou svorku spojiacuteme s uzemňovaciacute zdiacuteřkou zdroje vn Ke zdroji vn (ke kladneacute a zaacuteporneacute svorce 10 kV) připojiacuteme dvě kovovaacute tělesa s papiacuterky Zapneme zdroj vn (tělesa se nabiacutejejiacute) Na senzoru zvoliacuteme rozsah plusmn 100 nC
2 Zapneme LabQuest 3 Tlačiacutetkem na senzoru bdquovybijemeldquo naacuteboj (vynulujeme senzor) 4 Postupně nabiacutejiacuteme těleso (plechovku) kladně nebo zaacuteporně ndash dotykem ebonitoveacute nebo
skleněneacute tyče (třeniacutem nabiteacute) Sledujeme jak se měniacute naacuteboj Stejneacute můžeme provaacutedět pomociacute umělohmotneacute slaacutemky
7
5 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s Frekvence 2 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf
6 Tlačiacutetkem na senzoru bdquovybijemeldquo naacuteboj (vynulujeme senzor) 7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Pomociacute kuliček na izolovaneacutem držadle přenaacutešiacuteme nejdřiacuteve kladnyacute naacuteboj Sledujeme o
kolik vzroste Pak přenaacutešiacuteme zaacutepornyacute naacuteboj Sledujeme o kolik klesne kladnyacute naacuteboj (vzroste zaacutepornyacute naacuteboj) Zkoušiacuteme postupně pro tři průměry kuliček Porovnaacuteme vyacutesledky
9 Při dalšiacutem měřeniacute propojiacuteme nabiacutejeneacute těleso (plechovku) s kladně (při dalšiacutem postupu
zaacuteporně) nabityacutem tělesem pomociacute ebonitoveacute tyče skleněneacute tyče Sledujeme zda roste nebo klesaacute naacuteboj Proč neroste (neklesaacute)
10 Při dalšiacutem měřeniacute propojiacuteme nabiacutejeneacute těleso (plechovku) s kladně (při dalšiacutem postupu zaacuteporně) nabityacutem tělesem pomociacute dřevěneacute špejle průřezu 3times3 mm Sledujeme co se děje V dalšiacutem postupu zkracujeme deacutelku špejle Sledujeme jak se měniacute nabiacutejeniacute V dalšiacutem postupu použijeme špejli 9times9 mm Jak se změniacute vyacutesledek měřeniacute Proč je tomu tak
8
11 Vyhodnotiacuteme vyacutesledky měřeniacute Jak velkeacute jsou naacuteboje při pokusech (v coulombech
v elementaacuterniacutech naacutebojiacutech)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pouze přibližujeme a vzdalujeme nabitou tyč (ebonitovou nebo skleněnou) k tělesu
(plechovce) a sledujeme jak se měniacute naacuteboj O jakyacute jev se jednaacute Čiacutem je způsoben 2 Plechovku připojiacuteme ke zdroji kladneacuteho vn napětiacute (nabije se kladně) Měřič naacuteboje
připojiacuteme ke kovoveacute kuličce na izolovaneacutem držaacuteku Zapneme měřeniacute a přejiacuteždiacuteme plynule v okoliacute svisleacute stěny plechovky (nedotyacutekaacuteme se) přibližně ve stejneacute vzdaacutelenosti Sledujeme naměřeneacute hodnoty Co můžeme usoudit o rozloženiacute naacuteboje na povrchu plechovky
3 Zkus změřit siacutelu mezi dvěma nesouhlasně nabityacutemi tělesy Zkus naměřeneacute ověřit vyacutepočtem
9
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 71 Elektrickyacute naacuteboj Coulombův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf působeniacute elektrickyacutech sil po zapnutiacute zdroje vn
Velikost siacutely F = mN 2 Vyacutepočet
221
02
21
41
rQQ
rQQ
kFr
e
=
1441
41 63
221
0 ra
ra
rQQ
Fr
e =
3 Tabulka - Zaacutevěr
10
11
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 71 Elektrickyacute naacuteboj Coulombův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf působeniacute elektrickyacutech sil po zapnutiacute zdroje vn
Velikost siacutely F = 17 mN 2 Vyacutepočet
221
02
21
41
rQQ
rQQ
kFr
e
= mN816
060)1082(109 2
299
1441
41 63
221
0 ra
ra
rQQ
Fr
e = 166 mN
3 Zaacutevěr Naměřenaacute hodnota elektrickeacute siacutely se shoduje s vypočiacutetanou
12
13
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole
72 KAPACITA KONDENZAacuteTORU
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q= f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Určit kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute přechodneacuteho děje ndash vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod dle scheacutema a)
14
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V těsně před přepnutiacutem přepiacutenače 6 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q =C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
7 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 2 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 1 000 Ω)
15
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty
a) U = Q =
b) UQC
3 Zaacutevěr
16
17
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25 degC
Tlak 998 hPa
Vlhkost 53
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty U = 481 V Q = 0010036 C
UQC F002150
814010360
3 Zaacutevěr
Jmenovitaacute hodnota kapacity kondenzaacutetoru je 2 200microF Změřenaacute a vypočiacutetanaacute je 2 150 microF
18
19
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole 73 VYBIacuteJENIacute KONDENZAacuteTORŮ
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q = f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Změřit vybiacutejeciacute křivku kondenzaacutetoru Určit kapacitu kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 1 kΩ 2 ks kondenzaacutetory 2 200 μF voltmetr VP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry DVP-BTA ke vstupu CH1 a CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod
podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 30 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 1 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
20
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač podle scheacutema a po sekundě (odhadneme) přepneme přepiacutenač opačně
5 Měřeniacute uložiacuteme Opakujeme pro dva kondenzaacutetory zapojeneacute paralelně a do seacuterie 6 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V (začaacutetek měřeniacute) 7 Vytvořiacuteme novou vypočiacutetaacutevanou veličinu I = UR (R = 1 000 Ω) 8 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q = C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
9 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči rovnici funkce U = f (t) přiacutepadně I = f (t) 2 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 3 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 10 kΩ)
21
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
CeAU tB = helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
22
23
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
598100324 23750 ttB eCeAU (červenyacute graf) 3 Zaacutevěr
Napětiacute na kondenzaacutetoru při vybiacutejeniacute klesaacute podle exponenciaacutelniacute funkce
24
25
Elektrickyacute proud v kovech 74 OHMŮV ZAacuteKON
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon Pokud maacute kovovyacute vodič staacutelou teplotu je proud prochaacutezejiacuteciacute vodičem přiacutemo uacuteměrnyacute napětiacute mezi konci vodiče (r 1826 GSOhm) Grafem přiacutemeacute uacuteměrnostiacute je přiacutemka prochaacutezejiacuteciacute počaacutetkem Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky a rezistory 12 Ω 33 Ω a 100 Ω Pomůcky LabQuest rezistor 33 Ω a 100 Ω žaacuterovka 6 V03 A voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 60 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme napětiacute
Vlevo 0 Vpravo 6 V Na ose y zvoliacuteme Elektrickyacute proud a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 06 A V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
26
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Reostatem pomalu zvyšujeme napětiacute a proud Hodnota napětiacute nesmiacute překročit 5 V a
proudu 06 A Zobrazuje se tzv voltampeacuterovaacute charakteristika Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro rezistor 33 Ω a pro žaacuterovku
7 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Platiacute Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky 2 Porovnej voltampeacuteroveacute charakteristiky rezistorů s různyacutemi hodnotami odporů 3 Zkus vymyslet jak ověřiacuteš že Ohmův zaacutekon platiacute i pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky
27
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
a) pro žaacuterovku
b) pro vodič
28
2 Zaacutevěr
29
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
pro žaacuterovku a pro vodič (rezistor)
2 Zaacutevěr Pro žaacuterovku nevychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) protože se teplota wolframoveacuteho vlaacutekna měniacute a tiacutem i jeho odpor Pro rezistory (vodič) vychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) Sklon polopřiacutemky zaacutevisiacute na odporu vodiče ndash čiacutem je odpor většiacute tiacutem je sklon menšiacute
30
31
Elektrickyacute proud v kovech
75 OHMŮV ZAacuteKON PRO UZAVŘENYacute OBVOD
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Proud v uzavřeneacutem obvodu je roven podiacutelu elektromotorickeacuteho napětiacute Ue zdroje a celkoveacuteho odporu R + Ri kde Ri je vnitřniacute odpor zdroje
i
e
RRUI
Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat 100 Ω a 10 kΩ
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema
32
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Elektrickeacute napětiacute a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 V V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat - Ampeacutermetr Reostat 100 Ω a 10 kΩ nastaviacuteme na max hodnoty odporu
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Sepneme spiacutenač 5 Reostatem 10 kΩ pomalu (10 s) zvětšujeme proud (hodnota odporu na min) Jakmile
reostat 10 kΩ vytočiacuteme do krajniacute polohy (min) pokračujeme stejně reostatem 100 Ω do krajniacute polohy (min) Hodnota proudu nesmiacute překročit 06 A což při napětiacute 45 V zajistiacute rezistor 10 Ω Zobrazuje se tzv zatěžovaciacute charakteristika zdroje Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro různě stareacute plocheacute baterie
7 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku Napětiacute
Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute Určiacuteme koeficienty lineaacuterniacute funkce Opakujeme pro všechny grafy
8 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona pro uzavřenyacute obvod)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z koeficientů lineaacuterniacutech funkciacute určete napětiacute napraacutezdno U0 a zkratovyacute proud Ik Daacutele
určete vnitřniacute odpor Ri plocheacute baterie noveacute a stareacute 2 Vnitřniacute odpor plocheacute baterie se staacuteřiacutem zvětšuje Jak se to projevuje na zatěžovaciacute
charakteristice
33
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
1 Vyacutepočet a) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip
b) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip 2 Zaacutevěr
34
35
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
2 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
3 Vyacutepočet a) U = f(I)= -09126I+4925 U0=4925 V Ik=54 A Ri=09126 b) U = f(I)= -5011I+445 U0=445 V Ik=089 A Ri=5011 c) U = f(I)= -RiI+U0= -4244I+4132 U0=4132V Ik=097 A Ri=4244 4 Zaacutevěr Novaacute plochaacute baterie maacute většiacute svorkoveacute napětiacute na praacutezdno U0 většiacute zkratovyacute proud Ik a menšiacute vnitřniacute odpor Ri U staršiacute (reacute) plocheacute baterie je to naopak
36
37
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 76 TERMISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Termistor je polovodičovaacute součaacutestka jejiacutež odpor zaacutevisiacute na teplotě
Z teorie vyplyacutevaacute že zaacutevislost odporu termistoru na teplotě je daacutena vztahem
16273 tT eAeAR
(1) T hellip termodynamickaacute teplota R hellip odpor termistoru při daneacute teplotě T A hellip lineaacuterniacute koeficient β hellip index citlivosti materiaacutelu termistoru Pokud bychom chtěli využiacutevat termistor jako teploměr budeme potřebovat znaacutet inverzniacute funkci (2) tedy funkci vyjadřujiacuteciacute zaacutevislost teploty na odporu Tuto funkci ziacuteskaacuteme z rovnice (1) aplikovaacuteniacutem přirozeneacuteho logaritmu naacuteslednou uacutepravou a převedeniacutem do Celsiovy stupnice
15273ln
15273lnln
ARAR
t (2)
t hellip teplota ve degC R hellip odpor termistoru v Ω Ciacutel Změř zaacutevislost odporu termistoru na teplotě Z grafu urči konstanty A a β
38
Pomůcky LabQuest ohmmetr (musiacute byacutet nainstalovaacuten) teploměr TMP-BTA rychlovarnaacute konvice s horkou vodou termistory se jmenovitou hodnotou odporu 47 kΩ 10 kΩ 15 kΩ počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 V konvici si ohřejeme vodu 2 Teploměr TMP-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 2 a ohmmetr do konektoru CH 1
LabQuestu 3 K ohmmetru připojiacuteme termistor (10 kΩ) kteryacute zastrčiacuteme společně s teploměrem do
kaacutedinky 4 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 5 Zapneme LabQuest 6 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko
zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance) 7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s
Frekvence 1 čteniacutes 8 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a
na osu x Teplotu
39
9 Nalejeme horkou vodu z konvice do kaacutedinky s teploměrem a termistorem a zapneme Sběr dat v programu LoggerPro
10 Voda postupně chladne a počiacutetač vykresluje graf zaacutevislosti R = f(t) Ochlazovaacuteniacute můžeme pomalu urychlovat opatrnyacutem přileacutevaacuteniacutem studeneacute vody a současnyacutem miacutechaacuteniacutem Pro hlubšiacute ochlazeniacute můžeme použiacutet kousek ledu
11 Po skončeniacute měřeniacute (300 s) uložiacuteme toto měřeniacute do paměti ndash menu Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute a můžeme opakovat měřeniacute pro dalšiacute termistor Nebo při měřeniacute použiacutet současně dva ohmmetry (CH 2 a CH 3) a dva termistory
12 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash sestrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a β
2 V programu Logger Pro můžeme v menu Analyacuteza ndash Curve Fit zkusit proložit funkci kterou si vybereme ze seznamu A určiacuteme koeficienty A a β Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že zvolenaacute funkce bdquofungujeldquo
3 Zdůvodněte proč odpor termistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
40
41
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
3 Jakaacute je to funkce
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R )
Termistor
Termistor
Termistor
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
42
43
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
Termistory 15k 10k a 4k7 dosahujiacute jmenoviteacute hodnoty přibližně při 25 degC Termistory s většiacutem jmenovityacutem odporem majiacute při stejně velkeacute změně teploty většiacute změnu odporu Index citlivosti materiaacutelu je přibližně stejnyacute
3 Jakaacute je to funkce
Exponenciaacutelniacute klesajiacuteciacute 16273 tT eAeAR
44
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R ) Termistor 15000Ω 3285 02388 15273
3285
23880 teR 15273
23880lnln3285
R
t
Termistor 10000Ω 3592 005836 15273
3592
058360 teR 15273
058360lnln3592
R
t
Termistor 4700 Ω 3545 003204 15273
3545
032040 teR 15273
032040lnln3545
R
t
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
S rostouciacute teplotou se rychle zvětšuje hustota volnyacutech bdquovytřesenyacutechldquo elektronů z vazeb a tiacutem rezistivita rychle klesaacute
45
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 77 FOTOREZISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Fotorezistor (dřiacuteve označovaacuten jako fotoodpor) je pasivniacute elektrotechnickaacute součaacutestka bez PN přechodu jejiacutež elektrickyacute odpor R se snižuje se zvyšujiacuteciacutem se osvětleniacutem E resp elektrickaacute vodivost G se zvyšuje
Princip fotorezistoru je založen na vnitřniacutem fotoelektrickeacutem jevu světlo (foton) naraziacute do elektronu ve valenčniacute sfeacuteře a předaacute mu svoji energii tiacutem elektron ziacuteskaacute dostatek energie k překonaacuteniacute zakaacutezaneacuteho paacutesu a skočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho Tiacutem opustiacute svůj atom a pohybuje se jako volnyacute elektron prostorem krystaloveacute mřiacutežky Na jeho miacutestě vznikla diacutera Takto vznikleacute volneacute elektrony přispiacutevajiacute ke sniacuteženiacute elektrickeacuteho odporu R (zvyacutešeniacute elektrickeacute vodivosti G) Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost Funkce R = f(E) je funkce mocninnaacute R = AmiddotE-B Tuto funkci můžeme zlogaritmovat a převeacutest
na funkci lineaacuterniacute lnR= -BmiddotlnE + lnA nebo určit inverzniacute funkci BB RAE11
Inverzniacute
funkce může sloužit ke konstrukci luxmetru z fotorezistoru Ciacutel Změřit zaacutevislost odporu fotorezistoru na osvětleniacute Z grafu určit konstanty A a B
46
Pomůcky LabQuest 3 ohmmetry (ohmmetr musiacute byacutet nainstalovaacuten) luxmetr LS-BTA fotorezistory počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 Luxmetr LS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 Ohmmetry zapojiacuteme do konektorů
CH 2 CH 3 a CH4 LabQuestu 2 K ohmmetrům připojiacuteme fotorezistory 3 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 4 Zapneme LabQuest
47
5 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance)
6 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s Frekvence 1 čteniacutes
7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a na osu x Osvětleniacute
8 Těsně vedle fotorezistorů umiacutestiacuteme luxmetr 9 Budeme postupně viacutece a viacutece zakryacutevat papiacutery fotorezistory s luxmetrem Tiacutem dosaacutehneme
změnu osvětleniacute a odporu fotorezistorů Zastaviacuteme měřeniacute 10 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů 11 Provedeme analyacutezu grafů Určiacuteme konstanty mocninneacute funkce A a B Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash setrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a B
2 Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že určenaacute funkce bdquofungujeldquo 3 Zdůvodněte proč odpor fotorezistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
48
49
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy 3 Jakaacute je to funkce 4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute Fotorezistor středniacute Fotorezistor velkyacute
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E
50
51
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy Pro tři měřeneacute fotorezistory jsou průběhy funkciacute podobneacute U maleacuteho a středniacuteho fotorezistoru je pokles odporu R většiacute něž u velkeacuteho fotorezistoru při stejně velkeacute změně osvětleniacute E 3 Jakaacute je to funkce Funkce R=f(E) je funkce mocninnaacute R=AmiddotE-B Je to funkce klesajiacuteciacute
52
4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute 100100 07246 R=100100middotE-07246 381
11
7960821 RRAE BB
Fotorezistor středniacute 97030 08379 R=97030middotE-08379 1931
11
894688 RRAE BB
Fotorezistor velkyacute 30350 06885 R=30350middotE-06885 4521
11
3236193 RRAE BB
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem viacutece elektronů přeskočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho a tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost ndash zmenšuje se odpor R
53
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech
78 TRANZISTOR JAKO SPIacuteNAČ A ZESILOVAČ
Fyzikaacutelniacute princip Tranzistor je polovodičovaacute součaacutestka se dvěma přechody PN Středniacute čaacutest krystalu polovodiče je baacuteze B a přechody PN ji oddělujiacute od oblasti s opačnyacutem typem vodivosti kolektorem C a emitorem E Podle druhu vodivosti jednotlivyacutech čaacutestiacute označujeme tranzistory jako typy NPN a PNP
Zaacutekladniacute funkce tranzistoru Maleacute napětiacute v obvodu baacuteze vzbuzuje proud kteryacute je přiacutečinou mnohokraacutet většiacuteho proudu v obvodu kolektoroveacutem Tranzistor se použiacutevaacute jako bdquoelektronickyacute spiacutenačldquo a bdquozesilovačldquo
Ciacutel Ověřit činnost tranzistoroveacuteho spiacutenače a tranzistoroveacuteho zesilovače Pomůcky LabQuest dva voltmetry VP-BTA zapojeniacute tranzistoru jako spiacutenače a zesilovače (podle scheacutema) generaacutetor signaacutelu (může byacutet použit i druhyacute LabQuest se zesilovačem) baterie 45 V
54
Scheacutema
a) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquospiacutenačeldquo
b) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquozesilovačeldquo
55
Postup 1 Voltmetry zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquospiacutenačldquo podle scheacutema a) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1) a
UCE (U2) 3 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme trojuacutehelniacutekovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 5 V
4 Voltmetr U1 připojiacuteme mezi baacutezi a emitor (UBE) Voltmetr U2 připojiacuteme mezi kolektor a
emitor (UCE) 5 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 3 s Frekvence
10 000 čteniacutes 6 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
Tranzistor jako bdquospiacutenačldquo
7 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 8 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquozesilovačldquo podle scheacutema b) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1)
a UCE (U2) Potenciometrem P nastaviacuteme bdquopracovniacute bod tranzistoruldquo ndash UCE bude miacutet přibližně polovičniacute hodnotu napaacutejeciacuteho napětiacute (jestliže napětiacute zdroje je UB= 45 V rarr UCE= 225 V)
9 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme sinusovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 015 V 10 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 01 s Frekvence 10 000 čteniacutes
56
Tranzistor jako bdquozesilovačldquo
11 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 12 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 13 Určiacuteme jakyacute je poměr UCEUBE 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Při jakeacutem napětiacute UBE tranzistor bdquosepneldquo Jak dlouho probiacutehaacute bdquosepnutiacuteldquo (tranzistor jako
spiacutenač) 2 Zkus měnit kmitočet vstupniacuteho napětiacute zesilovače 3 Zkus měnit nastaveniacute pracovniacuteho bodu Jakyacute to maacute vliv na vyacutestupniacute signaacutel 4 Zkus měnit velikost střiacutedaveacuteho vstupniacuteho napětiacute Jakyacute to maacute vliv na tvar vyacutestupniacuteho
napětiacute 5 Urči zesilovaciacute činitel 6 Je vyacutestupniacute signaacutel bdquozkreslenyacuteldquo Co je přiacutečinou
57
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
58
59
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač
2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač
60
b) Tranzistor jako zesilovač
3 Zaacutevěr a)Tranzistor jako spiacutenač ndash z měřeniacute je patrneacute že se tranzistor otevře při překročeniacute napětiacute asi 07 V mezi baacuteziacute a editorem b)Tranzistor jako zesilovač ndash změřeniacute je patrneacute že tranzistor zesiluje napětiacute přibližně 23times Z měřeniacute je daacutele patrneacute že dochaacuteziacute ke zkresleniacute vstupniacuteho signaacutelu
61
Elektrickyacute proud v kapalinaacutech 79 ELEKTROLYacuteZA
Fyzikaacutelniacute princip Elektrolyacutezou nazyacutevaacuteme laacutetkoveacute změny vyvolaneacute při průchodu proudu elektrolytem na elektrodaacutech Faradayův zaacutekon Hmotnost m vyloučeneacute laacutetky je přiacutemo uacuteměrnaacute naacuteboji Q kteryacute prošel elektrolytem M = AQ = AmiddotImiddott Konstanta uacuteměrnosti A kteraacute je pro danou laacutetku charakteristickaacute se nazyacutevaacute elektrochemickyacute ekvivalent laacutetky Ciacutel Určit elektrochemickyacute ekvivalent mědi v roztoku siacuteranu měďnateacuteho CuSO4 Pomůcky LabQuest ampeacutermetr HCS-BTA žaacuterovka 24 V40 W naacutedoba s roztokem Cu2SO4 zdroj stejnosměrneacuteho napětiacute 24 V digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001
Scheacutema
62
Postup 1 Sestaviacuteme měřeniacute podle scheacutema Katodu připevniacuteme na stativ kteryacute stojiacute na digitaacutelniacutech
vahaacutech 2 Ampeacutermetr HCS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 LabQuestu a ten připojiacuteme přes
USB k PC 3 Digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001 připojiacuteme přes USB k PC 4 Zapneme LabQuest 5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 1 vzoreksekundu 6 Zapneme zdroj proudu 7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a nechaacuteme určitou dobu probiacutehat
měřeniacute
8 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 9 V grafu I = f (t) určiacuteme velikost naacuteboje Q kteryacute prošel obvodem pomociacute volby v menu
Analyacuteza - Integraacutel 10 Vypočiacutetaacuteme elektrochemickyacute ekvivalent mědi A (při elektrolyacuteze roztoku Cu2SO4)
zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pomociacute elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi spočiacutetejte Avogadrovu a Faradayovu
konstantu 2 Naměřeneacute hodnoty porovnejte s tabulkovyacutemi hodnotami 3 Zkus zopakovat měřeniacute s jinyacutem elektrolytem 4 Co může byacutet přiacutečinou naacuterůstu elektrickeacuteho proudu v průběhu měřeniacute (viz vyacuteše)
63
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu
3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
64
65
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu 0000002480
1210103 4
3 Zaacutevěr Elektrochemickyacute ekvivalent mědi měřeniacutem a vyacutepočtem vychaacuteziacute 0000000248 kgmiddotC-1 Tabulkovaacute hodnota elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi je A = 03310-6 kgC-1 Chyba měřeniacute je způsobenaacute nepřesnostiacute měřeniacute
66
67
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
710 MAGNETICKEacute POLE CIacuteVKY
Fyzikaacutelniacute princip
Magnetickaacute indukce uvnitř velmi dlouheacute ciacutevky maacute velikost l
INB kde I je velikost
proudu N je celkovyacute počet zaacutevitů a l je deacutelka ciacutevky
Ciacutel Ověřit zaacutevislost magnetickeacute indukce na velikosti proudu prochaacutezejiacuteciacuteho ciacutevkou Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω ampeacutermetr DCP-BTA teslametr MG-BTA ciacutevka 166 a 332 zaacutevitů regulovatelnyacute zdroj proudu a napětiacute BK 127
Scheacutema
68
Postup 1 Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme teslametr MG-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud
Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Magnetickou indukci a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 mT V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Regulovatelnyacutem zdrojem zvyšujeme napětiacute Kontrolujeme proud ndash max 06 A
Teslametrem měřiacuteme magnetickou indukci uvnitř ciacutevky
6 Vysloviacuteme zaacutevěr - jak zaacutevisiacute magnetickaacute indukce B na velikosti elektrickeacute proudu I
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Ze znalosti počtu zaacutevitů deacutelky ciacutevky a proudu spočiacutetej magnetickou indukci 2 Změň ciacutevku a opakuj měřeniacute 3 Změř jak se měniacute magnetickaacute indukce po podeacutelneacute ose ciacutevky při daneacute hodnotě proudu
69
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = helliphellip A N= 332 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
b) I = helliphellip A N= 166 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
70
3 Zaacutevěr
Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = helliphelliphelliphellip mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je měřeniacutem B = helliphelliphelliphellip mT Tyto hodnoty helliphelliphelliphelliphellip s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Jejich rovnice jsou B = helliphelliphelliphellipmiddotI a B = helliphelliphellipmiddotI
71
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = 05807 A N = 332 z l = 15 cm
mTl
INB 615115058070133104 7
b) I = 061 A N = 166 z l = 15 cm mT
lINB 8480
150610166104 7
72
3 Zaacutevěr Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = 1734 mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je B= 0835 mT Tyto hodnoty souhlasiacute s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je přiacutemaacute uacuteměrnost Jejich rovnice jsou B = 2906middotI a B = 1445middotI
73
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
711 MAGNETICKEacute POLE ZEMĚ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Stejně i Země maacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Zemskeacute magnetickeacute pole v ČR maacute magnetickou indukci 0048 mT Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole Země Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA stojan laboratorniacute uacutehloměr
74
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 03 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve vodorovneacute rovině
otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum (N a S magnetickyacute poacutel) Z maximaacutelniacutech hodnot odečteme vodorovnou amplitudu magnetickeacute indukce B Země
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve svisleacute rovině (N-S směr) otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum Maximaacutelniacute hodnota je hodnotou magnetickeacute indukce B Země
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči sklon indukčniacute čaacutery magnetickeacuteho pole u naacutes v ČR vzhledem k povrchu země 2 Teslametr upevniacuteme do stojanu Pod teslametr položiacuteme uacutehloměr
75
3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev Uacutehel Jednotky deg
4 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Podle kompasu nastaviacuteme teslametr na sever 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 7 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0deg a stiskneme OK 8 Teslametr otočiacuteme o 10deg 9 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 10 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 10deg a stiskneme OK 11 Opakujeme body 8 9 a 10 pro 20deg 30deg 40deg hellip 360deg 12 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 13 Měřeniacute zopakujeme v horizontaacutelniacute rovině v bdquoN ndash Sldquo směru 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
76
77
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
78
79
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(t)
2 Zaacutevěr Velikost vektoru magnetickeacute indukce vychaacuteziacute přibližně B = 005 mT Tento vektor maacute vzhledem k vodorovneacutemu směru uacutehel sklonu 60deg
80
81
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
712 MAGNETICKEacute POLE MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT stojan laboratorniacute permanentniacute magnet
82
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně
přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k severniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně pohybujeme (asi 5 sekund) teslametrem kolmo k podeacutelneacute ose magnetu k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund) Uložiacuteme měřeniacute
83
6 Otevřeme novyacute soubor a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf
7 Zopakujeme měřeniacute pro magnet tvaru podkovy s teslametrem plusmn 140 mT
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev deacutelka
Jednotky cm 2 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Teslametr upevniacuteme do stojanu a postaviacuteme na okraj
magnetickeacuteho pole magnetu tvaru podkovy 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 5 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK 6 Teslametr posuneme o 1 cm 7 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 8 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 1 cm a stiskneme OK 9 Opakujeme body 7 8 a 9 pro 2cm 3 cm 4 cm hellip20 cm 10 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 11 Měřeniacute zopakujeme ve vertikaacutelniacute rovině magnetu (bdquoN ndash Sldquo) 12 Vysloviacuteme zaacutevěr
84
85
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
713 VLASTNOSTI FEROMAGNETICKYacuteCH
LAacuteTEK Fyzikaacutelniacute princip Budeme-li postupně zvětšovat proud I v ciacutevce s jaacutedrem z feromagnetickeacute laacutetky bude se postupně i magnetickaacute indukce B v jaacutedře zvětšovat
Relativniacute permeabilita μr feromagnetickyacutech laacutetek neniacute konstantniacute proto zaacutevislost B = f(I) neniacute lineaacuterniacute Grafem teacuteto zaacutevislosti je křivka ndash hystereacutezniacute smyčka
Hystereacutezniacute smyčka je důležitou charakteristikou feromagnetickyacutech laacutetek Podle tvaru křivky děliacuteme laacutetky na a) magneticky tvrdeacute - majiacute širokou hystereacutezniacute smyčku velkou hodnotu Br a jsou viacutece
odolnějšiacute vůči zmagnetovaacuteniacute (ocel s velkyacutem obsahem uhliacuteku hellip) Po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole zůstaacutevajiacute nadaacutele zmagnetovaacuteny a chovajiacute se jako permanentniacute magnet Jejich magnetickeacute pole lze zrušit pomociacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole opačneacute polarity (např do ciacutevky s jaacutedrem zavedeme proud opačneacuteho směru)
b) magneticky měkkeacute - materiaacutely s uacutezkou hystereacutezniacute smyčkou ktereacute se dajiacute snadno zmagnetovat (magnetofonoveacute paacutesky diskety hellip) Majiacute malou hodnotu Br což znamenaacute že po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole jejich vlastniacute magnetickeacute pole zanikaacute
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole ciacutevky s jaacutedrem v zaacutevislosti na velikosti proudu I Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT ampeacutermetr HCS-BTA stojan laboratorniacute ciacutevka 400 z různaacute jaacutedra regulovatelnyacute zdroj KXN 305D
86
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr plusmn140 mT ke vstupu CH1 LabQuestu Ke vstupu CH2 zapojiacuteme
ampeacutermetr HCS-BTA Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a připojiacuteme ho k USB PC 3 V programu LoggerPro v menu Data ndash Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme Naacutezev
magnetickaacute indukce Značka B Jednotka mT Rovnice Potential57 4 Na ose y zvoliacuteme magnetickaacute indukce a na ose x elektrickyacute proud 5 V menu Experiment ndash Sběr dat hellip zvoliacuteme bdquoNepřerušenyacute sběr datldquo Vzorkovaciacute
frekvence 10 vzorkůsekundu 6 Uvnitř ciacutevky je jaacutedro s feromagneticky měkkeacute oceli Vynulujeme senzor proudu a napětiacute
(teslametr plusmn140 mT) Teslametr přiložiacuteme těsně k jaacutedru (viz scheacutema) 7 Na regulovatelneacutem zdroji napětiacute zvětšujeme pomalu napětiacute až dosaacutehneme proud ciacutevkou
5 A Potom zase zmenšujeme napětiacute (proud) na bdquonululdquo Přepoacutelujeme poacutely zdroje pomociacute banaacutenků nebo dvojpoacutelovyacutem přepiacutenačem
87
8 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat v programu LoggerPro a opakujeme činnost v bodě 7 dvakraacutet Tiacutem se vykresliacute celaacute hystereacutezniacute smyčka Zastaviacuteme sběr dat tlačiacutetkem Stop v programu LoggerPro Uložiacuteme měřeniacute
9 Zopakujeme měřeniacute pro různaacute jaacutedra
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme různaacute jaacutedra z feromagneticky tvrdeacute oceli ndash např šroubovaacutek
2 Z grafu můžeme určit hodnotu zbytkoveacute magnetickeacute indukce Br 3 Proč je pro jaacutedra transformaacutetorů vyacutehodnějšiacute použiacutet feromagneticky měkkou ocel
88
89
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole 714 HALLŮV JEV
Fyzikaacutelniacute princip Hallův jev vznikaacute při průchodu proudu I tenkou polovodičovou destičkou (InSb InAs s odporem 001 až 20 Ohmů a tloušťky cca 01 mm jednaacute se o kompromis mezi maximem citlivost a mechanickeacute pevnosti) obdeacutelniacutekoveacuteho tvaru Při vloženiacute destičky do magnetickeacuteho pole skrze ni prochaacuteziacute indukčniacute tok a přeskupuje naacuteboje v destičce na jednu stranu Tak na bočniacutech stěnaacutech destičky vznikaacute napětiacute (tzv Hallovo napětiacute) ktereacute se daacute vypočiacutetat pomociacute vzorce UH = kIB kde k je konstanta (zahrnuje typ materiaacutelu a tloušťku destičky) I je stejnosměrnyacute proud a B je magnetickaacute indukce způsobenaacute magnetickyacutem polem
Ciacutel Pomociacute teslametru změřit jak zaacutevisiacute napětiacute UH na Hallově sondě na magnetickeacute indukci B magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA teslametr MG-BTA teslametr bdquoza paacuter korunldquo (viz doprovodnyacute text) permanentniacute magnet
90
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 a teslametr MG-BTA ke vstupu CH2
LabQuestu Na teslametru MG-BTA nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Voltmetr VP-BTA připojiacuteme k teslametru bdquoza paacuter korunldquo - je na něm zapojena Hallova sonda na napětiacute 3 V a protilehleacute vyacutevody z Hallovy sondy jsou vyvedeny pomociacute dvou vodičů Na nich budeme měřit UH pomociacute voltmetru VP-BTA LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 2 vzorkysekundu 4 Zapneme zdroj proudu na teslametru bdquoza paacuter korunldquo Vynulujeme oba senzory
Permanentniacute magnet přibliacutežiacuteme k teslametru MG-BTA a teslametru bdquoza paacuter korunldquo na vzdaacutelenost asi 2cm Digitaacutelniacute displej teslametru ukazuje hodnotu 5 mT (viz scheacutema)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem vzdalujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 1)
6 Pak otočiacuteme magnet o 180deg a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem přibližujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 2)
91
7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 8 Opakujeme měřeniacute pro různeacute Hallovy sondy
9 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash jakaacute je zaacutevislost UH na B jakaacute je citlivost
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kde se Hallova sonda použiacutevaacute 2 Jakyacute je rozsah teslametru MG-BTA a jakyacute teslametru bdquoza paacuter korunldquo 3 Zkus změřit magnetickou indukci magnetu bdquoparalelněldquo oběma teslametry U teslametru
bdquoza paacuter korunldquo vlož lineaacuterniacute funkci kteraacute přepočiacutetaacute UH na B
92
93
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
94
95
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr Z grafů je zřejmeacute že se jednaacute o přiacutemou uacuteměrnost Pro prvniacute (modryacute graf) Hallův senzor je rovnice přiacutemeacute uacuteměrnosti B=f(UH) = 333UH mT A pro druhyacute (červenyacute graf) Hallův senzor je rovnice B=f(UH) = 83UH mT
96
97
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
715 MAGNETICKYacute ZAacuteZNAM SIGNAacuteLŮ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickyacute zaacuteznam signaacutelů kteryacutem je uchovaacutevaacutena zvukovaacute či obrazovaacute informace nebo takeacute digitaacutelniacute informace zpracovanaacute počiacutetačem Magnetickyacute zaacuteznam je založen na trvaleacutem zmagnetovaacuteniacute vrstvy feromagnetika (např oxidu železa) naneseneacuteho na nosiči z plastickeacuteho materiaacutelu
Magnetickyacute zaacuteznam se uskutečňuje pomociacute zvlaacuteštniacuteho elektromagnetu ndash zaacuteznamoveacute hlavy
Ciacutel Proveacutest mazaacuteniacute magnetickyacute zaacuteznam sniacutemaacuteniacute a opětneacute mazaacuteniacute na nosič Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA permanentniacute magnet na mazaacuteniacute permanentniacute magnet na zaacuteznam svinovaciacute metr jako nosič zaznamenaneacuteho signaacutelu
98
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru MG-BTA
nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Deacutelka 10 s
Vzorkovaciacute frekvence 20 vzorkůsekunda 4 Nejdřiacuteve provedeme mazaacuteniacute na nosiči (svinovaciacute metr)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu (10 s) rovnoměrnyacutem
pohybem pomociacute teslametru provedeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů na nosiči
6 Provedeme zaacuteznam signaacutelů na nosiči (např čtyřikraacutet)
7 Zopakujeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů (jako v bodě 5) 8 Zopakujeme mazaacuteniacute a sniacutemaniacute (jako v bodě 4 a 5)
99
9 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej zaacuteznam různyacutem (S N) poacutelem permanentniacuteho magnetu Jak se změniacute průběh
signaacutelu 2 Vyzkoušej mazaacuteniacute a zaacuteznam na skutečnyacute nosič ndash paacutesek od videokazety 3 Vyzkoušej zaacuteznam na disketu
100
101
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
716 ELEKTROMAGNETICKAacute INDUKCE
Fyzikaacutelniacute princip Elektromagnetickaacute indukce je jev při ktereacutem vznikaacute elektrickeacute napětiacute ve vodiči změnou magnetickeacuteho pole v okoliacute vodiče (ciacutevky) Indukovaneacute napětiacute zaacutevisiacute na velikosti změny magnetickeacuteho pole i na rychlosti jeho změny
tU i
Indukovaneacute napětiacute maacute takovou polaritu že indukovanyacute proud vytvaacuteřiacute magnetickeacute pole s opačnyacutem směrem indukčniacutech čar než maacute magnetickeacute pole ktereacute indukci vyvolalo (Lenzův zaacutekon)
Ciacutel Změřit indukovaneacute napětiacute Ověřit na čem zaacutevisiacute Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA ciacutevka s jaacutedrem permanentniacute magnet
102
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu Roztočiacuteme permanentniacute magnet v těsneacutem okoliacute ciacutevky (jaacutedra)
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Opakujeme měřeniacute s rychlejšiacutem (pomalejšiacutem) otaacutečeniacutem magnetu 5 Vyměniacuteme magnet za bdquosilnějšiacuteldquo 6 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash na čem zaacutevisiacute indukovaneacute napětiacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkus ciacutevku s jinyacutem počtem zaacutevitů 2 Zkus pohybovat membraacutenou reproduktoru a měřit indukovaneacute napětiacute 3 Zkus napjatou strunu umiacutestit do magnetickeacuteho pole a na niacute měřit velikost indukovaneacuteho
napětiacute
103
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
717 DEMONSTRACE VOLNEacuteHO PAacuteDU MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Volnyacute paacuted je rovnoměrně zrychlenyacute pohyb volně padajiacuteciacuteho tělesa v bliacutezkosti země K měřeniacute pohybu volneacuteho paacutedu tělesa (magnetu) použijeme trubici z nevodiveacuteho materiaacutelu Na trubici jsou v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech navinuty ciacutevky ktereacute jsou navzaacutejem spojeneacute do seacuterie Spojeniacute ciacutevek připojiacuteme k voltmetru a zobraziacuteme časovyacute zaacuteznam napětiacute na jednotlivyacutech ciacutevkaacutech při pohybu magnetu trubiciacute vnitřkem jednotlivyacutech ciacutevek
Ciacutel Změřit časovyacute průběh indukovaneacuteho napětiacute při pohybu (volneacutem paacutedu) magnetu vnitřkem ciacutevek Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA neodymovyacute magnet (vaacuteleček) 2 m dlouhaacute PPR trubka 25x35 PN16 na ktereacute jsou navinuty ciacutevky (10 z) v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech
104
Scheacutema
105
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Sestaviacuteme obvod podle
scheacutema Voltmetr připojiacuteme ke koncům seacuterioveacuteho spojeniacute ciacutevek LabQuest připojiacuteme k PC přes USB
2 Zapneme LabQuest V programu Logger Pro v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 06 s Frekvence 1 000 vzorkůs Daacutele Trigger je rostouciacute přes 001 V
3 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat (měřeniacute) v programu Logger Pro Neodymovyacute magnet vložiacuteme do uacutestiacute PPR trubky a pustiacuteme
4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme časoveacute intervaly mezi jednotlivyacutemi průchody
magnetu Daacutele vypočiacutetaacuteme rychlosti v jednotlivyacutech intervalech Určiacuteme zrychleniacute mezi jednotlivyacutemi intervaly Přiacuteklad vyacutepočtu pro vyacuteše uvedeneacute měřeniacute
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyložte průběh zaacuteznamu z hlediska velikosti a polarity jednotlivyacutech napětiacute a jejich
umiacutestěniacute na ose času 2 Zopakuj měřeniacute s padajiacuteciacutem magnetem s opačnou orientaciacute poacutelů magnetu 3 Jak se změniacute časovyacute průběh při použitiacute delšiacuteho magnetu (viacutece vaacutelečků) 4 Zopakuj měřeniacute s tiacutem že konec trubky ucpeš gumovou zaacutetkou 5 Připoj k vyacutestupu signaacutelu z ciacutevek zesilovač a reproduktor a poslechem sleduj volnyacute paacuted
magnetu
106
107
Střiacutedavyacute proud 718 PŘECHODNYacute DĚJ Fyzikaacutelniacute princip Přechodnyacutem dějem v obvodu s kondenzaacutetorem nebo s ciacutevkou nazyacutevaacuteme skokovou změnu napětiacute a proudu na kondenzaacutetoru a ciacutevce Tuto změnu vyvolaacuteme sepnutiacutem nebo vypnutiacutem spiacutenače (přepiacutenače) Ciacutel Určit jak se měniacute napětiacute a proud v obvodu s kondenzaacutetorem a s ciacutevkou při přechodneacutem ději Pomůcky LabQuest ciacutevka 1 200 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr VP-BTA voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
a) b)
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr
DCP-BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema a)
108
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Zapojiacuteme obvod podle scheacutema b) 6 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 1 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 A Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a hned ho přepneme zpět
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zamysli se co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru (ciacutevky) ke zdroji
napětiacute a co se děje při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute k rezistoru Kde se to daacute využiacutet 2 Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Zkus to
vymyslet a potom ověř měřeniacutem
109
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
2 Doplňkoveacute otaacutezky a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k
rezistoru c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute
110
d) 4) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru
e) 5) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů f) 6) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
111
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 27 degC
Tlak 1008 hPa
Vlhkost 53
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
112
3 Doplňkoveacute otaacutezky
a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute dochaacuteziacute k jeho nabiacutejeniacute Na kondenzaacutetoru se akumuluje elektrickyacute naacuteboj (zvětšuje se jeho elektrickaacute energie) V okamžiku zapojeniacute bude obvodem prochaacutezet největšiacute elektrickyacute proud Nenabityacute kondenzaacutetor se zpočaacutetku chovaacute jako zkrat Čiacutem viacutece se však bude kondenzaacutetor nabiacutejet (bude v něm vzrůstat nahromaděnyacute naacuteboj) a poroste jeho napětiacute tiacutem menšiacute proud bude prochaacutezet obvodem
b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k rezistoru Po odpojeniacute obvodu od zdroje napětiacute se začiacutenaacute kondenzaacutetor vybiacutejet (chovaacute se jako zdroj) Elektrickaacute energie kterou kondenzaacutetor vybije se v rezistoru přeměniacute na teplo Teoreticky se kondenzaacutetor vybiacutejiacute nekonečně dlouhou dobu V okamžiku odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje napětiacute prochaacuteziacute obvodem velkyacute proud opačnyacutem směrem než při zapojeniacute ke zdroji napětiacute Napětiacute i proud postupně klesajiacute
c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute ciacutevky ke zdroji stejnosměrneacuteho napětiacute začne obvodem prochaacutezet proud kteryacute na ciacutevce způsobiacute indukovaacuteniacute napětiacute jež je uacuteměrneacute časoveacute změně magnetickeacuteho indukčniacuteho toku a s polaritou působiacuteciacute proti napětiacute zdroje Proud v obvodu se proto zvětšuje na svou maximaacutelniacute hodnotu jen postupně neboť čaacutest energie dodaacutevaneacute ze zdroje do obvodu se spotřebovaacutevaacute na vytvaacuteřeniacute magnetickeacuteho pole ciacutevky (indukovaneacute napětiacute na ciacutevce postupně klesaacute) Proud se ustaacuteliacute teprve v okamžiku kdy se časovaacute změna magnetickeacuteho indukčniacuteho toku bude rovna nule (to platiacute i pro indukovaneacute napětiacute na ciacutevce)
d) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru Po odpojeniacute ciacutevky od zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute se začne v ciacutevce indukovat napětiacute opačneacute polarity (může dosaacutehnout vyššiacutech hodnot než je napětiacute zdroje) než v předešleacute faacutezi ktereacute způsobiacute zpomaleniacute zaacuteniku magnetickeacuteho pole Směr toku proudu zůstaacutevaacute nezměněn Energie magnetickeacuteho pole ciacutevky se přeměniacute na rezistoru na teplo Proud i napětiacute tedy rychle ale postupně klesajiacute k nuloveacute hodnotě
e) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Kondenzaacutetor Čiacutem menšiacute odpor maacute rezistor tiacutem rychleji se kondenzaacutetor nabije a tiacutem rychleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor rychle vybije a vzniklyacute proud v obvodu rychle klesaacute Čiacutem většiacute odpor maacute rezistor tiacutem pomaleji se rezistor nabije a tiacutem pomaleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor vybije pomaleji a vzniklyacute proud v obvodu pozvolna klesaacute Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud Ciacutevka Čiacutem menšiacute odpor majiacute rezistory tiacutem pozvolněji klesaacute indukovaneacute napětiacute vznikleacute na ciacutevce při zapojeniacute ke zdroji Toteacutež platiacute pro elektrickyacute proud kteryacute se v tomto přiacutepadě ustaacuteliacute za delšiacute časovyacute okamžik Jinak je tomu v přiacutepadě že rezistory majiacute většiacute odpor Indukovaneacute napětiacute klesaacute rychleji a proud se v obvodu ustaacuteliacute na konstantniacute hodnotě za velmi kraacutetkou dobu Při odpojeniacute od zdroje klesajiacute proud a napětiacute v obou přiacutepadech přibližně stejně Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud
113
Kondenzaacutetor + rezistor 50 Ω + rezistor 200 ΩCiacutevka + rezistory 50 Ω + rezistory 200 Ω
114
f) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
Řada přechodnyacutech jevů je nežaacutedouciacute protože způsobiacute např kraacutetkodobeacute přetiacuteženiacute obvodu a tiacutem zkracujiacute životnost zařiacutezeniacute (zapnutiacute studeneacute žaacuterovky ndash naacuterazovyacute proud je až desetkraacutet většiacute než ustaacutelenyacute proud) Některeacute přechodneacute děje jsou však žaacutedouciacute a některeacute obvody jsou přiacutemo na využitiacute přechodnyacutech dějů založeny (generaacutetory klopneacute obvody) V elektronice existujiacute přechodneacute děje založeneacute na RC RL a RLC obvodech vzhledem k co možnaacute nejmenšiacutem použiacutevaacuteniacute ciacutevek majiacute největšiacute vyacuteznam při nabiacutejeniacute a vybiacutejeniacute kondenzaacutetory Obecně jsou v elektronice nejrozšiacuteřenějšiacute tepelneacute přechodneacute jevy V silnoproudeacute elektronice se měřiacute oteplovaciacute křivky elektrickyacutech strojů v počiacutetačoveacute technice se měřiacute otepleniacute hlavniacuteho procesoru měřeniacute teploty harddisku atd
115
Střiacutedavyacute proud 719 STŘIacuteDAVYacute PROUD S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem maacute časovyacute diagram napětiacute stejnou faacutezi (faacutezovyacute rozdiacutel je nulovyacute) jako časovyacute diagram proudu
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
116
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Um f Im T a (faacutezovyacute rozdiacutel) Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a u
5 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zakreslete faacutezorovyacute diagram 2 Určete z grafů velikost odporu rezistoru
117
Střiacutedavyacute proud 720 VYacuteKON STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem je okamžitaacute hodnota vyacutekonu p = ui = Ri2 = RIm
2sin2t
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem a zobrazit časovyacute diagram vyacutekonu Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
118
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Zvoliacuteme zaacuteložku tabulka V menu Tabulka zvoliacuteme Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec Naacutezev ndash
Vyacutekon Jednotka ndash W Tvar vyacuterazu XY Sloupec pro X ndash proud Sloupec pro Y ndash napětiacute
5 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Pm f Im T Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a p
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jakyacute je poměr frekvence okamžiteacute hodnoty vyacutekonu a okamžiteacute hodnoty proudu 2 Určete z grafu okamžiteacute hodnoty vyacutekonu středniacute hodnotu vyacutekonu P
119
Střiacutedavyacute proud 721 STŘIacuteDAVYacute PROUD S INDUKČNOSTIacute
Fyzikaacutelniacute princip
Induktance je veličina I
UX L Induktance XL je přiacutemo uacuteměrnaacute indukčnosti ciacutevky L a
frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute induktance indukčnost ciacutevky Ověřit že induktance na indukčnosti a frekvenci zaacutevisiacute přiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω voltmetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z a voltmetrem (ry) 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute
(Zesilovač)
120
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a indukčnosti Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z Vypočiacutetaacuteme induktanci XL Z induktance a frekvence vypočiacutetaacuteme indukčnost L
5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XL = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Miacutesto ciacutevky zapoj tlumivku (2times47 mH) a proveď stejneacute měřeniacute V čem se lišiacute zaacutevislost
XL = f(f) Proč se lišiacute
2 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na indukčnosti pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu
3 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty induktance pro vyššiacute frekvence 4 Zkus změřit přechodnyacute děj na indukčnosti
121
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900
1000 průměr
122
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr
2 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
123
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25degC
Tlak 1004 hPa
Vlhkost 53
3 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
RUL hellipstejnosměrnyacute obvod
IUL 22
ciacutevkyRZ fX L
2
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00364 01620 44510 (Rciacutevky) 00000 00000
100 09600 00096 00460 47917 17744 00028 200 09440 00094 00600 63559 45372 00036 300 09410 00094 00800 85016 72433 00038 400 09380 00094 00990 105544 95699 00038 500 09360 00094 01210 129274 121369 00039 600 09340 00093 01430 153105 146492 00039 700 09300 00093 01640 176344 170634 00039 800 09260 00093 01860 200864 195870 00039 900 09230 00092 02090 226436 222018 00039
1000 09160 00092 02290 250000 246006 00039 průměr 00037
124
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00367 00673 18338 (Rciacutevky) 00000 00000
100 63300 00633 15760 248973 248297 00395 200 59700 00597 26440 442881 442501 00352 300 55100 00551 35240 639564 639301 00339 400 49400 00494 43500 880567 880376 00350 500 42700 00427 50400 1180328 1180185 00376 600 34760 00348 56300 1619678 1619574 00430 700 26080 00261 61300 2350460 2350389 00534 800 15650 00157 65000 4153355 4153314 00826 900 07050 00071 66600 9446809 9446791 01671
1000 04850 00049 66800 13773196 13773184 02192 průměr 00747
4 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
Graf pro školniacute ciacutevku 400 zaacutevitů Ciacutevka neobsahuje jaacutedro induktance je teacuteměř přesně lineaacuterniacute funkciacute frekvence střiacutedaveacuteho napětiacute Konstantou uacuteměry je vyacuteraz 2πL kde L je indukčnost ciacutevky Indukčnost je teacutež konstantniacute Graf pro tlumivku 47 mH Induktance neniacute lineaacuterniacute funkciacute frekvence Přiacutečinou je jaacutedro na němž je namotaacuten vodivyacute draacutet ciacutevky Z toho důvodu nelze indukčnost ciacutevky L považovat za konstantniacute hodnotu
125
Střiacutedavyacute proud 722 STŘIacuteDAVYacute PROUD S KAPACITOU
Fyzikaacutelniacute princip
Kapacitance je veličina I
UX C Kapacitance XC je nepřiacutemo uacuteměrnaacute kapacitě
kondenzaacutetoru C a frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute kapacitance kapacitu kondenzaacutetoru Ověřit že kapacitance na kapacitě a frekvenci zaacutevisiacute nepřiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) rezistor 100 Ω voltmetr (y)
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetrem (ry)
126
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a kondenzaacutetoru Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme kapacitanci XC Z kapacitance a frekvence vypočiacutetaacuteme kapacitu C 5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XC = f(f) 8 Porovnej hodnotu kapacity vypočiacutetanou a jmenovitou
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru
2 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty kapacitance pro vyššiacute frekvence 3 Zkus změřit přechodnyacute děj na kondenzaacutetoru
127
Střiacutedavyacute proud 723 SLOŽENYacute OBVOD STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU
Fyzikaacutelniacute princip
Impedance je veličina I
UZ Při seacuterioveacutem spojeniacute prochaacuteziacute rezistorem ciacutevkou a
kondenzaacutetorem složenyacutem obvodem RLC stejnyacute proud i Ciacutel Určit pomociacute vyacutesledneacuteho napětiacute a proudu impedanci Z Určit jak zaacutevisiacute impedance Z na frekvenci f Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) voltmetr - multimetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetry
128
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a celkoveacute napětiacute Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z 5 Změniacuteme kmitočet na 400 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 800 Hz 1 200 Hz 10 000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti Z = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jak se měniacute impedance Z v zaacutevislosti na kmitočtu Zkus vysvětlit proč tomu tak je
2 Sestroj graf Z = f(f) podle vzorce 2
2 1
CLRZ
kde f (0 Hz 10 kHz)
R = 100 Ω C = 47 μF a L = 41 mH Porovnej grafy (naměřenyacute a teoretickyacute)
0000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
3 Kde se využiacutevaacute teacuteto zaacutevislosti Vysvětli Jak se změniacute tyto zaacutevislosti změniacuteme-li hodnotu kapacity nebo indukčnosti
4 Zkus změřit podobnou zaacutevislost Z = f(f) pro paralelniacute obvod RLC Pozor Vzhledem k maleacutemu vnitřniacutemu odporu ciacutevky L při niacutezkyacutech kmitočtech je potřeba zařadit k obvodu RLC seacuteriově rezistor 100 Ω
5 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute na rezistoru ciacutevce a kondenzaacutetoru a hodnotu proudu na rezistoru pomociacute druheacuteho LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute jednotlivyacutech napětiacute vzhledem k proudu
129
Střiacutedavyacute proud 724 USMĚRŇOVAČ Fyzikaacutelniacute princip V usměrňovači střiacutedaveacuteho proudu se využiacutevaacute zaacutekladniacute vlastnosti polovodičoveacute diody bdquopropustit proud pouze jedniacutem směremldquo K usměrněniacute se využiacutevaacute jednocestnyacute usměrňovač nebo dvoucestnyacute usměrňovač (Graetzovo zapojeniacute) K vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho zapojeniacute se použiacutevaacute kondenzaacutetor a tlumivka Ciacutel Určit průběh stejnosměrneacuteho pulzujiacuteciacuteho napětiacute po usměrněniacute jednocestnyacutem a dvoucestnyacutem usměrňovačem Daacutele pak určit průběh po vyhlazeniacute Pomůcky LabQuest ciacutevka 400 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF diody voltmetr VP-BTA multimetr zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute - transformaacutetor
Scheacutema
130
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Ke zdroji střiacutedaveacuteho napětiacute
(transformaacutetor ndash napětiacute maximaacutelně 6 V) připojiacuteme rezistor a k němu voltmetr (podle scheacutema) Multimetrem změřiacuteme efektivniacute hodnotu střiacutedaveacuteho napětiacute
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 004 s Frekvence 10 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V
3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Z grafu určiacuteme maximaacutelniacute
hodnotu (amplitudu) periodu a vypočiacutetaacuteme frekvenci Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 5 Zapojiacuteme jednocestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 6 Zapojiacuteme dvoucestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 7 Zapojiacuteme kondenzaacutetor a tlumivku a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty
131
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měniacuteme různeacute hodnoty kondenzaacutetorů a tlumivek 2 Proč v zapojeniacutech s diodou (diodami) dochaacuteziacute k poklesu napětiacute a jakou maacute tento pokles
velikost Čemu tato velikost odpoviacutedaacute 3 Popiš vliv kondenzaacutetoru a tlumivky na vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute Proč
se zapojujiacute paralelně (do seacuterie)
132
133
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
134
2 Tabulka Umax= Uef=
3 Zaacutevěr
135
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
2 Tabulka Umax= 45 V Uef= 32 V 3 Zaacutevěr Různeacute změny hodnot kondenzaacutetorů a tlumivek majiacute vliv na menšiacute nebo většiacute vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute V zapojeniacutech s diodami dochaacuteziacute k poklesu napětiacute přibližně 05 V a to z důvodu uacutebytku napětiacute na diodě (dvou diodaacutech u dvoucestneacuteho zapojeniacute) Kondenzaacutetor se při maximaacutelniacute hodnotě napětiacute nabiacutejiacute a při poklesu napětiacute vybiacutejiacute a dodaacutevaacute el energii v tomto okamžiku Tlumivka zapojenaacute v seacuterii braacuteniacute rychlyacutem změnaacutem napětiacute
136
137
Střiacutedavyacute proud v energetice
725 TROJFAacuteZOVAacute SOUSTAVA
Fyzikaacutelniacute princip Třiacutefaacutezoveacute napětiacute vznikaacute otaacutečeniacutem magnetu v soustavě třiacute ciacutevek (alternaacutetor) Maacuteme tedy tři zdroje střiacutedaveacuteho napětiacute ndash faacuteze Třiacutefaacutezovyacute rozvod lze využiacutet k zapojeniacute do hvězdy (a)) nebo k zapojeniacute do trojuacutehelniacuteku (b)) Faacutezoveacute napětiacute (u1 u2 u3) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 230 V) mezi středniacutem vodičem (N) a faacutezovyacutem vodičem (L1 L2 L3) Sdruženeacute napětiacute (u12 u13 u23) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 400 V) mezi libovolnyacutemi dvěma faacutezovyacutemi vodiči
Ciacutel Změřit časovyacute průběh napětiacute třiacute faacuteziacute v zapojeniacute do hvězdy Ověřit že součet napětiacute v každeacutem čase je nulovyacute Ověřit že poměr sdruženeacuteho a faacutezoveacuteho napětiacute je 173 times většiacute Pomůcky LabQuest zdroj třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute 3 rezistory 100 Ω 3 voltmetry VP-BTA
Scheacutema
138
Postup 1 Připojiacuteme 3 voltmetry VP-BTA ke vstupům CH1 CH2 a CH3 LabQuestu Zapojiacuteme
obvod podle scheacutema Na zdroji třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute nastaviacuteme hodnotu faacutezoveacuteho napětiacute do 5 V
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme v každeacutem časoveacutem okamžiku okamžiteacute hodnoty
napětiacute u1 u2 a u3 a provaacutediacuteme jejich součet ndash ověřujeme že součet je nulovyacute 6 Střiacutedavyacutem voltmetrem změřiacuteme sdruženeacute a faacutezoveacute napětiacute (efektivniacute hodnoty)
a vypočiacutetaacuteme jejich poměr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z grafu ndash časoveacuteho průběhu napětiacute urči o jakou čaacutest periody jsou posunuta napětiacute 2 Z grafu urči jakaacute je frekvence a perioda střiacutedavyacutech napětiacute 3 Jakyacute je poměr efektivniacute a maximaacutelniacute hodnoty faacutezoveacuteho střiacutedaveacuteho napětiacute ktereacute jsi
naměřil 4 Z grafu urči amplitudu sdruženeacuteho napětiacute a amplitudu faacutezoveacuteho napětiacute Jakyacute je jejich
poměr
139
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) =
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o helliphelliphellip periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = helliphelliphellip Hz Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = helliphelliphellip s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
140
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) =
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = V Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = helliphelliphellip
141
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = 0 V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = 410 V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) = 3 173
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o třetinu periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = 50 Hz
142
Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = 002 s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) = 2 14
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = 591 V
Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = 3 174
143
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
726 ELEKTROMAGNETICKYacute OSCILAacuteTOR
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacutem elektromagnetickyacutem oscilaacutetorem je obvod tvořenyacute ciacutevkou a kondenzaacutetorem - obvod LC nebo oscilačniacute obvod Kondenzaacutetor spojiacuteme se zdrojem stejnosměrneacuteho napětiacute 45 V (plochaacute baterie viz scheacutema) Přepiacutenačem připojiacuteme nabityacute kondenzaacutetorem k ciacutevce V obvodu vznikne elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Energie elektrickeacuteho pole kondenzaacutetoru se měniacute na energii magnetickeacuteho pole ciacutevky a naopak V oscilačniacutem obvodu nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute
Ciacutel Změřit napětiacute a proud v oscilačniacutem obvodu Ověřit elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute oscilačniacuteho obvodu je tlumeneacute Pomůcky LabQuest voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA kondenzaacutetor 2 200 microF ciacutevka s jaacutedrem 1 200 z přepiacutenač
Scheacutema
Postup 1 Voltmetr a ampeacutermetr zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Obvod zapojiacuteme podle scheacutema Přepiacutenač je v poloze bdquo1ldquo (kondenzaacutetor se nabiacutejiacute) 3 Zapneme LabQuest a připojiacuteme jej přes USB k PC
144
4 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Trvaacuteniacute 2 s Vzorkovaciacute frekvence 200 vzorkůsekundu Trigger zatrhneme Spuštěniacute triggeru když napětiacute je rostouciacute přes 005 V
5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme tlačiacutetko Sběr dat 6 Přepneme přepiacutenač do polohy bdquo2ldquo
7 Z grafu odečteme periodu kmitaacuteniacute Určiacuteme kmitočet 8 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změřiacuteme indukčnost L (multimetrem) a vypočiacutetaacuteme periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute
Porovnaacuteme s naměřenou hodnotou 2 Změň parametry součaacutestek (indukčnost kapacita) a zopakuj měřeniacute
145
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
T = helliphelliphellip s f = helliphelliphellip Hz 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
146
147
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
Naměřeneacute T = 0614 s f = 162 Hz Vypočiacutetaneacute L = 154 H C = 22 mF T= )(2 CL = 0366 s
3 Zaacutevěr V elektromagnetickeacutem oscilaacutetoru se přeměňuje elektrickaacute energie na energii magnetickeacuteho pole a naopak Nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Je zde patrnaacute analogie mezi ději mechanickyacutemi (kmitaacuteniacute) a elektromagnetickyacutemi
148
149
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
727 VLASTNOSTI ELEKTROMAGNETICKEacuteHO
VLNĚNIacute Fyzikaacutelniacute princip Magnetickeacute pole můžeme znaacutezornit pomociacute indukčniacutech čar
Elektrickeacute pole popisujeme elektrickyacutemi siločarami
Elektrickeacute a magnetickeacute pole spolu často souvisejiacute Mluviacuteme pak o elektromagnetickeacutem poli Elektromagnetickeacute vlny jsou přiacutečneacute a šiacuteřiacute se i ve vakuu Šiacuteřiacute se rychlostiacute světla Elektromagnetickyacutemi vlnami se přenaacutešejiacute signaacutely rozhlasu televize mobilniacutech telefonů atd I světlo je elektromagnetickeacute vlněniacute (zaacuteřeniacute)
Mezi frekvenciacute f vlnovou deacutelkou λ a rychlostiacute šiacuteřeniacute elektromagnetickeacuteho vlněniacute c (světla)
platiacute vzoreccf
Ciacutel Změřit vlnovou deacutelku elektromagnetickeacuteho vlněniacute Prokaacutezat polarizaci elektromagnetickeacute vlny
150
Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA bezdraacutetovyacute zvonek ndash tlačiacutetko pracujiacuteciacute na frekvenci 43392 MHz přijiacutemač s půlvlnnyacutem dipoacutelem (viz přiacutespěvek od Oldřicha Lepila)
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Pohybujeme rovnoměrnyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 1) 5 Z poloh maxim a minim určiacuteme vlnovou deacutelku 6 Uložiacuteme měřeniacute 7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Pohybujeme rovnoměrnyacutem otaacutečivyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 2) 9 Stejnou vlastnost můžeme ukaacutezat tak že mezi vysiacutelač a přijiacutemač vložiacuteme mřiacutežku kterou
otaacutečiacuteme v rovině kolmeacute ke směru šiacuteřeniacute vlněniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash vlnovaacute deacutelka a polarizace elektromagnetickeacuteho vlněniacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej jak zaacutevisiacute velikost naměřeneacuteho napětiacute na vzdaacutelenosti vysiacutelače od přijiacutemače 2 Pomociacute mřiacutežky nebo plechu vyzkoušej odraz vlněniacute (a interferenci)
5
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole 71 ELEKTRICKYacute NAacuteBOJ
Fyzikaacutelniacute princip Elektrickyacute naacuteboj Q je fyzikaacutelniacute veličina kteraacute popisuje stav zelektrovaacuteniacute těles Jeho jednotkou je coulomb ndash značka C Naacuteboj 1 C je jednotka velkaacute Při pokusech ve třiacutedě pracujeme s naacuteboji o velikostech desiacutetek nC (nano coulombů) 1 nC je přibližně 6 000 000 000 elementaacuterniacutech elektrickyacutech naacutebojů (naacuteboj elektronuhellip) Existujiacute dva druhy elektrickeacuteho naacuteboje Kladnyacute elektrickyacute naacuteboj (na skleněneacute tyči) a zaacutepornyacute elektrickyacute naacuteboj (na plastoveacute tyči) Zaacuteporně nabiteacute těleso maacute viacutece elektronů než protonů V kladně nabiteacutem tělese převažujiacute protony K přesneacutemu měřeniacute velikostiacute naacutebojů zelektrovanyacutech těles sloužiacute měřič naacuteboje Velikost elektrickyacutech sil Fe kteryacutemi na sebe působiacute dva bodoveacute naacuteboje Q1 a Q2 je přiacutemo uacuteměrnaacute absolutniacute hodnotě součinu jejich velikostiacute a nepřiacutemo uacuteměrnaacute druheacute mocnině jejich vzdaacutelenostiacute r
221
02
21
41
rQQ
rQQ
kFr
e
Ciacutel Změřit naacuteboje různyacutech zelektrovanyacutech těles Sledovat jak se tento naacuteboj měniacute při různyacutech dějiacutech nabiacutejeniacute a vybiacutejeniacute Ověřit Coulombův zaacutekon Pomůcky LabQuest měřič naacuteboje CRG-BTA siloměr BFS-BTA tělesa (plechovka na polystyreacutenu kovoveacute kuličky s papiacuterky) kovoveacute kuličky na izolovaneacutem držadle zdroj vn k nabiacutejeniacute těles
6
Scheacutema
Postup 1 Měřič naacuteboje CRG-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 LabQuestu Plechovku položiacuteme
na polystyreacutenovou desku a připojiacuteme k niacute kladnou krokosvorku měřiče naacuteboje (stačiacute plechovku postavit na kovovou tyčinku připojenou ke krokosvorce) Zaacutepornou svorku spojiacuteme s uzemňovaciacute zdiacuteřkou zdroje vn Ke zdroji vn (ke kladneacute a zaacuteporneacute svorce 10 kV) připojiacuteme dvě kovovaacute tělesa s papiacuterky Zapneme zdroj vn (tělesa se nabiacutejejiacute) Na senzoru zvoliacuteme rozsah plusmn 100 nC
2 Zapneme LabQuest 3 Tlačiacutetkem na senzoru bdquovybijemeldquo naacuteboj (vynulujeme senzor) 4 Postupně nabiacutejiacuteme těleso (plechovku) kladně nebo zaacuteporně ndash dotykem ebonitoveacute nebo
skleněneacute tyče (třeniacutem nabiteacute) Sledujeme jak se měniacute naacuteboj Stejneacute můžeme provaacutedět pomociacute umělohmotneacute slaacutemky
7
5 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s Frekvence 2 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf
6 Tlačiacutetkem na senzoru bdquovybijemeldquo naacuteboj (vynulujeme senzor) 7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Pomociacute kuliček na izolovaneacutem držadle přenaacutešiacuteme nejdřiacuteve kladnyacute naacuteboj Sledujeme o
kolik vzroste Pak přenaacutešiacuteme zaacutepornyacute naacuteboj Sledujeme o kolik klesne kladnyacute naacuteboj (vzroste zaacutepornyacute naacuteboj) Zkoušiacuteme postupně pro tři průměry kuliček Porovnaacuteme vyacutesledky
9 Při dalšiacutem měřeniacute propojiacuteme nabiacutejeneacute těleso (plechovku) s kladně (při dalšiacutem postupu
zaacuteporně) nabityacutem tělesem pomociacute ebonitoveacute tyče skleněneacute tyče Sledujeme zda roste nebo klesaacute naacuteboj Proč neroste (neklesaacute)
10 Při dalšiacutem měřeniacute propojiacuteme nabiacutejeneacute těleso (plechovku) s kladně (při dalšiacutem postupu zaacuteporně) nabityacutem tělesem pomociacute dřevěneacute špejle průřezu 3times3 mm Sledujeme co se děje V dalšiacutem postupu zkracujeme deacutelku špejle Sledujeme jak se měniacute nabiacutejeniacute V dalšiacutem postupu použijeme špejli 9times9 mm Jak se změniacute vyacutesledek měřeniacute Proč je tomu tak
8
11 Vyhodnotiacuteme vyacutesledky měřeniacute Jak velkeacute jsou naacuteboje při pokusech (v coulombech
v elementaacuterniacutech naacutebojiacutech)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pouze přibližujeme a vzdalujeme nabitou tyč (ebonitovou nebo skleněnou) k tělesu
(plechovce) a sledujeme jak se měniacute naacuteboj O jakyacute jev se jednaacute Čiacutem je způsoben 2 Plechovku připojiacuteme ke zdroji kladneacuteho vn napětiacute (nabije se kladně) Měřič naacuteboje
připojiacuteme ke kovoveacute kuličce na izolovaneacutem držaacuteku Zapneme měřeniacute a přejiacuteždiacuteme plynule v okoliacute svisleacute stěny plechovky (nedotyacutekaacuteme se) přibližně ve stejneacute vzdaacutelenosti Sledujeme naměřeneacute hodnoty Co můžeme usoudit o rozloženiacute naacuteboje na povrchu plechovky
3 Zkus změřit siacutelu mezi dvěma nesouhlasně nabityacutemi tělesy Zkus naměřeneacute ověřit vyacutepočtem
9
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 71 Elektrickyacute naacuteboj Coulombův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf působeniacute elektrickyacutech sil po zapnutiacute zdroje vn
Velikost siacutely F = mN 2 Vyacutepočet
221
02
21
41
rQQ
rQQ
kFr
e
=
1441
41 63
221
0 ra
ra
rQQ
Fr
e =
3 Tabulka - Zaacutevěr
10
11
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 71 Elektrickyacute naacuteboj Coulombův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf působeniacute elektrickyacutech sil po zapnutiacute zdroje vn
Velikost siacutely F = 17 mN 2 Vyacutepočet
221
02
21
41
rQQ
rQQ
kFr
e
= mN816
060)1082(109 2
299
1441
41 63
221
0 ra
ra
rQQ
Fr
e = 166 mN
3 Zaacutevěr Naměřenaacute hodnota elektrickeacute siacutely se shoduje s vypočiacutetanou
12
13
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole
72 KAPACITA KONDENZAacuteTORU
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q= f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Určit kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute přechodneacuteho děje ndash vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod dle scheacutema a)
14
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V těsně před přepnutiacutem přepiacutenače 6 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q =C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
7 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 2 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 1 000 Ω)
15
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty
a) U = Q =
b) UQC
3 Zaacutevěr
16
17
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25 degC
Tlak 998 hPa
Vlhkost 53
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty U = 481 V Q = 0010036 C
UQC F002150
814010360
3 Zaacutevěr
Jmenovitaacute hodnota kapacity kondenzaacutetoru je 2 200microF Změřenaacute a vypočiacutetanaacute je 2 150 microF
18
19
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole 73 VYBIacuteJENIacute KONDENZAacuteTORŮ
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q = f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Změřit vybiacutejeciacute křivku kondenzaacutetoru Určit kapacitu kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 1 kΩ 2 ks kondenzaacutetory 2 200 μF voltmetr VP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry DVP-BTA ke vstupu CH1 a CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod
podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 30 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 1 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
20
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač podle scheacutema a po sekundě (odhadneme) přepneme přepiacutenač opačně
5 Měřeniacute uložiacuteme Opakujeme pro dva kondenzaacutetory zapojeneacute paralelně a do seacuterie 6 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V (začaacutetek měřeniacute) 7 Vytvořiacuteme novou vypočiacutetaacutevanou veličinu I = UR (R = 1 000 Ω) 8 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q = C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
9 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči rovnici funkce U = f (t) přiacutepadně I = f (t) 2 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 3 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 10 kΩ)
21
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
CeAU tB = helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
22
23
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
598100324 23750 ttB eCeAU (červenyacute graf) 3 Zaacutevěr
Napětiacute na kondenzaacutetoru při vybiacutejeniacute klesaacute podle exponenciaacutelniacute funkce
24
25
Elektrickyacute proud v kovech 74 OHMŮV ZAacuteKON
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon Pokud maacute kovovyacute vodič staacutelou teplotu je proud prochaacutezejiacuteciacute vodičem přiacutemo uacuteměrnyacute napětiacute mezi konci vodiče (r 1826 GSOhm) Grafem přiacutemeacute uacuteměrnostiacute je přiacutemka prochaacutezejiacuteciacute počaacutetkem Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky a rezistory 12 Ω 33 Ω a 100 Ω Pomůcky LabQuest rezistor 33 Ω a 100 Ω žaacuterovka 6 V03 A voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 60 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme napětiacute
Vlevo 0 Vpravo 6 V Na ose y zvoliacuteme Elektrickyacute proud a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 06 A V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
26
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Reostatem pomalu zvyšujeme napětiacute a proud Hodnota napětiacute nesmiacute překročit 5 V a
proudu 06 A Zobrazuje se tzv voltampeacuterovaacute charakteristika Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro rezistor 33 Ω a pro žaacuterovku
7 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Platiacute Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky 2 Porovnej voltampeacuteroveacute charakteristiky rezistorů s různyacutemi hodnotami odporů 3 Zkus vymyslet jak ověřiacuteš že Ohmův zaacutekon platiacute i pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky
27
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
a) pro žaacuterovku
b) pro vodič
28
2 Zaacutevěr
29
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
pro žaacuterovku a pro vodič (rezistor)
2 Zaacutevěr Pro žaacuterovku nevychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) protože se teplota wolframoveacuteho vlaacutekna měniacute a tiacutem i jeho odpor Pro rezistory (vodič) vychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) Sklon polopřiacutemky zaacutevisiacute na odporu vodiče ndash čiacutem je odpor většiacute tiacutem je sklon menšiacute
30
31
Elektrickyacute proud v kovech
75 OHMŮV ZAacuteKON PRO UZAVŘENYacute OBVOD
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Proud v uzavřeneacutem obvodu je roven podiacutelu elektromotorickeacuteho napětiacute Ue zdroje a celkoveacuteho odporu R + Ri kde Ri je vnitřniacute odpor zdroje
i
e
RRUI
Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat 100 Ω a 10 kΩ
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema
32
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Elektrickeacute napětiacute a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 V V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat - Ampeacutermetr Reostat 100 Ω a 10 kΩ nastaviacuteme na max hodnoty odporu
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Sepneme spiacutenač 5 Reostatem 10 kΩ pomalu (10 s) zvětšujeme proud (hodnota odporu na min) Jakmile
reostat 10 kΩ vytočiacuteme do krajniacute polohy (min) pokračujeme stejně reostatem 100 Ω do krajniacute polohy (min) Hodnota proudu nesmiacute překročit 06 A což při napětiacute 45 V zajistiacute rezistor 10 Ω Zobrazuje se tzv zatěžovaciacute charakteristika zdroje Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro různě stareacute plocheacute baterie
7 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku Napětiacute
Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute Určiacuteme koeficienty lineaacuterniacute funkce Opakujeme pro všechny grafy
8 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona pro uzavřenyacute obvod)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z koeficientů lineaacuterniacutech funkciacute určete napětiacute napraacutezdno U0 a zkratovyacute proud Ik Daacutele
určete vnitřniacute odpor Ri plocheacute baterie noveacute a stareacute 2 Vnitřniacute odpor plocheacute baterie se staacuteřiacutem zvětšuje Jak se to projevuje na zatěžovaciacute
charakteristice
33
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
1 Vyacutepočet a) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip
b) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip 2 Zaacutevěr
34
35
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
2 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
3 Vyacutepočet a) U = f(I)= -09126I+4925 U0=4925 V Ik=54 A Ri=09126 b) U = f(I)= -5011I+445 U0=445 V Ik=089 A Ri=5011 c) U = f(I)= -RiI+U0= -4244I+4132 U0=4132V Ik=097 A Ri=4244 4 Zaacutevěr Novaacute plochaacute baterie maacute většiacute svorkoveacute napětiacute na praacutezdno U0 většiacute zkratovyacute proud Ik a menšiacute vnitřniacute odpor Ri U staršiacute (reacute) plocheacute baterie je to naopak
36
37
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 76 TERMISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Termistor je polovodičovaacute součaacutestka jejiacutež odpor zaacutevisiacute na teplotě
Z teorie vyplyacutevaacute že zaacutevislost odporu termistoru na teplotě je daacutena vztahem
16273 tT eAeAR
(1) T hellip termodynamickaacute teplota R hellip odpor termistoru při daneacute teplotě T A hellip lineaacuterniacute koeficient β hellip index citlivosti materiaacutelu termistoru Pokud bychom chtěli využiacutevat termistor jako teploměr budeme potřebovat znaacutet inverzniacute funkci (2) tedy funkci vyjadřujiacuteciacute zaacutevislost teploty na odporu Tuto funkci ziacuteskaacuteme z rovnice (1) aplikovaacuteniacutem přirozeneacuteho logaritmu naacuteslednou uacutepravou a převedeniacutem do Celsiovy stupnice
15273ln
15273lnln
ARAR
t (2)
t hellip teplota ve degC R hellip odpor termistoru v Ω Ciacutel Změř zaacutevislost odporu termistoru na teplotě Z grafu urči konstanty A a β
38
Pomůcky LabQuest ohmmetr (musiacute byacutet nainstalovaacuten) teploměr TMP-BTA rychlovarnaacute konvice s horkou vodou termistory se jmenovitou hodnotou odporu 47 kΩ 10 kΩ 15 kΩ počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 V konvici si ohřejeme vodu 2 Teploměr TMP-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 2 a ohmmetr do konektoru CH 1
LabQuestu 3 K ohmmetru připojiacuteme termistor (10 kΩ) kteryacute zastrčiacuteme společně s teploměrem do
kaacutedinky 4 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 5 Zapneme LabQuest 6 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko
zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance) 7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s
Frekvence 1 čteniacutes 8 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a
na osu x Teplotu
39
9 Nalejeme horkou vodu z konvice do kaacutedinky s teploměrem a termistorem a zapneme Sběr dat v programu LoggerPro
10 Voda postupně chladne a počiacutetač vykresluje graf zaacutevislosti R = f(t) Ochlazovaacuteniacute můžeme pomalu urychlovat opatrnyacutem přileacutevaacuteniacutem studeneacute vody a současnyacutem miacutechaacuteniacutem Pro hlubšiacute ochlazeniacute můžeme použiacutet kousek ledu
11 Po skončeniacute měřeniacute (300 s) uložiacuteme toto měřeniacute do paměti ndash menu Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute a můžeme opakovat měřeniacute pro dalšiacute termistor Nebo při měřeniacute použiacutet současně dva ohmmetry (CH 2 a CH 3) a dva termistory
12 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash sestrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a β
2 V programu Logger Pro můžeme v menu Analyacuteza ndash Curve Fit zkusit proložit funkci kterou si vybereme ze seznamu A určiacuteme koeficienty A a β Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že zvolenaacute funkce bdquofungujeldquo
3 Zdůvodněte proč odpor termistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
40
41
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
3 Jakaacute je to funkce
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R )
Termistor
Termistor
Termistor
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
42
43
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
Termistory 15k 10k a 4k7 dosahujiacute jmenoviteacute hodnoty přibližně při 25 degC Termistory s většiacutem jmenovityacutem odporem majiacute při stejně velkeacute změně teploty většiacute změnu odporu Index citlivosti materiaacutelu je přibližně stejnyacute
3 Jakaacute je to funkce
Exponenciaacutelniacute klesajiacuteciacute 16273 tT eAeAR
44
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R ) Termistor 15000Ω 3285 02388 15273
3285
23880 teR 15273
23880lnln3285
R
t
Termistor 10000Ω 3592 005836 15273
3592
058360 teR 15273
058360lnln3592
R
t
Termistor 4700 Ω 3545 003204 15273
3545
032040 teR 15273
032040lnln3545
R
t
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
S rostouciacute teplotou se rychle zvětšuje hustota volnyacutech bdquovytřesenyacutechldquo elektronů z vazeb a tiacutem rezistivita rychle klesaacute
45
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 77 FOTOREZISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Fotorezistor (dřiacuteve označovaacuten jako fotoodpor) je pasivniacute elektrotechnickaacute součaacutestka bez PN přechodu jejiacutež elektrickyacute odpor R se snižuje se zvyšujiacuteciacutem se osvětleniacutem E resp elektrickaacute vodivost G se zvyšuje
Princip fotorezistoru je založen na vnitřniacutem fotoelektrickeacutem jevu světlo (foton) naraziacute do elektronu ve valenčniacute sfeacuteře a předaacute mu svoji energii tiacutem elektron ziacuteskaacute dostatek energie k překonaacuteniacute zakaacutezaneacuteho paacutesu a skočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho Tiacutem opustiacute svůj atom a pohybuje se jako volnyacute elektron prostorem krystaloveacute mřiacutežky Na jeho miacutestě vznikla diacutera Takto vznikleacute volneacute elektrony přispiacutevajiacute ke sniacuteženiacute elektrickeacuteho odporu R (zvyacutešeniacute elektrickeacute vodivosti G) Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost Funkce R = f(E) je funkce mocninnaacute R = AmiddotE-B Tuto funkci můžeme zlogaritmovat a převeacutest
na funkci lineaacuterniacute lnR= -BmiddotlnE + lnA nebo určit inverzniacute funkci BB RAE11
Inverzniacute
funkce může sloužit ke konstrukci luxmetru z fotorezistoru Ciacutel Změřit zaacutevislost odporu fotorezistoru na osvětleniacute Z grafu určit konstanty A a B
46
Pomůcky LabQuest 3 ohmmetry (ohmmetr musiacute byacutet nainstalovaacuten) luxmetr LS-BTA fotorezistory počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 Luxmetr LS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 Ohmmetry zapojiacuteme do konektorů
CH 2 CH 3 a CH4 LabQuestu 2 K ohmmetrům připojiacuteme fotorezistory 3 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 4 Zapneme LabQuest
47
5 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance)
6 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s Frekvence 1 čteniacutes
7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a na osu x Osvětleniacute
8 Těsně vedle fotorezistorů umiacutestiacuteme luxmetr 9 Budeme postupně viacutece a viacutece zakryacutevat papiacutery fotorezistory s luxmetrem Tiacutem dosaacutehneme
změnu osvětleniacute a odporu fotorezistorů Zastaviacuteme měřeniacute 10 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů 11 Provedeme analyacutezu grafů Určiacuteme konstanty mocninneacute funkce A a B Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash setrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a B
2 Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že určenaacute funkce bdquofungujeldquo 3 Zdůvodněte proč odpor fotorezistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
48
49
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy 3 Jakaacute je to funkce 4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute Fotorezistor středniacute Fotorezistor velkyacute
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E
50
51
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy Pro tři měřeneacute fotorezistory jsou průběhy funkciacute podobneacute U maleacuteho a středniacuteho fotorezistoru je pokles odporu R většiacute něž u velkeacuteho fotorezistoru při stejně velkeacute změně osvětleniacute E 3 Jakaacute je to funkce Funkce R=f(E) je funkce mocninnaacute R=AmiddotE-B Je to funkce klesajiacuteciacute
52
4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute 100100 07246 R=100100middotE-07246 381
11
7960821 RRAE BB
Fotorezistor středniacute 97030 08379 R=97030middotE-08379 1931
11
894688 RRAE BB
Fotorezistor velkyacute 30350 06885 R=30350middotE-06885 4521
11
3236193 RRAE BB
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem viacutece elektronů přeskočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho a tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost ndash zmenšuje se odpor R
53
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech
78 TRANZISTOR JAKO SPIacuteNAČ A ZESILOVAČ
Fyzikaacutelniacute princip Tranzistor je polovodičovaacute součaacutestka se dvěma přechody PN Středniacute čaacutest krystalu polovodiče je baacuteze B a přechody PN ji oddělujiacute od oblasti s opačnyacutem typem vodivosti kolektorem C a emitorem E Podle druhu vodivosti jednotlivyacutech čaacutestiacute označujeme tranzistory jako typy NPN a PNP
Zaacutekladniacute funkce tranzistoru Maleacute napětiacute v obvodu baacuteze vzbuzuje proud kteryacute je přiacutečinou mnohokraacutet většiacuteho proudu v obvodu kolektoroveacutem Tranzistor se použiacutevaacute jako bdquoelektronickyacute spiacutenačldquo a bdquozesilovačldquo
Ciacutel Ověřit činnost tranzistoroveacuteho spiacutenače a tranzistoroveacuteho zesilovače Pomůcky LabQuest dva voltmetry VP-BTA zapojeniacute tranzistoru jako spiacutenače a zesilovače (podle scheacutema) generaacutetor signaacutelu (může byacutet použit i druhyacute LabQuest se zesilovačem) baterie 45 V
54
Scheacutema
a) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquospiacutenačeldquo
b) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquozesilovačeldquo
55
Postup 1 Voltmetry zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquospiacutenačldquo podle scheacutema a) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1) a
UCE (U2) 3 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme trojuacutehelniacutekovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 5 V
4 Voltmetr U1 připojiacuteme mezi baacutezi a emitor (UBE) Voltmetr U2 připojiacuteme mezi kolektor a
emitor (UCE) 5 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 3 s Frekvence
10 000 čteniacutes 6 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
Tranzistor jako bdquospiacutenačldquo
7 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 8 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquozesilovačldquo podle scheacutema b) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1)
a UCE (U2) Potenciometrem P nastaviacuteme bdquopracovniacute bod tranzistoruldquo ndash UCE bude miacutet přibližně polovičniacute hodnotu napaacutejeciacuteho napětiacute (jestliže napětiacute zdroje je UB= 45 V rarr UCE= 225 V)
9 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme sinusovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 015 V 10 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 01 s Frekvence 10 000 čteniacutes
56
Tranzistor jako bdquozesilovačldquo
11 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 12 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 13 Určiacuteme jakyacute je poměr UCEUBE 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Při jakeacutem napětiacute UBE tranzistor bdquosepneldquo Jak dlouho probiacutehaacute bdquosepnutiacuteldquo (tranzistor jako
spiacutenač) 2 Zkus měnit kmitočet vstupniacuteho napětiacute zesilovače 3 Zkus měnit nastaveniacute pracovniacuteho bodu Jakyacute to maacute vliv na vyacutestupniacute signaacutel 4 Zkus měnit velikost střiacutedaveacuteho vstupniacuteho napětiacute Jakyacute to maacute vliv na tvar vyacutestupniacuteho
napětiacute 5 Urči zesilovaciacute činitel 6 Je vyacutestupniacute signaacutel bdquozkreslenyacuteldquo Co je přiacutečinou
57
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
58
59
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač
2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač
60
b) Tranzistor jako zesilovač
3 Zaacutevěr a)Tranzistor jako spiacutenač ndash z měřeniacute je patrneacute že se tranzistor otevře při překročeniacute napětiacute asi 07 V mezi baacuteziacute a editorem b)Tranzistor jako zesilovač ndash změřeniacute je patrneacute že tranzistor zesiluje napětiacute přibližně 23times Z měřeniacute je daacutele patrneacute že dochaacuteziacute ke zkresleniacute vstupniacuteho signaacutelu
61
Elektrickyacute proud v kapalinaacutech 79 ELEKTROLYacuteZA
Fyzikaacutelniacute princip Elektrolyacutezou nazyacutevaacuteme laacutetkoveacute změny vyvolaneacute při průchodu proudu elektrolytem na elektrodaacutech Faradayův zaacutekon Hmotnost m vyloučeneacute laacutetky je přiacutemo uacuteměrnaacute naacuteboji Q kteryacute prošel elektrolytem M = AQ = AmiddotImiddott Konstanta uacuteměrnosti A kteraacute je pro danou laacutetku charakteristickaacute se nazyacutevaacute elektrochemickyacute ekvivalent laacutetky Ciacutel Určit elektrochemickyacute ekvivalent mědi v roztoku siacuteranu měďnateacuteho CuSO4 Pomůcky LabQuest ampeacutermetr HCS-BTA žaacuterovka 24 V40 W naacutedoba s roztokem Cu2SO4 zdroj stejnosměrneacuteho napětiacute 24 V digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001
Scheacutema
62
Postup 1 Sestaviacuteme měřeniacute podle scheacutema Katodu připevniacuteme na stativ kteryacute stojiacute na digitaacutelniacutech
vahaacutech 2 Ampeacutermetr HCS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 LabQuestu a ten připojiacuteme přes
USB k PC 3 Digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001 připojiacuteme přes USB k PC 4 Zapneme LabQuest 5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 1 vzoreksekundu 6 Zapneme zdroj proudu 7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a nechaacuteme určitou dobu probiacutehat
měřeniacute
8 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 9 V grafu I = f (t) určiacuteme velikost naacuteboje Q kteryacute prošel obvodem pomociacute volby v menu
Analyacuteza - Integraacutel 10 Vypočiacutetaacuteme elektrochemickyacute ekvivalent mědi A (při elektrolyacuteze roztoku Cu2SO4)
zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pomociacute elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi spočiacutetejte Avogadrovu a Faradayovu
konstantu 2 Naměřeneacute hodnoty porovnejte s tabulkovyacutemi hodnotami 3 Zkus zopakovat měřeniacute s jinyacutem elektrolytem 4 Co může byacutet přiacutečinou naacuterůstu elektrickeacuteho proudu v průběhu měřeniacute (viz vyacuteše)
63
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu
3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
64
65
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu 0000002480
1210103 4
3 Zaacutevěr Elektrochemickyacute ekvivalent mědi měřeniacutem a vyacutepočtem vychaacuteziacute 0000000248 kgmiddotC-1 Tabulkovaacute hodnota elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi je A = 03310-6 kgC-1 Chyba měřeniacute je způsobenaacute nepřesnostiacute měřeniacute
66
67
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
710 MAGNETICKEacute POLE CIacuteVKY
Fyzikaacutelniacute princip
Magnetickaacute indukce uvnitř velmi dlouheacute ciacutevky maacute velikost l
INB kde I je velikost
proudu N je celkovyacute počet zaacutevitů a l je deacutelka ciacutevky
Ciacutel Ověřit zaacutevislost magnetickeacute indukce na velikosti proudu prochaacutezejiacuteciacuteho ciacutevkou Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω ampeacutermetr DCP-BTA teslametr MG-BTA ciacutevka 166 a 332 zaacutevitů regulovatelnyacute zdroj proudu a napětiacute BK 127
Scheacutema
68
Postup 1 Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme teslametr MG-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud
Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Magnetickou indukci a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 mT V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Regulovatelnyacutem zdrojem zvyšujeme napětiacute Kontrolujeme proud ndash max 06 A
Teslametrem měřiacuteme magnetickou indukci uvnitř ciacutevky
6 Vysloviacuteme zaacutevěr - jak zaacutevisiacute magnetickaacute indukce B na velikosti elektrickeacute proudu I
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Ze znalosti počtu zaacutevitů deacutelky ciacutevky a proudu spočiacutetej magnetickou indukci 2 Změň ciacutevku a opakuj měřeniacute 3 Změř jak se měniacute magnetickaacute indukce po podeacutelneacute ose ciacutevky při daneacute hodnotě proudu
69
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = helliphellip A N= 332 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
b) I = helliphellip A N= 166 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
70
3 Zaacutevěr
Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = helliphelliphelliphellip mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je měřeniacutem B = helliphelliphelliphellip mT Tyto hodnoty helliphelliphelliphelliphellip s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Jejich rovnice jsou B = helliphelliphelliphellipmiddotI a B = helliphelliphellipmiddotI
71
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = 05807 A N = 332 z l = 15 cm
mTl
INB 615115058070133104 7
b) I = 061 A N = 166 z l = 15 cm mT
lINB 8480
150610166104 7
72
3 Zaacutevěr Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = 1734 mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je B= 0835 mT Tyto hodnoty souhlasiacute s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je přiacutemaacute uacuteměrnost Jejich rovnice jsou B = 2906middotI a B = 1445middotI
73
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
711 MAGNETICKEacute POLE ZEMĚ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Stejně i Země maacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Zemskeacute magnetickeacute pole v ČR maacute magnetickou indukci 0048 mT Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole Země Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA stojan laboratorniacute uacutehloměr
74
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 03 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve vodorovneacute rovině
otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum (N a S magnetickyacute poacutel) Z maximaacutelniacutech hodnot odečteme vodorovnou amplitudu magnetickeacute indukce B Země
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve svisleacute rovině (N-S směr) otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum Maximaacutelniacute hodnota je hodnotou magnetickeacute indukce B Země
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči sklon indukčniacute čaacutery magnetickeacuteho pole u naacutes v ČR vzhledem k povrchu země 2 Teslametr upevniacuteme do stojanu Pod teslametr položiacuteme uacutehloměr
75
3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev Uacutehel Jednotky deg
4 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Podle kompasu nastaviacuteme teslametr na sever 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 7 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0deg a stiskneme OK 8 Teslametr otočiacuteme o 10deg 9 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 10 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 10deg a stiskneme OK 11 Opakujeme body 8 9 a 10 pro 20deg 30deg 40deg hellip 360deg 12 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 13 Měřeniacute zopakujeme v horizontaacutelniacute rovině v bdquoN ndash Sldquo směru 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
76
77
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
78
79
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(t)
2 Zaacutevěr Velikost vektoru magnetickeacute indukce vychaacuteziacute přibližně B = 005 mT Tento vektor maacute vzhledem k vodorovneacutemu směru uacutehel sklonu 60deg
80
81
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
712 MAGNETICKEacute POLE MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT stojan laboratorniacute permanentniacute magnet
82
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně
přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k severniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně pohybujeme (asi 5 sekund) teslametrem kolmo k podeacutelneacute ose magnetu k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund) Uložiacuteme měřeniacute
83
6 Otevřeme novyacute soubor a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf
7 Zopakujeme měřeniacute pro magnet tvaru podkovy s teslametrem plusmn 140 mT
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev deacutelka
Jednotky cm 2 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Teslametr upevniacuteme do stojanu a postaviacuteme na okraj
magnetickeacuteho pole magnetu tvaru podkovy 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 5 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK 6 Teslametr posuneme o 1 cm 7 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 8 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 1 cm a stiskneme OK 9 Opakujeme body 7 8 a 9 pro 2cm 3 cm 4 cm hellip20 cm 10 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 11 Měřeniacute zopakujeme ve vertikaacutelniacute rovině magnetu (bdquoN ndash Sldquo) 12 Vysloviacuteme zaacutevěr
84
85
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
713 VLASTNOSTI FEROMAGNETICKYacuteCH
LAacuteTEK Fyzikaacutelniacute princip Budeme-li postupně zvětšovat proud I v ciacutevce s jaacutedrem z feromagnetickeacute laacutetky bude se postupně i magnetickaacute indukce B v jaacutedře zvětšovat
Relativniacute permeabilita μr feromagnetickyacutech laacutetek neniacute konstantniacute proto zaacutevislost B = f(I) neniacute lineaacuterniacute Grafem teacuteto zaacutevislosti je křivka ndash hystereacutezniacute smyčka
Hystereacutezniacute smyčka je důležitou charakteristikou feromagnetickyacutech laacutetek Podle tvaru křivky děliacuteme laacutetky na a) magneticky tvrdeacute - majiacute širokou hystereacutezniacute smyčku velkou hodnotu Br a jsou viacutece
odolnějšiacute vůči zmagnetovaacuteniacute (ocel s velkyacutem obsahem uhliacuteku hellip) Po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole zůstaacutevajiacute nadaacutele zmagnetovaacuteny a chovajiacute se jako permanentniacute magnet Jejich magnetickeacute pole lze zrušit pomociacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole opačneacute polarity (např do ciacutevky s jaacutedrem zavedeme proud opačneacuteho směru)
b) magneticky měkkeacute - materiaacutely s uacutezkou hystereacutezniacute smyčkou ktereacute se dajiacute snadno zmagnetovat (magnetofonoveacute paacutesky diskety hellip) Majiacute malou hodnotu Br což znamenaacute že po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole jejich vlastniacute magnetickeacute pole zanikaacute
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole ciacutevky s jaacutedrem v zaacutevislosti na velikosti proudu I Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT ampeacutermetr HCS-BTA stojan laboratorniacute ciacutevka 400 z různaacute jaacutedra regulovatelnyacute zdroj KXN 305D
86
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr plusmn140 mT ke vstupu CH1 LabQuestu Ke vstupu CH2 zapojiacuteme
ampeacutermetr HCS-BTA Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a připojiacuteme ho k USB PC 3 V programu LoggerPro v menu Data ndash Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme Naacutezev
magnetickaacute indukce Značka B Jednotka mT Rovnice Potential57 4 Na ose y zvoliacuteme magnetickaacute indukce a na ose x elektrickyacute proud 5 V menu Experiment ndash Sběr dat hellip zvoliacuteme bdquoNepřerušenyacute sběr datldquo Vzorkovaciacute
frekvence 10 vzorkůsekundu 6 Uvnitř ciacutevky je jaacutedro s feromagneticky měkkeacute oceli Vynulujeme senzor proudu a napětiacute
(teslametr plusmn140 mT) Teslametr přiložiacuteme těsně k jaacutedru (viz scheacutema) 7 Na regulovatelneacutem zdroji napětiacute zvětšujeme pomalu napětiacute až dosaacutehneme proud ciacutevkou
5 A Potom zase zmenšujeme napětiacute (proud) na bdquonululdquo Přepoacutelujeme poacutely zdroje pomociacute banaacutenků nebo dvojpoacutelovyacutem přepiacutenačem
87
8 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat v programu LoggerPro a opakujeme činnost v bodě 7 dvakraacutet Tiacutem se vykresliacute celaacute hystereacutezniacute smyčka Zastaviacuteme sběr dat tlačiacutetkem Stop v programu LoggerPro Uložiacuteme měřeniacute
9 Zopakujeme měřeniacute pro různaacute jaacutedra
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme různaacute jaacutedra z feromagneticky tvrdeacute oceli ndash např šroubovaacutek
2 Z grafu můžeme určit hodnotu zbytkoveacute magnetickeacute indukce Br 3 Proč je pro jaacutedra transformaacutetorů vyacutehodnějšiacute použiacutet feromagneticky měkkou ocel
88
89
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole 714 HALLŮV JEV
Fyzikaacutelniacute princip Hallův jev vznikaacute při průchodu proudu I tenkou polovodičovou destičkou (InSb InAs s odporem 001 až 20 Ohmů a tloušťky cca 01 mm jednaacute se o kompromis mezi maximem citlivost a mechanickeacute pevnosti) obdeacutelniacutekoveacuteho tvaru Při vloženiacute destičky do magnetickeacuteho pole skrze ni prochaacuteziacute indukčniacute tok a přeskupuje naacuteboje v destičce na jednu stranu Tak na bočniacutech stěnaacutech destičky vznikaacute napětiacute (tzv Hallovo napětiacute) ktereacute se daacute vypočiacutetat pomociacute vzorce UH = kIB kde k je konstanta (zahrnuje typ materiaacutelu a tloušťku destičky) I je stejnosměrnyacute proud a B je magnetickaacute indukce způsobenaacute magnetickyacutem polem
Ciacutel Pomociacute teslametru změřit jak zaacutevisiacute napětiacute UH na Hallově sondě na magnetickeacute indukci B magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA teslametr MG-BTA teslametr bdquoza paacuter korunldquo (viz doprovodnyacute text) permanentniacute magnet
90
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 a teslametr MG-BTA ke vstupu CH2
LabQuestu Na teslametru MG-BTA nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Voltmetr VP-BTA připojiacuteme k teslametru bdquoza paacuter korunldquo - je na něm zapojena Hallova sonda na napětiacute 3 V a protilehleacute vyacutevody z Hallovy sondy jsou vyvedeny pomociacute dvou vodičů Na nich budeme měřit UH pomociacute voltmetru VP-BTA LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 2 vzorkysekundu 4 Zapneme zdroj proudu na teslametru bdquoza paacuter korunldquo Vynulujeme oba senzory
Permanentniacute magnet přibliacutežiacuteme k teslametru MG-BTA a teslametru bdquoza paacuter korunldquo na vzdaacutelenost asi 2cm Digitaacutelniacute displej teslametru ukazuje hodnotu 5 mT (viz scheacutema)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem vzdalujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 1)
6 Pak otočiacuteme magnet o 180deg a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem přibližujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 2)
91
7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 8 Opakujeme měřeniacute pro různeacute Hallovy sondy
9 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash jakaacute je zaacutevislost UH na B jakaacute je citlivost
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kde se Hallova sonda použiacutevaacute 2 Jakyacute je rozsah teslametru MG-BTA a jakyacute teslametru bdquoza paacuter korunldquo 3 Zkus změřit magnetickou indukci magnetu bdquoparalelněldquo oběma teslametry U teslametru
bdquoza paacuter korunldquo vlož lineaacuterniacute funkci kteraacute přepočiacutetaacute UH na B
92
93
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
94
95
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr Z grafů je zřejmeacute že se jednaacute o přiacutemou uacuteměrnost Pro prvniacute (modryacute graf) Hallův senzor je rovnice přiacutemeacute uacuteměrnosti B=f(UH) = 333UH mT A pro druhyacute (červenyacute graf) Hallův senzor je rovnice B=f(UH) = 83UH mT
96
97
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
715 MAGNETICKYacute ZAacuteZNAM SIGNAacuteLŮ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickyacute zaacuteznam signaacutelů kteryacutem je uchovaacutevaacutena zvukovaacute či obrazovaacute informace nebo takeacute digitaacutelniacute informace zpracovanaacute počiacutetačem Magnetickyacute zaacuteznam je založen na trvaleacutem zmagnetovaacuteniacute vrstvy feromagnetika (např oxidu železa) naneseneacuteho na nosiči z plastickeacuteho materiaacutelu
Magnetickyacute zaacuteznam se uskutečňuje pomociacute zvlaacuteštniacuteho elektromagnetu ndash zaacuteznamoveacute hlavy
Ciacutel Proveacutest mazaacuteniacute magnetickyacute zaacuteznam sniacutemaacuteniacute a opětneacute mazaacuteniacute na nosič Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA permanentniacute magnet na mazaacuteniacute permanentniacute magnet na zaacuteznam svinovaciacute metr jako nosič zaznamenaneacuteho signaacutelu
98
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru MG-BTA
nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Deacutelka 10 s
Vzorkovaciacute frekvence 20 vzorkůsekunda 4 Nejdřiacuteve provedeme mazaacuteniacute na nosiči (svinovaciacute metr)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu (10 s) rovnoměrnyacutem
pohybem pomociacute teslametru provedeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů na nosiči
6 Provedeme zaacuteznam signaacutelů na nosiči (např čtyřikraacutet)
7 Zopakujeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů (jako v bodě 5) 8 Zopakujeme mazaacuteniacute a sniacutemaniacute (jako v bodě 4 a 5)
99
9 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej zaacuteznam různyacutem (S N) poacutelem permanentniacuteho magnetu Jak se změniacute průběh
signaacutelu 2 Vyzkoušej mazaacuteniacute a zaacuteznam na skutečnyacute nosič ndash paacutesek od videokazety 3 Vyzkoušej zaacuteznam na disketu
100
101
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
716 ELEKTROMAGNETICKAacute INDUKCE
Fyzikaacutelniacute princip Elektromagnetickaacute indukce je jev při ktereacutem vznikaacute elektrickeacute napětiacute ve vodiči změnou magnetickeacuteho pole v okoliacute vodiče (ciacutevky) Indukovaneacute napětiacute zaacutevisiacute na velikosti změny magnetickeacuteho pole i na rychlosti jeho změny
tU i
Indukovaneacute napětiacute maacute takovou polaritu že indukovanyacute proud vytvaacuteřiacute magnetickeacute pole s opačnyacutem směrem indukčniacutech čar než maacute magnetickeacute pole ktereacute indukci vyvolalo (Lenzův zaacutekon)
Ciacutel Změřit indukovaneacute napětiacute Ověřit na čem zaacutevisiacute Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA ciacutevka s jaacutedrem permanentniacute magnet
102
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu Roztočiacuteme permanentniacute magnet v těsneacutem okoliacute ciacutevky (jaacutedra)
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Opakujeme měřeniacute s rychlejšiacutem (pomalejšiacutem) otaacutečeniacutem magnetu 5 Vyměniacuteme magnet za bdquosilnějšiacuteldquo 6 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash na čem zaacutevisiacute indukovaneacute napětiacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkus ciacutevku s jinyacutem počtem zaacutevitů 2 Zkus pohybovat membraacutenou reproduktoru a měřit indukovaneacute napětiacute 3 Zkus napjatou strunu umiacutestit do magnetickeacuteho pole a na niacute měřit velikost indukovaneacuteho
napětiacute
103
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
717 DEMONSTRACE VOLNEacuteHO PAacuteDU MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Volnyacute paacuted je rovnoměrně zrychlenyacute pohyb volně padajiacuteciacuteho tělesa v bliacutezkosti země K měřeniacute pohybu volneacuteho paacutedu tělesa (magnetu) použijeme trubici z nevodiveacuteho materiaacutelu Na trubici jsou v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech navinuty ciacutevky ktereacute jsou navzaacutejem spojeneacute do seacuterie Spojeniacute ciacutevek připojiacuteme k voltmetru a zobraziacuteme časovyacute zaacuteznam napětiacute na jednotlivyacutech ciacutevkaacutech při pohybu magnetu trubiciacute vnitřkem jednotlivyacutech ciacutevek
Ciacutel Změřit časovyacute průběh indukovaneacuteho napětiacute při pohybu (volneacutem paacutedu) magnetu vnitřkem ciacutevek Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA neodymovyacute magnet (vaacuteleček) 2 m dlouhaacute PPR trubka 25x35 PN16 na ktereacute jsou navinuty ciacutevky (10 z) v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech
104
Scheacutema
105
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Sestaviacuteme obvod podle
scheacutema Voltmetr připojiacuteme ke koncům seacuterioveacuteho spojeniacute ciacutevek LabQuest připojiacuteme k PC přes USB
2 Zapneme LabQuest V programu Logger Pro v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 06 s Frekvence 1 000 vzorkůs Daacutele Trigger je rostouciacute přes 001 V
3 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat (měřeniacute) v programu Logger Pro Neodymovyacute magnet vložiacuteme do uacutestiacute PPR trubky a pustiacuteme
4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme časoveacute intervaly mezi jednotlivyacutemi průchody
magnetu Daacutele vypočiacutetaacuteme rychlosti v jednotlivyacutech intervalech Určiacuteme zrychleniacute mezi jednotlivyacutemi intervaly Přiacuteklad vyacutepočtu pro vyacuteše uvedeneacute měřeniacute
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyložte průběh zaacuteznamu z hlediska velikosti a polarity jednotlivyacutech napětiacute a jejich
umiacutestěniacute na ose času 2 Zopakuj měřeniacute s padajiacuteciacutem magnetem s opačnou orientaciacute poacutelů magnetu 3 Jak se změniacute časovyacute průběh při použitiacute delšiacuteho magnetu (viacutece vaacutelečků) 4 Zopakuj měřeniacute s tiacutem že konec trubky ucpeš gumovou zaacutetkou 5 Připoj k vyacutestupu signaacutelu z ciacutevek zesilovač a reproduktor a poslechem sleduj volnyacute paacuted
magnetu
106
107
Střiacutedavyacute proud 718 PŘECHODNYacute DĚJ Fyzikaacutelniacute princip Přechodnyacutem dějem v obvodu s kondenzaacutetorem nebo s ciacutevkou nazyacutevaacuteme skokovou změnu napětiacute a proudu na kondenzaacutetoru a ciacutevce Tuto změnu vyvolaacuteme sepnutiacutem nebo vypnutiacutem spiacutenače (přepiacutenače) Ciacutel Určit jak se měniacute napětiacute a proud v obvodu s kondenzaacutetorem a s ciacutevkou při přechodneacutem ději Pomůcky LabQuest ciacutevka 1 200 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr VP-BTA voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
a) b)
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr
DCP-BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema a)
108
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Zapojiacuteme obvod podle scheacutema b) 6 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 1 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 A Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a hned ho přepneme zpět
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zamysli se co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru (ciacutevky) ke zdroji
napětiacute a co se děje při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute k rezistoru Kde se to daacute využiacutet 2 Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Zkus to
vymyslet a potom ověř měřeniacutem
109
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
2 Doplňkoveacute otaacutezky a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k
rezistoru c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute
110
d) 4) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru
e) 5) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů f) 6) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
111
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 27 degC
Tlak 1008 hPa
Vlhkost 53
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
112
3 Doplňkoveacute otaacutezky
a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute dochaacuteziacute k jeho nabiacutejeniacute Na kondenzaacutetoru se akumuluje elektrickyacute naacuteboj (zvětšuje se jeho elektrickaacute energie) V okamžiku zapojeniacute bude obvodem prochaacutezet největšiacute elektrickyacute proud Nenabityacute kondenzaacutetor se zpočaacutetku chovaacute jako zkrat Čiacutem viacutece se však bude kondenzaacutetor nabiacutejet (bude v něm vzrůstat nahromaděnyacute naacuteboj) a poroste jeho napětiacute tiacutem menšiacute proud bude prochaacutezet obvodem
b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k rezistoru Po odpojeniacute obvodu od zdroje napětiacute se začiacutenaacute kondenzaacutetor vybiacutejet (chovaacute se jako zdroj) Elektrickaacute energie kterou kondenzaacutetor vybije se v rezistoru přeměniacute na teplo Teoreticky se kondenzaacutetor vybiacutejiacute nekonečně dlouhou dobu V okamžiku odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje napětiacute prochaacuteziacute obvodem velkyacute proud opačnyacutem směrem než při zapojeniacute ke zdroji napětiacute Napětiacute i proud postupně klesajiacute
c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute ciacutevky ke zdroji stejnosměrneacuteho napětiacute začne obvodem prochaacutezet proud kteryacute na ciacutevce způsobiacute indukovaacuteniacute napětiacute jež je uacuteměrneacute časoveacute změně magnetickeacuteho indukčniacuteho toku a s polaritou působiacuteciacute proti napětiacute zdroje Proud v obvodu se proto zvětšuje na svou maximaacutelniacute hodnotu jen postupně neboť čaacutest energie dodaacutevaneacute ze zdroje do obvodu se spotřebovaacutevaacute na vytvaacuteřeniacute magnetickeacuteho pole ciacutevky (indukovaneacute napětiacute na ciacutevce postupně klesaacute) Proud se ustaacuteliacute teprve v okamžiku kdy se časovaacute změna magnetickeacuteho indukčniacuteho toku bude rovna nule (to platiacute i pro indukovaneacute napětiacute na ciacutevce)
d) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru Po odpojeniacute ciacutevky od zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute se začne v ciacutevce indukovat napětiacute opačneacute polarity (může dosaacutehnout vyššiacutech hodnot než je napětiacute zdroje) než v předešleacute faacutezi ktereacute způsobiacute zpomaleniacute zaacuteniku magnetickeacuteho pole Směr toku proudu zůstaacutevaacute nezměněn Energie magnetickeacuteho pole ciacutevky se přeměniacute na rezistoru na teplo Proud i napětiacute tedy rychle ale postupně klesajiacute k nuloveacute hodnotě
e) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Kondenzaacutetor Čiacutem menšiacute odpor maacute rezistor tiacutem rychleji se kondenzaacutetor nabije a tiacutem rychleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor rychle vybije a vzniklyacute proud v obvodu rychle klesaacute Čiacutem většiacute odpor maacute rezistor tiacutem pomaleji se rezistor nabije a tiacutem pomaleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor vybije pomaleji a vzniklyacute proud v obvodu pozvolna klesaacute Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud Ciacutevka Čiacutem menšiacute odpor majiacute rezistory tiacutem pozvolněji klesaacute indukovaneacute napětiacute vznikleacute na ciacutevce při zapojeniacute ke zdroji Toteacutež platiacute pro elektrickyacute proud kteryacute se v tomto přiacutepadě ustaacuteliacute za delšiacute časovyacute okamžik Jinak je tomu v přiacutepadě že rezistory majiacute většiacute odpor Indukovaneacute napětiacute klesaacute rychleji a proud se v obvodu ustaacuteliacute na konstantniacute hodnotě za velmi kraacutetkou dobu Při odpojeniacute od zdroje klesajiacute proud a napětiacute v obou přiacutepadech přibližně stejně Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud
113
Kondenzaacutetor + rezistor 50 Ω + rezistor 200 ΩCiacutevka + rezistory 50 Ω + rezistory 200 Ω
114
f) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
Řada přechodnyacutech jevů je nežaacutedouciacute protože způsobiacute např kraacutetkodobeacute přetiacuteženiacute obvodu a tiacutem zkracujiacute životnost zařiacutezeniacute (zapnutiacute studeneacute žaacuterovky ndash naacuterazovyacute proud je až desetkraacutet většiacute než ustaacutelenyacute proud) Některeacute přechodneacute děje jsou však žaacutedouciacute a některeacute obvody jsou přiacutemo na využitiacute přechodnyacutech dějů založeny (generaacutetory klopneacute obvody) V elektronice existujiacute přechodneacute děje založeneacute na RC RL a RLC obvodech vzhledem k co možnaacute nejmenšiacutem použiacutevaacuteniacute ciacutevek majiacute největšiacute vyacuteznam při nabiacutejeniacute a vybiacutejeniacute kondenzaacutetory Obecně jsou v elektronice nejrozšiacuteřenějšiacute tepelneacute přechodneacute jevy V silnoproudeacute elektronice se měřiacute oteplovaciacute křivky elektrickyacutech strojů v počiacutetačoveacute technice se měřiacute otepleniacute hlavniacuteho procesoru měřeniacute teploty harddisku atd
115
Střiacutedavyacute proud 719 STŘIacuteDAVYacute PROUD S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem maacute časovyacute diagram napětiacute stejnou faacutezi (faacutezovyacute rozdiacutel je nulovyacute) jako časovyacute diagram proudu
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
116
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Um f Im T a (faacutezovyacute rozdiacutel) Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a u
5 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zakreslete faacutezorovyacute diagram 2 Určete z grafů velikost odporu rezistoru
117
Střiacutedavyacute proud 720 VYacuteKON STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem je okamžitaacute hodnota vyacutekonu p = ui = Ri2 = RIm
2sin2t
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem a zobrazit časovyacute diagram vyacutekonu Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
118
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Zvoliacuteme zaacuteložku tabulka V menu Tabulka zvoliacuteme Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec Naacutezev ndash
Vyacutekon Jednotka ndash W Tvar vyacuterazu XY Sloupec pro X ndash proud Sloupec pro Y ndash napětiacute
5 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Pm f Im T Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a p
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jakyacute je poměr frekvence okamžiteacute hodnoty vyacutekonu a okamžiteacute hodnoty proudu 2 Určete z grafu okamžiteacute hodnoty vyacutekonu středniacute hodnotu vyacutekonu P
119
Střiacutedavyacute proud 721 STŘIacuteDAVYacute PROUD S INDUKČNOSTIacute
Fyzikaacutelniacute princip
Induktance je veličina I
UX L Induktance XL je přiacutemo uacuteměrnaacute indukčnosti ciacutevky L a
frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute induktance indukčnost ciacutevky Ověřit že induktance na indukčnosti a frekvenci zaacutevisiacute přiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω voltmetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z a voltmetrem (ry) 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute
(Zesilovač)
120
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a indukčnosti Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z Vypočiacutetaacuteme induktanci XL Z induktance a frekvence vypočiacutetaacuteme indukčnost L
5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XL = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Miacutesto ciacutevky zapoj tlumivku (2times47 mH) a proveď stejneacute měřeniacute V čem se lišiacute zaacutevislost
XL = f(f) Proč se lišiacute
2 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na indukčnosti pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu
3 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty induktance pro vyššiacute frekvence 4 Zkus změřit přechodnyacute děj na indukčnosti
121
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900
1000 průměr
122
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr
2 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
123
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25degC
Tlak 1004 hPa
Vlhkost 53
3 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
RUL hellipstejnosměrnyacute obvod
IUL 22
ciacutevkyRZ fX L
2
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00364 01620 44510 (Rciacutevky) 00000 00000
100 09600 00096 00460 47917 17744 00028 200 09440 00094 00600 63559 45372 00036 300 09410 00094 00800 85016 72433 00038 400 09380 00094 00990 105544 95699 00038 500 09360 00094 01210 129274 121369 00039 600 09340 00093 01430 153105 146492 00039 700 09300 00093 01640 176344 170634 00039 800 09260 00093 01860 200864 195870 00039 900 09230 00092 02090 226436 222018 00039
1000 09160 00092 02290 250000 246006 00039 průměr 00037
124
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00367 00673 18338 (Rciacutevky) 00000 00000
100 63300 00633 15760 248973 248297 00395 200 59700 00597 26440 442881 442501 00352 300 55100 00551 35240 639564 639301 00339 400 49400 00494 43500 880567 880376 00350 500 42700 00427 50400 1180328 1180185 00376 600 34760 00348 56300 1619678 1619574 00430 700 26080 00261 61300 2350460 2350389 00534 800 15650 00157 65000 4153355 4153314 00826 900 07050 00071 66600 9446809 9446791 01671
1000 04850 00049 66800 13773196 13773184 02192 průměr 00747
4 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
Graf pro školniacute ciacutevku 400 zaacutevitů Ciacutevka neobsahuje jaacutedro induktance je teacuteměř přesně lineaacuterniacute funkciacute frekvence střiacutedaveacuteho napětiacute Konstantou uacuteměry je vyacuteraz 2πL kde L je indukčnost ciacutevky Indukčnost je teacutež konstantniacute Graf pro tlumivku 47 mH Induktance neniacute lineaacuterniacute funkciacute frekvence Přiacutečinou je jaacutedro na němž je namotaacuten vodivyacute draacutet ciacutevky Z toho důvodu nelze indukčnost ciacutevky L považovat za konstantniacute hodnotu
125
Střiacutedavyacute proud 722 STŘIacuteDAVYacute PROUD S KAPACITOU
Fyzikaacutelniacute princip
Kapacitance je veličina I
UX C Kapacitance XC je nepřiacutemo uacuteměrnaacute kapacitě
kondenzaacutetoru C a frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute kapacitance kapacitu kondenzaacutetoru Ověřit že kapacitance na kapacitě a frekvenci zaacutevisiacute nepřiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) rezistor 100 Ω voltmetr (y)
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetrem (ry)
126
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a kondenzaacutetoru Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme kapacitanci XC Z kapacitance a frekvence vypočiacutetaacuteme kapacitu C 5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XC = f(f) 8 Porovnej hodnotu kapacity vypočiacutetanou a jmenovitou
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru
2 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty kapacitance pro vyššiacute frekvence 3 Zkus změřit přechodnyacute děj na kondenzaacutetoru
127
Střiacutedavyacute proud 723 SLOŽENYacute OBVOD STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU
Fyzikaacutelniacute princip
Impedance je veličina I
UZ Při seacuterioveacutem spojeniacute prochaacuteziacute rezistorem ciacutevkou a
kondenzaacutetorem složenyacutem obvodem RLC stejnyacute proud i Ciacutel Určit pomociacute vyacutesledneacuteho napětiacute a proudu impedanci Z Určit jak zaacutevisiacute impedance Z na frekvenci f Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) voltmetr - multimetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetry
128
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a celkoveacute napětiacute Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z 5 Změniacuteme kmitočet na 400 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 800 Hz 1 200 Hz 10 000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti Z = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jak se měniacute impedance Z v zaacutevislosti na kmitočtu Zkus vysvětlit proč tomu tak je
2 Sestroj graf Z = f(f) podle vzorce 2
2 1
CLRZ
kde f (0 Hz 10 kHz)
R = 100 Ω C = 47 μF a L = 41 mH Porovnej grafy (naměřenyacute a teoretickyacute)
0000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
3 Kde se využiacutevaacute teacuteto zaacutevislosti Vysvětli Jak se změniacute tyto zaacutevislosti změniacuteme-li hodnotu kapacity nebo indukčnosti
4 Zkus změřit podobnou zaacutevislost Z = f(f) pro paralelniacute obvod RLC Pozor Vzhledem k maleacutemu vnitřniacutemu odporu ciacutevky L při niacutezkyacutech kmitočtech je potřeba zařadit k obvodu RLC seacuteriově rezistor 100 Ω
5 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute na rezistoru ciacutevce a kondenzaacutetoru a hodnotu proudu na rezistoru pomociacute druheacuteho LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute jednotlivyacutech napětiacute vzhledem k proudu
129
Střiacutedavyacute proud 724 USMĚRŇOVAČ Fyzikaacutelniacute princip V usměrňovači střiacutedaveacuteho proudu se využiacutevaacute zaacutekladniacute vlastnosti polovodičoveacute diody bdquopropustit proud pouze jedniacutem směremldquo K usměrněniacute se využiacutevaacute jednocestnyacute usměrňovač nebo dvoucestnyacute usměrňovač (Graetzovo zapojeniacute) K vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho zapojeniacute se použiacutevaacute kondenzaacutetor a tlumivka Ciacutel Určit průběh stejnosměrneacuteho pulzujiacuteciacuteho napětiacute po usměrněniacute jednocestnyacutem a dvoucestnyacutem usměrňovačem Daacutele pak určit průběh po vyhlazeniacute Pomůcky LabQuest ciacutevka 400 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF diody voltmetr VP-BTA multimetr zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute - transformaacutetor
Scheacutema
130
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Ke zdroji střiacutedaveacuteho napětiacute
(transformaacutetor ndash napětiacute maximaacutelně 6 V) připojiacuteme rezistor a k němu voltmetr (podle scheacutema) Multimetrem změřiacuteme efektivniacute hodnotu střiacutedaveacuteho napětiacute
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 004 s Frekvence 10 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V
3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Z grafu určiacuteme maximaacutelniacute
hodnotu (amplitudu) periodu a vypočiacutetaacuteme frekvenci Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 5 Zapojiacuteme jednocestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 6 Zapojiacuteme dvoucestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 7 Zapojiacuteme kondenzaacutetor a tlumivku a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty
131
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měniacuteme různeacute hodnoty kondenzaacutetorů a tlumivek 2 Proč v zapojeniacutech s diodou (diodami) dochaacuteziacute k poklesu napětiacute a jakou maacute tento pokles
velikost Čemu tato velikost odpoviacutedaacute 3 Popiš vliv kondenzaacutetoru a tlumivky na vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute Proč
se zapojujiacute paralelně (do seacuterie)
132
133
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
134
2 Tabulka Umax= Uef=
3 Zaacutevěr
135
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
2 Tabulka Umax= 45 V Uef= 32 V 3 Zaacutevěr Různeacute změny hodnot kondenzaacutetorů a tlumivek majiacute vliv na menšiacute nebo většiacute vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute V zapojeniacutech s diodami dochaacuteziacute k poklesu napětiacute přibližně 05 V a to z důvodu uacutebytku napětiacute na diodě (dvou diodaacutech u dvoucestneacuteho zapojeniacute) Kondenzaacutetor se při maximaacutelniacute hodnotě napětiacute nabiacutejiacute a při poklesu napětiacute vybiacutejiacute a dodaacutevaacute el energii v tomto okamžiku Tlumivka zapojenaacute v seacuterii braacuteniacute rychlyacutem změnaacutem napětiacute
136
137
Střiacutedavyacute proud v energetice
725 TROJFAacuteZOVAacute SOUSTAVA
Fyzikaacutelniacute princip Třiacutefaacutezoveacute napětiacute vznikaacute otaacutečeniacutem magnetu v soustavě třiacute ciacutevek (alternaacutetor) Maacuteme tedy tři zdroje střiacutedaveacuteho napětiacute ndash faacuteze Třiacutefaacutezovyacute rozvod lze využiacutet k zapojeniacute do hvězdy (a)) nebo k zapojeniacute do trojuacutehelniacuteku (b)) Faacutezoveacute napětiacute (u1 u2 u3) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 230 V) mezi středniacutem vodičem (N) a faacutezovyacutem vodičem (L1 L2 L3) Sdruženeacute napětiacute (u12 u13 u23) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 400 V) mezi libovolnyacutemi dvěma faacutezovyacutemi vodiči
Ciacutel Změřit časovyacute průběh napětiacute třiacute faacuteziacute v zapojeniacute do hvězdy Ověřit že součet napětiacute v každeacutem čase je nulovyacute Ověřit že poměr sdruženeacuteho a faacutezoveacuteho napětiacute je 173 times většiacute Pomůcky LabQuest zdroj třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute 3 rezistory 100 Ω 3 voltmetry VP-BTA
Scheacutema
138
Postup 1 Připojiacuteme 3 voltmetry VP-BTA ke vstupům CH1 CH2 a CH3 LabQuestu Zapojiacuteme
obvod podle scheacutema Na zdroji třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute nastaviacuteme hodnotu faacutezoveacuteho napětiacute do 5 V
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme v každeacutem časoveacutem okamžiku okamžiteacute hodnoty
napětiacute u1 u2 a u3 a provaacutediacuteme jejich součet ndash ověřujeme že součet je nulovyacute 6 Střiacutedavyacutem voltmetrem změřiacuteme sdruženeacute a faacutezoveacute napětiacute (efektivniacute hodnoty)
a vypočiacutetaacuteme jejich poměr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z grafu ndash časoveacuteho průběhu napětiacute urči o jakou čaacutest periody jsou posunuta napětiacute 2 Z grafu urči jakaacute je frekvence a perioda střiacutedavyacutech napětiacute 3 Jakyacute je poměr efektivniacute a maximaacutelniacute hodnoty faacutezoveacuteho střiacutedaveacuteho napětiacute ktereacute jsi
naměřil 4 Z grafu urči amplitudu sdruženeacuteho napětiacute a amplitudu faacutezoveacuteho napětiacute Jakyacute je jejich
poměr
139
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) =
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o helliphelliphellip periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = helliphelliphellip Hz Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = helliphelliphellip s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
140
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) =
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = V Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = helliphelliphellip
141
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = 0 V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = 410 V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) = 3 173
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o třetinu periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = 50 Hz
142
Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = 002 s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) = 2 14
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = 591 V
Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = 3 174
143
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
726 ELEKTROMAGNETICKYacute OSCILAacuteTOR
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacutem elektromagnetickyacutem oscilaacutetorem je obvod tvořenyacute ciacutevkou a kondenzaacutetorem - obvod LC nebo oscilačniacute obvod Kondenzaacutetor spojiacuteme se zdrojem stejnosměrneacuteho napětiacute 45 V (plochaacute baterie viz scheacutema) Přepiacutenačem připojiacuteme nabityacute kondenzaacutetorem k ciacutevce V obvodu vznikne elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Energie elektrickeacuteho pole kondenzaacutetoru se měniacute na energii magnetickeacuteho pole ciacutevky a naopak V oscilačniacutem obvodu nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute
Ciacutel Změřit napětiacute a proud v oscilačniacutem obvodu Ověřit elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute oscilačniacuteho obvodu je tlumeneacute Pomůcky LabQuest voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA kondenzaacutetor 2 200 microF ciacutevka s jaacutedrem 1 200 z přepiacutenač
Scheacutema
Postup 1 Voltmetr a ampeacutermetr zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Obvod zapojiacuteme podle scheacutema Přepiacutenač je v poloze bdquo1ldquo (kondenzaacutetor se nabiacutejiacute) 3 Zapneme LabQuest a připojiacuteme jej přes USB k PC
144
4 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Trvaacuteniacute 2 s Vzorkovaciacute frekvence 200 vzorkůsekundu Trigger zatrhneme Spuštěniacute triggeru když napětiacute je rostouciacute přes 005 V
5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme tlačiacutetko Sběr dat 6 Přepneme přepiacutenač do polohy bdquo2ldquo
7 Z grafu odečteme periodu kmitaacuteniacute Určiacuteme kmitočet 8 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změřiacuteme indukčnost L (multimetrem) a vypočiacutetaacuteme periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute
Porovnaacuteme s naměřenou hodnotou 2 Změň parametry součaacutestek (indukčnost kapacita) a zopakuj měřeniacute
145
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
T = helliphelliphellip s f = helliphelliphellip Hz 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
146
147
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
Naměřeneacute T = 0614 s f = 162 Hz Vypočiacutetaneacute L = 154 H C = 22 mF T= )(2 CL = 0366 s
3 Zaacutevěr V elektromagnetickeacutem oscilaacutetoru se přeměňuje elektrickaacute energie na energii magnetickeacuteho pole a naopak Nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Je zde patrnaacute analogie mezi ději mechanickyacutemi (kmitaacuteniacute) a elektromagnetickyacutemi
148
149
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
727 VLASTNOSTI ELEKTROMAGNETICKEacuteHO
VLNĚNIacute Fyzikaacutelniacute princip Magnetickeacute pole můžeme znaacutezornit pomociacute indukčniacutech čar
Elektrickeacute pole popisujeme elektrickyacutemi siločarami
Elektrickeacute a magnetickeacute pole spolu často souvisejiacute Mluviacuteme pak o elektromagnetickeacutem poli Elektromagnetickeacute vlny jsou přiacutečneacute a šiacuteřiacute se i ve vakuu Šiacuteřiacute se rychlostiacute světla Elektromagnetickyacutemi vlnami se přenaacutešejiacute signaacutely rozhlasu televize mobilniacutech telefonů atd I světlo je elektromagnetickeacute vlněniacute (zaacuteřeniacute)
Mezi frekvenciacute f vlnovou deacutelkou λ a rychlostiacute šiacuteřeniacute elektromagnetickeacuteho vlněniacute c (světla)
platiacute vzoreccf
Ciacutel Změřit vlnovou deacutelku elektromagnetickeacuteho vlněniacute Prokaacutezat polarizaci elektromagnetickeacute vlny
150
Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA bezdraacutetovyacute zvonek ndash tlačiacutetko pracujiacuteciacute na frekvenci 43392 MHz přijiacutemač s půlvlnnyacutem dipoacutelem (viz přiacutespěvek od Oldřicha Lepila)
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Pohybujeme rovnoměrnyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 1) 5 Z poloh maxim a minim určiacuteme vlnovou deacutelku 6 Uložiacuteme měřeniacute 7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Pohybujeme rovnoměrnyacutem otaacutečivyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 2) 9 Stejnou vlastnost můžeme ukaacutezat tak že mezi vysiacutelač a přijiacutemač vložiacuteme mřiacutežku kterou
otaacutečiacuteme v rovině kolmeacute ke směru šiacuteřeniacute vlněniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash vlnovaacute deacutelka a polarizace elektromagnetickeacuteho vlněniacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej jak zaacutevisiacute velikost naměřeneacuteho napětiacute na vzdaacutelenosti vysiacutelače od přijiacutemače 2 Pomociacute mřiacutežky nebo plechu vyzkoušej odraz vlněniacute (a interferenci)
6
Scheacutema
Postup 1 Měřič naacuteboje CRG-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 LabQuestu Plechovku položiacuteme
na polystyreacutenovou desku a připojiacuteme k niacute kladnou krokosvorku měřiče naacuteboje (stačiacute plechovku postavit na kovovou tyčinku připojenou ke krokosvorce) Zaacutepornou svorku spojiacuteme s uzemňovaciacute zdiacuteřkou zdroje vn Ke zdroji vn (ke kladneacute a zaacuteporneacute svorce 10 kV) připojiacuteme dvě kovovaacute tělesa s papiacuterky Zapneme zdroj vn (tělesa se nabiacutejejiacute) Na senzoru zvoliacuteme rozsah plusmn 100 nC
2 Zapneme LabQuest 3 Tlačiacutetkem na senzoru bdquovybijemeldquo naacuteboj (vynulujeme senzor) 4 Postupně nabiacutejiacuteme těleso (plechovku) kladně nebo zaacuteporně ndash dotykem ebonitoveacute nebo
skleněneacute tyče (třeniacutem nabiteacute) Sledujeme jak se měniacute naacuteboj Stejneacute můžeme provaacutedět pomociacute umělohmotneacute slaacutemky
7
5 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s Frekvence 2 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf
6 Tlačiacutetkem na senzoru bdquovybijemeldquo naacuteboj (vynulujeme senzor) 7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Pomociacute kuliček na izolovaneacutem držadle přenaacutešiacuteme nejdřiacuteve kladnyacute naacuteboj Sledujeme o
kolik vzroste Pak přenaacutešiacuteme zaacutepornyacute naacuteboj Sledujeme o kolik klesne kladnyacute naacuteboj (vzroste zaacutepornyacute naacuteboj) Zkoušiacuteme postupně pro tři průměry kuliček Porovnaacuteme vyacutesledky
9 Při dalšiacutem měřeniacute propojiacuteme nabiacutejeneacute těleso (plechovku) s kladně (při dalšiacutem postupu
zaacuteporně) nabityacutem tělesem pomociacute ebonitoveacute tyče skleněneacute tyče Sledujeme zda roste nebo klesaacute naacuteboj Proč neroste (neklesaacute)
10 Při dalšiacutem měřeniacute propojiacuteme nabiacutejeneacute těleso (plechovku) s kladně (při dalšiacutem postupu zaacuteporně) nabityacutem tělesem pomociacute dřevěneacute špejle průřezu 3times3 mm Sledujeme co se děje V dalšiacutem postupu zkracujeme deacutelku špejle Sledujeme jak se měniacute nabiacutejeniacute V dalšiacutem postupu použijeme špejli 9times9 mm Jak se změniacute vyacutesledek měřeniacute Proč je tomu tak
8
11 Vyhodnotiacuteme vyacutesledky měřeniacute Jak velkeacute jsou naacuteboje při pokusech (v coulombech
v elementaacuterniacutech naacutebojiacutech)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pouze přibližujeme a vzdalujeme nabitou tyč (ebonitovou nebo skleněnou) k tělesu
(plechovce) a sledujeme jak se měniacute naacuteboj O jakyacute jev se jednaacute Čiacutem je způsoben 2 Plechovku připojiacuteme ke zdroji kladneacuteho vn napětiacute (nabije se kladně) Měřič naacuteboje
připojiacuteme ke kovoveacute kuličce na izolovaneacutem držaacuteku Zapneme měřeniacute a přejiacuteždiacuteme plynule v okoliacute svisleacute stěny plechovky (nedotyacutekaacuteme se) přibližně ve stejneacute vzdaacutelenosti Sledujeme naměřeneacute hodnoty Co můžeme usoudit o rozloženiacute naacuteboje na povrchu plechovky
3 Zkus změřit siacutelu mezi dvěma nesouhlasně nabityacutemi tělesy Zkus naměřeneacute ověřit vyacutepočtem
9
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 71 Elektrickyacute naacuteboj Coulombův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf působeniacute elektrickyacutech sil po zapnutiacute zdroje vn
Velikost siacutely F = mN 2 Vyacutepočet
221
02
21
41
rQQ
rQQ
kFr
e
=
1441
41 63
221
0 ra
ra
rQQ
Fr
e =
3 Tabulka - Zaacutevěr
10
11
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 71 Elektrickyacute naacuteboj Coulombův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf působeniacute elektrickyacutech sil po zapnutiacute zdroje vn
Velikost siacutely F = 17 mN 2 Vyacutepočet
221
02
21
41
rQQ
rQQ
kFr
e
= mN816
060)1082(109 2
299
1441
41 63
221
0 ra
ra
rQQ
Fr
e = 166 mN
3 Zaacutevěr Naměřenaacute hodnota elektrickeacute siacutely se shoduje s vypočiacutetanou
12
13
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole
72 KAPACITA KONDENZAacuteTORU
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q= f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Určit kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute přechodneacuteho děje ndash vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod dle scheacutema a)
14
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V těsně před přepnutiacutem přepiacutenače 6 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q =C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
7 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 2 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 1 000 Ω)
15
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty
a) U = Q =
b) UQC
3 Zaacutevěr
16
17
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25 degC
Tlak 998 hPa
Vlhkost 53
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty U = 481 V Q = 0010036 C
UQC F002150
814010360
3 Zaacutevěr
Jmenovitaacute hodnota kapacity kondenzaacutetoru je 2 200microF Změřenaacute a vypočiacutetanaacute je 2 150 microF
18
19
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole 73 VYBIacuteJENIacute KONDENZAacuteTORŮ
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q = f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Změřit vybiacutejeciacute křivku kondenzaacutetoru Určit kapacitu kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 1 kΩ 2 ks kondenzaacutetory 2 200 μF voltmetr VP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry DVP-BTA ke vstupu CH1 a CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod
podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 30 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 1 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
20
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač podle scheacutema a po sekundě (odhadneme) přepneme přepiacutenač opačně
5 Měřeniacute uložiacuteme Opakujeme pro dva kondenzaacutetory zapojeneacute paralelně a do seacuterie 6 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V (začaacutetek měřeniacute) 7 Vytvořiacuteme novou vypočiacutetaacutevanou veličinu I = UR (R = 1 000 Ω) 8 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q = C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
9 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči rovnici funkce U = f (t) přiacutepadně I = f (t) 2 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 3 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 10 kΩ)
21
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
CeAU tB = helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
22
23
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
598100324 23750 ttB eCeAU (červenyacute graf) 3 Zaacutevěr
Napětiacute na kondenzaacutetoru při vybiacutejeniacute klesaacute podle exponenciaacutelniacute funkce
24
25
Elektrickyacute proud v kovech 74 OHMŮV ZAacuteKON
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon Pokud maacute kovovyacute vodič staacutelou teplotu je proud prochaacutezejiacuteciacute vodičem přiacutemo uacuteměrnyacute napětiacute mezi konci vodiče (r 1826 GSOhm) Grafem přiacutemeacute uacuteměrnostiacute je přiacutemka prochaacutezejiacuteciacute počaacutetkem Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky a rezistory 12 Ω 33 Ω a 100 Ω Pomůcky LabQuest rezistor 33 Ω a 100 Ω žaacuterovka 6 V03 A voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 60 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme napětiacute
Vlevo 0 Vpravo 6 V Na ose y zvoliacuteme Elektrickyacute proud a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 06 A V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
26
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Reostatem pomalu zvyšujeme napětiacute a proud Hodnota napětiacute nesmiacute překročit 5 V a
proudu 06 A Zobrazuje se tzv voltampeacuterovaacute charakteristika Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro rezistor 33 Ω a pro žaacuterovku
7 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Platiacute Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky 2 Porovnej voltampeacuteroveacute charakteristiky rezistorů s různyacutemi hodnotami odporů 3 Zkus vymyslet jak ověřiacuteš že Ohmův zaacutekon platiacute i pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky
27
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
a) pro žaacuterovku
b) pro vodič
28
2 Zaacutevěr
29
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
pro žaacuterovku a pro vodič (rezistor)
2 Zaacutevěr Pro žaacuterovku nevychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) protože se teplota wolframoveacuteho vlaacutekna měniacute a tiacutem i jeho odpor Pro rezistory (vodič) vychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) Sklon polopřiacutemky zaacutevisiacute na odporu vodiče ndash čiacutem je odpor většiacute tiacutem je sklon menšiacute
30
31
Elektrickyacute proud v kovech
75 OHMŮV ZAacuteKON PRO UZAVŘENYacute OBVOD
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Proud v uzavřeneacutem obvodu je roven podiacutelu elektromotorickeacuteho napětiacute Ue zdroje a celkoveacuteho odporu R + Ri kde Ri je vnitřniacute odpor zdroje
i
e
RRUI
Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat 100 Ω a 10 kΩ
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema
32
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Elektrickeacute napětiacute a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 V V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat - Ampeacutermetr Reostat 100 Ω a 10 kΩ nastaviacuteme na max hodnoty odporu
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Sepneme spiacutenač 5 Reostatem 10 kΩ pomalu (10 s) zvětšujeme proud (hodnota odporu na min) Jakmile
reostat 10 kΩ vytočiacuteme do krajniacute polohy (min) pokračujeme stejně reostatem 100 Ω do krajniacute polohy (min) Hodnota proudu nesmiacute překročit 06 A což při napětiacute 45 V zajistiacute rezistor 10 Ω Zobrazuje se tzv zatěžovaciacute charakteristika zdroje Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro různě stareacute plocheacute baterie
7 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku Napětiacute
Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute Určiacuteme koeficienty lineaacuterniacute funkce Opakujeme pro všechny grafy
8 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona pro uzavřenyacute obvod)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z koeficientů lineaacuterniacutech funkciacute určete napětiacute napraacutezdno U0 a zkratovyacute proud Ik Daacutele
určete vnitřniacute odpor Ri plocheacute baterie noveacute a stareacute 2 Vnitřniacute odpor plocheacute baterie se staacuteřiacutem zvětšuje Jak se to projevuje na zatěžovaciacute
charakteristice
33
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
1 Vyacutepočet a) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip
b) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip 2 Zaacutevěr
34
35
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
2 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
3 Vyacutepočet a) U = f(I)= -09126I+4925 U0=4925 V Ik=54 A Ri=09126 b) U = f(I)= -5011I+445 U0=445 V Ik=089 A Ri=5011 c) U = f(I)= -RiI+U0= -4244I+4132 U0=4132V Ik=097 A Ri=4244 4 Zaacutevěr Novaacute plochaacute baterie maacute většiacute svorkoveacute napětiacute na praacutezdno U0 většiacute zkratovyacute proud Ik a menšiacute vnitřniacute odpor Ri U staršiacute (reacute) plocheacute baterie je to naopak
36
37
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 76 TERMISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Termistor je polovodičovaacute součaacutestka jejiacutež odpor zaacutevisiacute na teplotě
Z teorie vyplyacutevaacute že zaacutevislost odporu termistoru na teplotě je daacutena vztahem
16273 tT eAeAR
(1) T hellip termodynamickaacute teplota R hellip odpor termistoru při daneacute teplotě T A hellip lineaacuterniacute koeficient β hellip index citlivosti materiaacutelu termistoru Pokud bychom chtěli využiacutevat termistor jako teploměr budeme potřebovat znaacutet inverzniacute funkci (2) tedy funkci vyjadřujiacuteciacute zaacutevislost teploty na odporu Tuto funkci ziacuteskaacuteme z rovnice (1) aplikovaacuteniacutem přirozeneacuteho logaritmu naacuteslednou uacutepravou a převedeniacutem do Celsiovy stupnice
15273ln
15273lnln
ARAR
t (2)
t hellip teplota ve degC R hellip odpor termistoru v Ω Ciacutel Změř zaacutevislost odporu termistoru na teplotě Z grafu urči konstanty A a β
38
Pomůcky LabQuest ohmmetr (musiacute byacutet nainstalovaacuten) teploměr TMP-BTA rychlovarnaacute konvice s horkou vodou termistory se jmenovitou hodnotou odporu 47 kΩ 10 kΩ 15 kΩ počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 V konvici si ohřejeme vodu 2 Teploměr TMP-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 2 a ohmmetr do konektoru CH 1
LabQuestu 3 K ohmmetru připojiacuteme termistor (10 kΩ) kteryacute zastrčiacuteme společně s teploměrem do
kaacutedinky 4 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 5 Zapneme LabQuest 6 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko
zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance) 7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s
Frekvence 1 čteniacutes 8 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a
na osu x Teplotu
39
9 Nalejeme horkou vodu z konvice do kaacutedinky s teploměrem a termistorem a zapneme Sběr dat v programu LoggerPro
10 Voda postupně chladne a počiacutetač vykresluje graf zaacutevislosti R = f(t) Ochlazovaacuteniacute můžeme pomalu urychlovat opatrnyacutem přileacutevaacuteniacutem studeneacute vody a současnyacutem miacutechaacuteniacutem Pro hlubšiacute ochlazeniacute můžeme použiacutet kousek ledu
11 Po skončeniacute měřeniacute (300 s) uložiacuteme toto měřeniacute do paměti ndash menu Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute a můžeme opakovat měřeniacute pro dalšiacute termistor Nebo při měřeniacute použiacutet současně dva ohmmetry (CH 2 a CH 3) a dva termistory
12 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash sestrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a β
2 V programu Logger Pro můžeme v menu Analyacuteza ndash Curve Fit zkusit proložit funkci kterou si vybereme ze seznamu A určiacuteme koeficienty A a β Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že zvolenaacute funkce bdquofungujeldquo
3 Zdůvodněte proč odpor termistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
40
41
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
3 Jakaacute je to funkce
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R )
Termistor
Termistor
Termistor
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
42
43
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
Termistory 15k 10k a 4k7 dosahujiacute jmenoviteacute hodnoty přibližně při 25 degC Termistory s většiacutem jmenovityacutem odporem majiacute při stejně velkeacute změně teploty většiacute změnu odporu Index citlivosti materiaacutelu je přibližně stejnyacute
3 Jakaacute je to funkce
Exponenciaacutelniacute klesajiacuteciacute 16273 tT eAeAR
44
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R ) Termistor 15000Ω 3285 02388 15273
3285
23880 teR 15273
23880lnln3285
R
t
Termistor 10000Ω 3592 005836 15273
3592
058360 teR 15273
058360lnln3592
R
t
Termistor 4700 Ω 3545 003204 15273
3545
032040 teR 15273
032040lnln3545
R
t
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
S rostouciacute teplotou se rychle zvětšuje hustota volnyacutech bdquovytřesenyacutechldquo elektronů z vazeb a tiacutem rezistivita rychle klesaacute
45
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 77 FOTOREZISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Fotorezistor (dřiacuteve označovaacuten jako fotoodpor) je pasivniacute elektrotechnickaacute součaacutestka bez PN přechodu jejiacutež elektrickyacute odpor R se snižuje se zvyšujiacuteciacutem se osvětleniacutem E resp elektrickaacute vodivost G se zvyšuje
Princip fotorezistoru je založen na vnitřniacutem fotoelektrickeacutem jevu světlo (foton) naraziacute do elektronu ve valenčniacute sfeacuteře a předaacute mu svoji energii tiacutem elektron ziacuteskaacute dostatek energie k překonaacuteniacute zakaacutezaneacuteho paacutesu a skočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho Tiacutem opustiacute svůj atom a pohybuje se jako volnyacute elektron prostorem krystaloveacute mřiacutežky Na jeho miacutestě vznikla diacutera Takto vznikleacute volneacute elektrony přispiacutevajiacute ke sniacuteženiacute elektrickeacuteho odporu R (zvyacutešeniacute elektrickeacute vodivosti G) Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost Funkce R = f(E) je funkce mocninnaacute R = AmiddotE-B Tuto funkci můžeme zlogaritmovat a převeacutest
na funkci lineaacuterniacute lnR= -BmiddotlnE + lnA nebo určit inverzniacute funkci BB RAE11
Inverzniacute
funkce může sloužit ke konstrukci luxmetru z fotorezistoru Ciacutel Změřit zaacutevislost odporu fotorezistoru na osvětleniacute Z grafu určit konstanty A a B
46
Pomůcky LabQuest 3 ohmmetry (ohmmetr musiacute byacutet nainstalovaacuten) luxmetr LS-BTA fotorezistory počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 Luxmetr LS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 Ohmmetry zapojiacuteme do konektorů
CH 2 CH 3 a CH4 LabQuestu 2 K ohmmetrům připojiacuteme fotorezistory 3 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 4 Zapneme LabQuest
47
5 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance)
6 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s Frekvence 1 čteniacutes
7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a na osu x Osvětleniacute
8 Těsně vedle fotorezistorů umiacutestiacuteme luxmetr 9 Budeme postupně viacutece a viacutece zakryacutevat papiacutery fotorezistory s luxmetrem Tiacutem dosaacutehneme
změnu osvětleniacute a odporu fotorezistorů Zastaviacuteme měřeniacute 10 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů 11 Provedeme analyacutezu grafů Určiacuteme konstanty mocninneacute funkce A a B Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash setrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a B
2 Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že určenaacute funkce bdquofungujeldquo 3 Zdůvodněte proč odpor fotorezistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
48
49
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy 3 Jakaacute je to funkce 4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute Fotorezistor středniacute Fotorezistor velkyacute
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E
50
51
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy Pro tři měřeneacute fotorezistory jsou průběhy funkciacute podobneacute U maleacuteho a středniacuteho fotorezistoru je pokles odporu R většiacute něž u velkeacuteho fotorezistoru při stejně velkeacute změně osvětleniacute E 3 Jakaacute je to funkce Funkce R=f(E) je funkce mocninnaacute R=AmiddotE-B Je to funkce klesajiacuteciacute
52
4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute 100100 07246 R=100100middotE-07246 381
11
7960821 RRAE BB
Fotorezistor středniacute 97030 08379 R=97030middotE-08379 1931
11
894688 RRAE BB
Fotorezistor velkyacute 30350 06885 R=30350middotE-06885 4521
11
3236193 RRAE BB
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem viacutece elektronů přeskočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho a tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost ndash zmenšuje se odpor R
53
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech
78 TRANZISTOR JAKO SPIacuteNAČ A ZESILOVAČ
Fyzikaacutelniacute princip Tranzistor je polovodičovaacute součaacutestka se dvěma přechody PN Středniacute čaacutest krystalu polovodiče je baacuteze B a přechody PN ji oddělujiacute od oblasti s opačnyacutem typem vodivosti kolektorem C a emitorem E Podle druhu vodivosti jednotlivyacutech čaacutestiacute označujeme tranzistory jako typy NPN a PNP
Zaacutekladniacute funkce tranzistoru Maleacute napětiacute v obvodu baacuteze vzbuzuje proud kteryacute je přiacutečinou mnohokraacutet většiacuteho proudu v obvodu kolektoroveacutem Tranzistor se použiacutevaacute jako bdquoelektronickyacute spiacutenačldquo a bdquozesilovačldquo
Ciacutel Ověřit činnost tranzistoroveacuteho spiacutenače a tranzistoroveacuteho zesilovače Pomůcky LabQuest dva voltmetry VP-BTA zapojeniacute tranzistoru jako spiacutenače a zesilovače (podle scheacutema) generaacutetor signaacutelu (může byacutet použit i druhyacute LabQuest se zesilovačem) baterie 45 V
54
Scheacutema
a) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquospiacutenačeldquo
b) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquozesilovačeldquo
55
Postup 1 Voltmetry zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquospiacutenačldquo podle scheacutema a) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1) a
UCE (U2) 3 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme trojuacutehelniacutekovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 5 V
4 Voltmetr U1 připojiacuteme mezi baacutezi a emitor (UBE) Voltmetr U2 připojiacuteme mezi kolektor a
emitor (UCE) 5 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 3 s Frekvence
10 000 čteniacutes 6 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
Tranzistor jako bdquospiacutenačldquo
7 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 8 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquozesilovačldquo podle scheacutema b) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1)
a UCE (U2) Potenciometrem P nastaviacuteme bdquopracovniacute bod tranzistoruldquo ndash UCE bude miacutet přibližně polovičniacute hodnotu napaacutejeciacuteho napětiacute (jestliže napětiacute zdroje je UB= 45 V rarr UCE= 225 V)
9 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme sinusovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 015 V 10 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 01 s Frekvence 10 000 čteniacutes
56
Tranzistor jako bdquozesilovačldquo
11 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 12 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 13 Určiacuteme jakyacute je poměr UCEUBE 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Při jakeacutem napětiacute UBE tranzistor bdquosepneldquo Jak dlouho probiacutehaacute bdquosepnutiacuteldquo (tranzistor jako
spiacutenač) 2 Zkus měnit kmitočet vstupniacuteho napětiacute zesilovače 3 Zkus měnit nastaveniacute pracovniacuteho bodu Jakyacute to maacute vliv na vyacutestupniacute signaacutel 4 Zkus měnit velikost střiacutedaveacuteho vstupniacuteho napětiacute Jakyacute to maacute vliv na tvar vyacutestupniacuteho
napětiacute 5 Urči zesilovaciacute činitel 6 Je vyacutestupniacute signaacutel bdquozkreslenyacuteldquo Co je přiacutečinou
57
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
58
59
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač
2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač
60
b) Tranzistor jako zesilovač
3 Zaacutevěr a)Tranzistor jako spiacutenač ndash z měřeniacute je patrneacute že se tranzistor otevře při překročeniacute napětiacute asi 07 V mezi baacuteziacute a editorem b)Tranzistor jako zesilovač ndash změřeniacute je patrneacute že tranzistor zesiluje napětiacute přibližně 23times Z měřeniacute je daacutele patrneacute že dochaacuteziacute ke zkresleniacute vstupniacuteho signaacutelu
61
Elektrickyacute proud v kapalinaacutech 79 ELEKTROLYacuteZA
Fyzikaacutelniacute princip Elektrolyacutezou nazyacutevaacuteme laacutetkoveacute změny vyvolaneacute při průchodu proudu elektrolytem na elektrodaacutech Faradayův zaacutekon Hmotnost m vyloučeneacute laacutetky je přiacutemo uacuteměrnaacute naacuteboji Q kteryacute prošel elektrolytem M = AQ = AmiddotImiddott Konstanta uacuteměrnosti A kteraacute je pro danou laacutetku charakteristickaacute se nazyacutevaacute elektrochemickyacute ekvivalent laacutetky Ciacutel Určit elektrochemickyacute ekvivalent mědi v roztoku siacuteranu měďnateacuteho CuSO4 Pomůcky LabQuest ampeacutermetr HCS-BTA žaacuterovka 24 V40 W naacutedoba s roztokem Cu2SO4 zdroj stejnosměrneacuteho napětiacute 24 V digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001
Scheacutema
62
Postup 1 Sestaviacuteme měřeniacute podle scheacutema Katodu připevniacuteme na stativ kteryacute stojiacute na digitaacutelniacutech
vahaacutech 2 Ampeacutermetr HCS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 LabQuestu a ten připojiacuteme přes
USB k PC 3 Digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001 připojiacuteme přes USB k PC 4 Zapneme LabQuest 5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 1 vzoreksekundu 6 Zapneme zdroj proudu 7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a nechaacuteme určitou dobu probiacutehat
měřeniacute
8 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 9 V grafu I = f (t) určiacuteme velikost naacuteboje Q kteryacute prošel obvodem pomociacute volby v menu
Analyacuteza - Integraacutel 10 Vypočiacutetaacuteme elektrochemickyacute ekvivalent mědi A (při elektrolyacuteze roztoku Cu2SO4)
zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pomociacute elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi spočiacutetejte Avogadrovu a Faradayovu
konstantu 2 Naměřeneacute hodnoty porovnejte s tabulkovyacutemi hodnotami 3 Zkus zopakovat měřeniacute s jinyacutem elektrolytem 4 Co může byacutet přiacutečinou naacuterůstu elektrickeacuteho proudu v průběhu měřeniacute (viz vyacuteše)
63
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu
3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
64
65
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu 0000002480
1210103 4
3 Zaacutevěr Elektrochemickyacute ekvivalent mědi měřeniacutem a vyacutepočtem vychaacuteziacute 0000000248 kgmiddotC-1 Tabulkovaacute hodnota elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi je A = 03310-6 kgC-1 Chyba měřeniacute je způsobenaacute nepřesnostiacute měřeniacute
66
67
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
710 MAGNETICKEacute POLE CIacuteVKY
Fyzikaacutelniacute princip
Magnetickaacute indukce uvnitř velmi dlouheacute ciacutevky maacute velikost l
INB kde I je velikost
proudu N je celkovyacute počet zaacutevitů a l je deacutelka ciacutevky
Ciacutel Ověřit zaacutevislost magnetickeacute indukce na velikosti proudu prochaacutezejiacuteciacuteho ciacutevkou Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω ampeacutermetr DCP-BTA teslametr MG-BTA ciacutevka 166 a 332 zaacutevitů regulovatelnyacute zdroj proudu a napětiacute BK 127
Scheacutema
68
Postup 1 Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme teslametr MG-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud
Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Magnetickou indukci a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 mT V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Regulovatelnyacutem zdrojem zvyšujeme napětiacute Kontrolujeme proud ndash max 06 A
Teslametrem měřiacuteme magnetickou indukci uvnitř ciacutevky
6 Vysloviacuteme zaacutevěr - jak zaacutevisiacute magnetickaacute indukce B na velikosti elektrickeacute proudu I
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Ze znalosti počtu zaacutevitů deacutelky ciacutevky a proudu spočiacutetej magnetickou indukci 2 Změň ciacutevku a opakuj měřeniacute 3 Změř jak se měniacute magnetickaacute indukce po podeacutelneacute ose ciacutevky při daneacute hodnotě proudu
69
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = helliphellip A N= 332 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
b) I = helliphellip A N= 166 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
70
3 Zaacutevěr
Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = helliphelliphelliphellip mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je měřeniacutem B = helliphelliphelliphellip mT Tyto hodnoty helliphelliphelliphelliphellip s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Jejich rovnice jsou B = helliphelliphelliphellipmiddotI a B = helliphelliphellipmiddotI
71
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = 05807 A N = 332 z l = 15 cm
mTl
INB 615115058070133104 7
b) I = 061 A N = 166 z l = 15 cm mT
lINB 8480
150610166104 7
72
3 Zaacutevěr Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = 1734 mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je B= 0835 mT Tyto hodnoty souhlasiacute s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je přiacutemaacute uacuteměrnost Jejich rovnice jsou B = 2906middotI a B = 1445middotI
73
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
711 MAGNETICKEacute POLE ZEMĚ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Stejně i Země maacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Zemskeacute magnetickeacute pole v ČR maacute magnetickou indukci 0048 mT Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole Země Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA stojan laboratorniacute uacutehloměr
74
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 03 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve vodorovneacute rovině
otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum (N a S magnetickyacute poacutel) Z maximaacutelniacutech hodnot odečteme vodorovnou amplitudu magnetickeacute indukce B Země
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve svisleacute rovině (N-S směr) otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum Maximaacutelniacute hodnota je hodnotou magnetickeacute indukce B Země
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči sklon indukčniacute čaacutery magnetickeacuteho pole u naacutes v ČR vzhledem k povrchu země 2 Teslametr upevniacuteme do stojanu Pod teslametr položiacuteme uacutehloměr
75
3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev Uacutehel Jednotky deg
4 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Podle kompasu nastaviacuteme teslametr na sever 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 7 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0deg a stiskneme OK 8 Teslametr otočiacuteme o 10deg 9 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 10 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 10deg a stiskneme OK 11 Opakujeme body 8 9 a 10 pro 20deg 30deg 40deg hellip 360deg 12 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 13 Měřeniacute zopakujeme v horizontaacutelniacute rovině v bdquoN ndash Sldquo směru 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
76
77
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
78
79
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(t)
2 Zaacutevěr Velikost vektoru magnetickeacute indukce vychaacuteziacute přibližně B = 005 mT Tento vektor maacute vzhledem k vodorovneacutemu směru uacutehel sklonu 60deg
80
81
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
712 MAGNETICKEacute POLE MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT stojan laboratorniacute permanentniacute magnet
82
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně
přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k severniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně pohybujeme (asi 5 sekund) teslametrem kolmo k podeacutelneacute ose magnetu k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund) Uložiacuteme měřeniacute
83
6 Otevřeme novyacute soubor a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf
7 Zopakujeme měřeniacute pro magnet tvaru podkovy s teslametrem plusmn 140 mT
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev deacutelka
Jednotky cm 2 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Teslametr upevniacuteme do stojanu a postaviacuteme na okraj
magnetickeacuteho pole magnetu tvaru podkovy 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 5 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK 6 Teslametr posuneme o 1 cm 7 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 8 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 1 cm a stiskneme OK 9 Opakujeme body 7 8 a 9 pro 2cm 3 cm 4 cm hellip20 cm 10 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 11 Měřeniacute zopakujeme ve vertikaacutelniacute rovině magnetu (bdquoN ndash Sldquo) 12 Vysloviacuteme zaacutevěr
84
85
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
713 VLASTNOSTI FEROMAGNETICKYacuteCH
LAacuteTEK Fyzikaacutelniacute princip Budeme-li postupně zvětšovat proud I v ciacutevce s jaacutedrem z feromagnetickeacute laacutetky bude se postupně i magnetickaacute indukce B v jaacutedře zvětšovat
Relativniacute permeabilita μr feromagnetickyacutech laacutetek neniacute konstantniacute proto zaacutevislost B = f(I) neniacute lineaacuterniacute Grafem teacuteto zaacutevislosti je křivka ndash hystereacutezniacute smyčka
Hystereacutezniacute smyčka je důležitou charakteristikou feromagnetickyacutech laacutetek Podle tvaru křivky děliacuteme laacutetky na a) magneticky tvrdeacute - majiacute širokou hystereacutezniacute smyčku velkou hodnotu Br a jsou viacutece
odolnějšiacute vůči zmagnetovaacuteniacute (ocel s velkyacutem obsahem uhliacuteku hellip) Po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole zůstaacutevajiacute nadaacutele zmagnetovaacuteny a chovajiacute se jako permanentniacute magnet Jejich magnetickeacute pole lze zrušit pomociacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole opačneacute polarity (např do ciacutevky s jaacutedrem zavedeme proud opačneacuteho směru)
b) magneticky měkkeacute - materiaacutely s uacutezkou hystereacutezniacute smyčkou ktereacute se dajiacute snadno zmagnetovat (magnetofonoveacute paacutesky diskety hellip) Majiacute malou hodnotu Br což znamenaacute že po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole jejich vlastniacute magnetickeacute pole zanikaacute
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole ciacutevky s jaacutedrem v zaacutevislosti na velikosti proudu I Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT ampeacutermetr HCS-BTA stojan laboratorniacute ciacutevka 400 z různaacute jaacutedra regulovatelnyacute zdroj KXN 305D
86
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr plusmn140 mT ke vstupu CH1 LabQuestu Ke vstupu CH2 zapojiacuteme
ampeacutermetr HCS-BTA Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a připojiacuteme ho k USB PC 3 V programu LoggerPro v menu Data ndash Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme Naacutezev
magnetickaacute indukce Značka B Jednotka mT Rovnice Potential57 4 Na ose y zvoliacuteme magnetickaacute indukce a na ose x elektrickyacute proud 5 V menu Experiment ndash Sběr dat hellip zvoliacuteme bdquoNepřerušenyacute sběr datldquo Vzorkovaciacute
frekvence 10 vzorkůsekundu 6 Uvnitř ciacutevky je jaacutedro s feromagneticky měkkeacute oceli Vynulujeme senzor proudu a napětiacute
(teslametr plusmn140 mT) Teslametr přiložiacuteme těsně k jaacutedru (viz scheacutema) 7 Na regulovatelneacutem zdroji napětiacute zvětšujeme pomalu napětiacute až dosaacutehneme proud ciacutevkou
5 A Potom zase zmenšujeme napětiacute (proud) na bdquonululdquo Přepoacutelujeme poacutely zdroje pomociacute banaacutenků nebo dvojpoacutelovyacutem přepiacutenačem
87
8 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat v programu LoggerPro a opakujeme činnost v bodě 7 dvakraacutet Tiacutem se vykresliacute celaacute hystereacutezniacute smyčka Zastaviacuteme sběr dat tlačiacutetkem Stop v programu LoggerPro Uložiacuteme měřeniacute
9 Zopakujeme měřeniacute pro různaacute jaacutedra
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme různaacute jaacutedra z feromagneticky tvrdeacute oceli ndash např šroubovaacutek
2 Z grafu můžeme určit hodnotu zbytkoveacute magnetickeacute indukce Br 3 Proč je pro jaacutedra transformaacutetorů vyacutehodnějšiacute použiacutet feromagneticky měkkou ocel
88
89
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole 714 HALLŮV JEV
Fyzikaacutelniacute princip Hallův jev vznikaacute při průchodu proudu I tenkou polovodičovou destičkou (InSb InAs s odporem 001 až 20 Ohmů a tloušťky cca 01 mm jednaacute se o kompromis mezi maximem citlivost a mechanickeacute pevnosti) obdeacutelniacutekoveacuteho tvaru Při vloženiacute destičky do magnetickeacuteho pole skrze ni prochaacuteziacute indukčniacute tok a přeskupuje naacuteboje v destičce na jednu stranu Tak na bočniacutech stěnaacutech destičky vznikaacute napětiacute (tzv Hallovo napětiacute) ktereacute se daacute vypočiacutetat pomociacute vzorce UH = kIB kde k je konstanta (zahrnuje typ materiaacutelu a tloušťku destičky) I je stejnosměrnyacute proud a B je magnetickaacute indukce způsobenaacute magnetickyacutem polem
Ciacutel Pomociacute teslametru změřit jak zaacutevisiacute napětiacute UH na Hallově sondě na magnetickeacute indukci B magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA teslametr MG-BTA teslametr bdquoza paacuter korunldquo (viz doprovodnyacute text) permanentniacute magnet
90
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 a teslametr MG-BTA ke vstupu CH2
LabQuestu Na teslametru MG-BTA nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Voltmetr VP-BTA připojiacuteme k teslametru bdquoza paacuter korunldquo - je na něm zapojena Hallova sonda na napětiacute 3 V a protilehleacute vyacutevody z Hallovy sondy jsou vyvedeny pomociacute dvou vodičů Na nich budeme měřit UH pomociacute voltmetru VP-BTA LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 2 vzorkysekundu 4 Zapneme zdroj proudu na teslametru bdquoza paacuter korunldquo Vynulujeme oba senzory
Permanentniacute magnet přibliacutežiacuteme k teslametru MG-BTA a teslametru bdquoza paacuter korunldquo na vzdaacutelenost asi 2cm Digitaacutelniacute displej teslametru ukazuje hodnotu 5 mT (viz scheacutema)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem vzdalujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 1)
6 Pak otočiacuteme magnet o 180deg a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem přibližujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 2)
91
7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 8 Opakujeme měřeniacute pro různeacute Hallovy sondy
9 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash jakaacute je zaacutevislost UH na B jakaacute je citlivost
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kde se Hallova sonda použiacutevaacute 2 Jakyacute je rozsah teslametru MG-BTA a jakyacute teslametru bdquoza paacuter korunldquo 3 Zkus změřit magnetickou indukci magnetu bdquoparalelněldquo oběma teslametry U teslametru
bdquoza paacuter korunldquo vlož lineaacuterniacute funkci kteraacute přepočiacutetaacute UH na B
92
93
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
94
95
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr Z grafů je zřejmeacute že se jednaacute o přiacutemou uacuteměrnost Pro prvniacute (modryacute graf) Hallův senzor je rovnice přiacutemeacute uacuteměrnosti B=f(UH) = 333UH mT A pro druhyacute (červenyacute graf) Hallův senzor je rovnice B=f(UH) = 83UH mT
96
97
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
715 MAGNETICKYacute ZAacuteZNAM SIGNAacuteLŮ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickyacute zaacuteznam signaacutelů kteryacutem je uchovaacutevaacutena zvukovaacute či obrazovaacute informace nebo takeacute digitaacutelniacute informace zpracovanaacute počiacutetačem Magnetickyacute zaacuteznam je založen na trvaleacutem zmagnetovaacuteniacute vrstvy feromagnetika (např oxidu železa) naneseneacuteho na nosiči z plastickeacuteho materiaacutelu
Magnetickyacute zaacuteznam se uskutečňuje pomociacute zvlaacuteštniacuteho elektromagnetu ndash zaacuteznamoveacute hlavy
Ciacutel Proveacutest mazaacuteniacute magnetickyacute zaacuteznam sniacutemaacuteniacute a opětneacute mazaacuteniacute na nosič Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA permanentniacute magnet na mazaacuteniacute permanentniacute magnet na zaacuteznam svinovaciacute metr jako nosič zaznamenaneacuteho signaacutelu
98
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru MG-BTA
nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Deacutelka 10 s
Vzorkovaciacute frekvence 20 vzorkůsekunda 4 Nejdřiacuteve provedeme mazaacuteniacute na nosiči (svinovaciacute metr)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu (10 s) rovnoměrnyacutem
pohybem pomociacute teslametru provedeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů na nosiči
6 Provedeme zaacuteznam signaacutelů na nosiči (např čtyřikraacutet)
7 Zopakujeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů (jako v bodě 5) 8 Zopakujeme mazaacuteniacute a sniacutemaniacute (jako v bodě 4 a 5)
99
9 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej zaacuteznam různyacutem (S N) poacutelem permanentniacuteho magnetu Jak se změniacute průběh
signaacutelu 2 Vyzkoušej mazaacuteniacute a zaacuteznam na skutečnyacute nosič ndash paacutesek od videokazety 3 Vyzkoušej zaacuteznam na disketu
100
101
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
716 ELEKTROMAGNETICKAacute INDUKCE
Fyzikaacutelniacute princip Elektromagnetickaacute indukce je jev při ktereacutem vznikaacute elektrickeacute napětiacute ve vodiči změnou magnetickeacuteho pole v okoliacute vodiče (ciacutevky) Indukovaneacute napětiacute zaacutevisiacute na velikosti změny magnetickeacuteho pole i na rychlosti jeho změny
tU i
Indukovaneacute napětiacute maacute takovou polaritu že indukovanyacute proud vytvaacuteřiacute magnetickeacute pole s opačnyacutem směrem indukčniacutech čar než maacute magnetickeacute pole ktereacute indukci vyvolalo (Lenzův zaacutekon)
Ciacutel Změřit indukovaneacute napětiacute Ověřit na čem zaacutevisiacute Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA ciacutevka s jaacutedrem permanentniacute magnet
102
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu Roztočiacuteme permanentniacute magnet v těsneacutem okoliacute ciacutevky (jaacutedra)
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Opakujeme měřeniacute s rychlejšiacutem (pomalejšiacutem) otaacutečeniacutem magnetu 5 Vyměniacuteme magnet za bdquosilnějšiacuteldquo 6 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash na čem zaacutevisiacute indukovaneacute napětiacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkus ciacutevku s jinyacutem počtem zaacutevitů 2 Zkus pohybovat membraacutenou reproduktoru a měřit indukovaneacute napětiacute 3 Zkus napjatou strunu umiacutestit do magnetickeacuteho pole a na niacute měřit velikost indukovaneacuteho
napětiacute
103
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
717 DEMONSTRACE VOLNEacuteHO PAacuteDU MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Volnyacute paacuted je rovnoměrně zrychlenyacute pohyb volně padajiacuteciacuteho tělesa v bliacutezkosti země K měřeniacute pohybu volneacuteho paacutedu tělesa (magnetu) použijeme trubici z nevodiveacuteho materiaacutelu Na trubici jsou v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech navinuty ciacutevky ktereacute jsou navzaacutejem spojeneacute do seacuterie Spojeniacute ciacutevek připojiacuteme k voltmetru a zobraziacuteme časovyacute zaacuteznam napětiacute na jednotlivyacutech ciacutevkaacutech při pohybu magnetu trubiciacute vnitřkem jednotlivyacutech ciacutevek
Ciacutel Změřit časovyacute průběh indukovaneacuteho napětiacute při pohybu (volneacutem paacutedu) magnetu vnitřkem ciacutevek Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA neodymovyacute magnet (vaacuteleček) 2 m dlouhaacute PPR trubka 25x35 PN16 na ktereacute jsou navinuty ciacutevky (10 z) v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech
104
Scheacutema
105
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Sestaviacuteme obvod podle
scheacutema Voltmetr připojiacuteme ke koncům seacuterioveacuteho spojeniacute ciacutevek LabQuest připojiacuteme k PC přes USB
2 Zapneme LabQuest V programu Logger Pro v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 06 s Frekvence 1 000 vzorkůs Daacutele Trigger je rostouciacute přes 001 V
3 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat (měřeniacute) v programu Logger Pro Neodymovyacute magnet vložiacuteme do uacutestiacute PPR trubky a pustiacuteme
4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme časoveacute intervaly mezi jednotlivyacutemi průchody
magnetu Daacutele vypočiacutetaacuteme rychlosti v jednotlivyacutech intervalech Určiacuteme zrychleniacute mezi jednotlivyacutemi intervaly Přiacuteklad vyacutepočtu pro vyacuteše uvedeneacute měřeniacute
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyložte průběh zaacuteznamu z hlediska velikosti a polarity jednotlivyacutech napětiacute a jejich
umiacutestěniacute na ose času 2 Zopakuj měřeniacute s padajiacuteciacutem magnetem s opačnou orientaciacute poacutelů magnetu 3 Jak se změniacute časovyacute průběh při použitiacute delšiacuteho magnetu (viacutece vaacutelečků) 4 Zopakuj měřeniacute s tiacutem že konec trubky ucpeš gumovou zaacutetkou 5 Připoj k vyacutestupu signaacutelu z ciacutevek zesilovač a reproduktor a poslechem sleduj volnyacute paacuted
magnetu
106
107
Střiacutedavyacute proud 718 PŘECHODNYacute DĚJ Fyzikaacutelniacute princip Přechodnyacutem dějem v obvodu s kondenzaacutetorem nebo s ciacutevkou nazyacutevaacuteme skokovou změnu napětiacute a proudu na kondenzaacutetoru a ciacutevce Tuto změnu vyvolaacuteme sepnutiacutem nebo vypnutiacutem spiacutenače (přepiacutenače) Ciacutel Určit jak se měniacute napětiacute a proud v obvodu s kondenzaacutetorem a s ciacutevkou při přechodneacutem ději Pomůcky LabQuest ciacutevka 1 200 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr VP-BTA voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
a) b)
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr
DCP-BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema a)
108
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Zapojiacuteme obvod podle scheacutema b) 6 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 1 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 A Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a hned ho přepneme zpět
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zamysli se co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru (ciacutevky) ke zdroji
napětiacute a co se děje při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute k rezistoru Kde se to daacute využiacutet 2 Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Zkus to
vymyslet a potom ověř měřeniacutem
109
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
2 Doplňkoveacute otaacutezky a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k
rezistoru c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute
110
d) 4) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru
e) 5) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů f) 6) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
111
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 27 degC
Tlak 1008 hPa
Vlhkost 53
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
112
3 Doplňkoveacute otaacutezky
a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute dochaacuteziacute k jeho nabiacutejeniacute Na kondenzaacutetoru se akumuluje elektrickyacute naacuteboj (zvětšuje se jeho elektrickaacute energie) V okamžiku zapojeniacute bude obvodem prochaacutezet největšiacute elektrickyacute proud Nenabityacute kondenzaacutetor se zpočaacutetku chovaacute jako zkrat Čiacutem viacutece se však bude kondenzaacutetor nabiacutejet (bude v něm vzrůstat nahromaděnyacute naacuteboj) a poroste jeho napětiacute tiacutem menšiacute proud bude prochaacutezet obvodem
b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k rezistoru Po odpojeniacute obvodu od zdroje napětiacute se začiacutenaacute kondenzaacutetor vybiacutejet (chovaacute se jako zdroj) Elektrickaacute energie kterou kondenzaacutetor vybije se v rezistoru přeměniacute na teplo Teoreticky se kondenzaacutetor vybiacutejiacute nekonečně dlouhou dobu V okamžiku odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje napětiacute prochaacuteziacute obvodem velkyacute proud opačnyacutem směrem než při zapojeniacute ke zdroji napětiacute Napětiacute i proud postupně klesajiacute
c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute ciacutevky ke zdroji stejnosměrneacuteho napětiacute začne obvodem prochaacutezet proud kteryacute na ciacutevce způsobiacute indukovaacuteniacute napětiacute jež je uacuteměrneacute časoveacute změně magnetickeacuteho indukčniacuteho toku a s polaritou působiacuteciacute proti napětiacute zdroje Proud v obvodu se proto zvětšuje na svou maximaacutelniacute hodnotu jen postupně neboť čaacutest energie dodaacutevaneacute ze zdroje do obvodu se spotřebovaacutevaacute na vytvaacuteřeniacute magnetickeacuteho pole ciacutevky (indukovaneacute napětiacute na ciacutevce postupně klesaacute) Proud se ustaacuteliacute teprve v okamžiku kdy se časovaacute změna magnetickeacuteho indukčniacuteho toku bude rovna nule (to platiacute i pro indukovaneacute napětiacute na ciacutevce)
d) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru Po odpojeniacute ciacutevky od zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute se začne v ciacutevce indukovat napětiacute opačneacute polarity (může dosaacutehnout vyššiacutech hodnot než je napětiacute zdroje) než v předešleacute faacutezi ktereacute způsobiacute zpomaleniacute zaacuteniku magnetickeacuteho pole Směr toku proudu zůstaacutevaacute nezměněn Energie magnetickeacuteho pole ciacutevky se přeměniacute na rezistoru na teplo Proud i napětiacute tedy rychle ale postupně klesajiacute k nuloveacute hodnotě
e) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Kondenzaacutetor Čiacutem menšiacute odpor maacute rezistor tiacutem rychleji se kondenzaacutetor nabije a tiacutem rychleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor rychle vybije a vzniklyacute proud v obvodu rychle klesaacute Čiacutem většiacute odpor maacute rezistor tiacutem pomaleji se rezistor nabije a tiacutem pomaleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor vybije pomaleji a vzniklyacute proud v obvodu pozvolna klesaacute Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud Ciacutevka Čiacutem menšiacute odpor majiacute rezistory tiacutem pozvolněji klesaacute indukovaneacute napětiacute vznikleacute na ciacutevce při zapojeniacute ke zdroji Toteacutež platiacute pro elektrickyacute proud kteryacute se v tomto přiacutepadě ustaacuteliacute za delšiacute časovyacute okamžik Jinak je tomu v přiacutepadě že rezistory majiacute většiacute odpor Indukovaneacute napětiacute klesaacute rychleji a proud se v obvodu ustaacuteliacute na konstantniacute hodnotě za velmi kraacutetkou dobu Při odpojeniacute od zdroje klesajiacute proud a napětiacute v obou přiacutepadech přibližně stejně Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud
113
Kondenzaacutetor + rezistor 50 Ω + rezistor 200 ΩCiacutevka + rezistory 50 Ω + rezistory 200 Ω
114
f) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
Řada přechodnyacutech jevů je nežaacutedouciacute protože způsobiacute např kraacutetkodobeacute přetiacuteženiacute obvodu a tiacutem zkracujiacute životnost zařiacutezeniacute (zapnutiacute studeneacute žaacuterovky ndash naacuterazovyacute proud je až desetkraacutet většiacute než ustaacutelenyacute proud) Některeacute přechodneacute děje jsou však žaacutedouciacute a některeacute obvody jsou přiacutemo na využitiacute přechodnyacutech dějů založeny (generaacutetory klopneacute obvody) V elektronice existujiacute přechodneacute děje založeneacute na RC RL a RLC obvodech vzhledem k co možnaacute nejmenšiacutem použiacutevaacuteniacute ciacutevek majiacute největšiacute vyacuteznam při nabiacutejeniacute a vybiacutejeniacute kondenzaacutetory Obecně jsou v elektronice nejrozšiacuteřenějšiacute tepelneacute přechodneacute jevy V silnoproudeacute elektronice se měřiacute oteplovaciacute křivky elektrickyacutech strojů v počiacutetačoveacute technice se měřiacute otepleniacute hlavniacuteho procesoru měřeniacute teploty harddisku atd
115
Střiacutedavyacute proud 719 STŘIacuteDAVYacute PROUD S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem maacute časovyacute diagram napětiacute stejnou faacutezi (faacutezovyacute rozdiacutel je nulovyacute) jako časovyacute diagram proudu
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
116
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Um f Im T a (faacutezovyacute rozdiacutel) Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a u
5 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zakreslete faacutezorovyacute diagram 2 Určete z grafů velikost odporu rezistoru
117
Střiacutedavyacute proud 720 VYacuteKON STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem je okamžitaacute hodnota vyacutekonu p = ui = Ri2 = RIm
2sin2t
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem a zobrazit časovyacute diagram vyacutekonu Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
118
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Zvoliacuteme zaacuteložku tabulka V menu Tabulka zvoliacuteme Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec Naacutezev ndash
Vyacutekon Jednotka ndash W Tvar vyacuterazu XY Sloupec pro X ndash proud Sloupec pro Y ndash napětiacute
5 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Pm f Im T Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a p
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jakyacute je poměr frekvence okamžiteacute hodnoty vyacutekonu a okamžiteacute hodnoty proudu 2 Určete z grafu okamžiteacute hodnoty vyacutekonu středniacute hodnotu vyacutekonu P
119
Střiacutedavyacute proud 721 STŘIacuteDAVYacute PROUD S INDUKČNOSTIacute
Fyzikaacutelniacute princip
Induktance je veličina I
UX L Induktance XL je přiacutemo uacuteměrnaacute indukčnosti ciacutevky L a
frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute induktance indukčnost ciacutevky Ověřit že induktance na indukčnosti a frekvenci zaacutevisiacute přiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω voltmetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z a voltmetrem (ry) 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute
(Zesilovač)
120
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a indukčnosti Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z Vypočiacutetaacuteme induktanci XL Z induktance a frekvence vypočiacutetaacuteme indukčnost L
5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XL = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Miacutesto ciacutevky zapoj tlumivku (2times47 mH) a proveď stejneacute měřeniacute V čem se lišiacute zaacutevislost
XL = f(f) Proč se lišiacute
2 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na indukčnosti pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu
3 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty induktance pro vyššiacute frekvence 4 Zkus změřit přechodnyacute děj na indukčnosti
121
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900
1000 průměr
122
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr
2 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
123
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25degC
Tlak 1004 hPa
Vlhkost 53
3 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
RUL hellipstejnosměrnyacute obvod
IUL 22
ciacutevkyRZ fX L
2
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00364 01620 44510 (Rciacutevky) 00000 00000
100 09600 00096 00460 47917 17744 00028 200 09440 00094 00600 63559 45372 00036 300 09410 00094 00800 85016 72433 00038 400 09380 00094 00990 105544 95699 00038 500 09360 00094 01210 129274 121369 00039 600 09340 00093 01430 153105 146492 00039 700 09300 00093 01640 176344 170634 00039 800 09260 00093 01860 200864 195870 00039 900 09230 00092 02090 226436 222018 00039
1000 09160 00092 02290 250000 246006 00039 průměr 00037
124
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00367 00673 18338 (Rciacutevky) 00000 00000
100 63300 00633 15760 248973 248297 00395 200 59700 00597 26440 442881 442501 00352 300 55100 00551 35240 639564 639301 00339 400 49400 00494 43500 880567 880376 00350 500 42700 00427 50400 1180328 1180185 00376 600 34760 00348 56300 1619678 1619574 00430 700 26080 00261 61300 2350460 2350389 00534 800 15650 00157 65000 4153355 4153314 00826 900 07050 00071 66600 9446809 9446791 01671
1000 04850 00049 66800 13773196 13773184 02192 průměr 00747
4 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
Graf pro školniacute ciacutevku 400 zaacutevitů Ciacutevka neobsahuje jaacutedro induktance je teacuteměř přesně lineaacuterniacute funkciacute frekvence střiacutedaveacuteho napětiacute Konstantou uacuteměry je vyacuteraz 2πL kde L je indukčnost ciacutevky Indukčnost je teacutež konstantniacute Graf pro tlumivku 47 mH Induktance neniacute lineaacuterniacute funkciacute frekvence Přiacutečinou je jaacutedro na němž je namotaacuten vodivyacute draacutet ciacutevky Z toho důvodu nelze indukčnost ciacutevky L považovat za konstantniacute hodnotu
125
Střiacutedavyacute proud 722 STŘIacuteDAVYacute PROUD S KAPACITOU
Fyzikaacutelniacute princip
Kapacitance je veličina I
UX C Kapacitance XC je nepřiacutemo uacuteměrnaacute kapacitě
kondenzaacutetoru C a frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute kapacitance kapacitu kondenzaacutetoru Ověřit že kapacitance na kapacitě a frekvenci zaacutevisiacute nepřiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) rezistor 100 Ω voltmetr (y)
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetrem (ry)
126
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a kondenzaacutetoru Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme kapacitanci XC Z kapacitance a frekvence vypočiacutetaacuteme kapacitu C 5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XC = f(f) 8 Porovnej hodnotu kapacity vypočiacutetanou a jmenovitou
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru
2 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty kapacitance pro vyššiacute frekvence 3 Zkus změřit přechodnyacute děj na kondenzaacutetoru
127
Střiacutedavyacute proud 723 SLOŽENYacute OBVOD STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU
Fyzikaacutelniacute princip
Impedance je veličina I
UZ Při seacuterioveacutem spojeniacute prochaacuteziacute rezistorem ciacutevkou a
kondenzaacutetorem složenyacutem obvodem RLC stejnyacute proud i Ciacutel Určit pomociacute vyacutesledneacuteho napětiacute a proudu impedanci Z Určit jak zaacutevisiacute impedance Z na frekvenci f Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) voltmetr - multimetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetry
128
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a celkoveacute napětiacute Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z 5 Změniacuteme kmitočet na 400 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 800 Hz 1 200 Hz 10 000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti Z = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jak se měniacute impedance Z v zaacutevislosti na kmitočtu Zkus vysvětlit proč tomu tak je
2 Sestroj graf Z = f(f) podle vzorce 2
2 1
CLRZ
kde f (0 Hz 10 kHz)
R = 100 Ω C = 47 μF a L = 41 mH Porovnej grafy (naměřenyacute a teoretickyacute)
0000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
3 Kde se využiacutevaacute teacuteto zaacutevislosti Vysvětli Jak se změniacute tyto zaacutevislosti změniacuteme-li hodnotu kapacity nebo indukčnosti
4 Zkus změřit podobnou zaacutevislost Z = f(f) pro paralelniacute obvod RLC Pozor Vzhledem k maleacutemu vnitřniacutemu odporu ciacutevky L při niacutezkyacutech kmitočtech je potřeba zařadit k obvodu RLC seacuteriově rezistor 100 Ω
5 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute na rezistoru ciacutevce a kondenzaacutetoru a hodnotu proudu na rezistoru pomociacute druheacuteho LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute jednotlivyacutech napětiacute vzhledem k proudu
129
Střiacutedavyacute proud 724 USMĚRŇOVAČ Fyzikaacutelniacute princip V usměrňovači střiacutedaveacuteho proudu se využiacutevaacute zaacutekladniacute vlastnosti polovodičoveacute diody bdquopropustit proud pouze jedniacutem směremldquo K usměrněniacute se využiacutevaacute jednocestnyacute usměrňovač nebo dvoucestnyacute usměrňovač (Graetzovo zapojeniacute) K vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho zapojeniacute se použiacutevaacute kondenzaacutetor a tlumivka Ciacutel Určit průběh stejnosměrneacuteho pulzujiacuteciacuteho napětiacute po usměrněniacute jednocestnyacutem a dvoucestnyacutem usměrňovačem Daacutele pak určit průběh po vyhlazeniacute Pomůcky LabQuest ciacutevka 400 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF diody voltmetr VP-BTA multimetr zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute - transformaacutetor
Scheacutema
130
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Ke zdroji střiacutedaveacuteho napětiacute
(transformaacutetor ndash napětiacute maximaacutelně 6 V) připojiacuteme rezistor a k němu voltmetr (podle scheacutema) Multimetrem změřiacuteme efektivniacute hodnotu střiacutedaveacuteho napětiacute
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 004 s Frekvence 10 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V
3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Z grafu určiacuteme maximaacutelniacute
hodnotu (amplitudu) periodu a vypočiacutetaacuteme frekvenci Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 5 Zapojiacuteme jednocestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 6 Zapojiacuteme dvoucestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 7 Zapojiacuteme kondenzaacutetor a tlumivku a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty
131
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měniacuteme různeacute hodnoty kondenzaacutetorů a tlumivek 2 Proč v zapojeniacutech s diodou (diodami) dochaacuteziacute k poklesu napětiacute a jakou maacute tento pokles
velikost Čemu tato velikost odpoviacutedaacute 3 Popiš vliv kondenzaacutetoru a tlumivky na vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute Proč
se zapojujiacute paralelně (do seacuterie)
132
133
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
134
2 Tabulka Umax= Uef=
3 Zaacutevěr
135
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
2 Tabulka Umax= 45 V Uef= 32 V 3 Zaacutevěr Různeacute změny hodnot kondenzaacutetorů a tlumivek majiacute vliv na menšiacute nebo většiacute vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute V zapojeniacutech s diodami dochaacuteziacute k poklesu napětiacute přibližně 05 V a to z důvodu uacutebytku napětiacute na diodě (dvou diodaacutech u dvoucestneacuteho zapojeniacute) Kondenzaacutetor se při maximaacutelniacute hodnotě napětiacute nabiacutejiacute a při poklesu napětiacute vybiacutejiacute a dodaacutevaacute el energii v tomto okamžiku Tlumivka zapojenaacute v seacuterii braacuteniacute rychlyacutem změnaacutem napětiacute
136
137
Střiacutedavyacute proud v energetice
725 TROJFAacuteZOVAacute SOUSTAVA
Fyzikaacutelniacute princip Třiacutefaacutezoveacute napětiacute vznikaacute otaacutečeniacutem magnetu v soustavě třiacute ciacutevek (alternaacutetor) Maacuteme tedy tři zdroje střiacutedaveacuteho napětiacute ndash faacuteze Třiacutefaacutezovyacute rozvod lze využiacutet k zapojeniacute do hvězdy (a)) nebo k zapojeniacute do trojuacutehelniacuteku (b)) Faacutezoveacute napětiacute (u1 u2 u3) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 230 V) mezi středniacutem vodičem (N) a faacutezovyacutem vodičem (L1 L2 L3) Sdruženeacute napětiacute (u12 u13 u23) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 400 V) mezi libovolnyacutemi dvěma faacutezovyacutemi vodiči
Ciacutel Změřit časovyacute průběh napětiacute třiacute faacuteziacute v zapojeniacute do hvězdy Ověřit že součet napětiacute v každeacutem čase je nulovyacute Ověřit že poměr sdruženeacuteho a faacutezoveacuteho napětiacute je 173 times většiacute Pomůcky LabQuest zdroj třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute 3 rezistory 100 Ω 3 voltmetry VP-BTA
Scheacutema
138
Postup 1 Připojiacuteme 3 voltmetry VP-BTA ke vstupům CH1 CH2 a CH3 LabQuestu Zapojiacuteme
obvod podle scheacutema Na zdroji třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute nastaviacuteme hodnotu faacutezoveacuteho napětiacute do 5 V
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme v každeacutem časoveacutem okamžiku okamžiteacute hodnoty
napětiacute u1 u2 a u3 a provaacutediacuteme jejich součet ndash ověřujeme že součet je nulovyacute 6 Střiacutedavyacutem voltmetrem změřiacuteme sdruženeacute a faacutezoveacute napětiacute (efektivniacute hodnoty)
a vypočiacutetaacuteme jejich poměr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z grafu ndash časoveacuteho průběhu napětiacute urči o jakou čaacutest periody jsou posunuta napětiacute 2 Z grafu urči jakaacute je frekvence a perioda střiacutedavyacutech napětiacute 3 Jakyacute je poměr efektivniacute a maximaacutelniacute hodnoty faacutezoveacuteho střiacutedaveacuteho napětiacute ktereacute jsi
naměřil 4 Z grafu urči amplitudu sdruženeacuteho napětiacute a amplitudu faacutezoveacuteho napětiacute Jakyacute je jejich
poměr
139
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) =
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o helliphelliphellip periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = helliphelliphellip Hz Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = helliphelliphellip s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
140
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) =
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = V Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = helliphelliphellip
141
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = 0 V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = 410 V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) = 3 173
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o třetinu periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = 50 Hz
142
Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = 002 s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) = 2 14
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = 591 V
Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = 3 174
143
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
726 ELEKTROMAGNETICKYacute OSCILAacuteTOR
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacutem elektromagnetickyacutem oscilaacutetorem je obvod tvořenyacute ciacutevkou a kondenzaacutetorem - obvod LC nebo oscilačniacute obvod Kondenzaacutetor spojiacuteme se zdrojem stejnosměrneacuteho napětiacute 45 V (plochaacute baterie viz scheacutema) Přepiacutenačem připojiacuteme nabityacute kondenzaacutetorem k ciacutevce V obvodu vznikne elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Energie elektrickeacuteho pole kondenzaacutetoru se měniacute na energii magnetickeacuteho pole ciacutevky a naopak V oscilačniacutem obvodu nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute
Ciacutel Změřit napětiacute a proud v oscilačniacutem obvodu Ověřit elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute oscilačniacuteho obvodu je tlumeneacute Pomůcky LabQuest voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA kondenzaacutetor 2 200 microF ciacutevka s jaacutedrem 1 200 z přepiacutenač
Scheacutema
Postup 1 Voltmetr a ampeacutermetr zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Obvod zapojiacuteme podle scheacutema Přepiacutenač je v poloze bdquo1ldquo (kondenzaacutetor se nabiacutejiacute) 3 Zapneme LabQuest a připojiacuteme jej přes USB k PC
144
4 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Trvaacuteniacute 2 s Vzorkovaciacute frekvence 200 vzorkůsekundu Trigger zatrhneme Spuštěniacute triggeru když napětiacute je rostouciacute přes 005 V
5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme tlačiacutetko Sběr dat 6 Přepneme přepiacutenač do polohy bdquo2ldquo
7 Z grafu odečteme periodu kmitaacuteniacute Určiacuteme kmitočet 8 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změřiacuteme indukčnost L (multimetrem) a vypočiacutetaacuteme periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute
Porovnaacuteme s naměřenou hodnotou 2 Změň parametry součaacutestek (indukčnost kapacita) a zopakuj měřeniacute
145
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
T = helliphelliphellip s f = helliphelliphellip Hz 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
146
147
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
Naměřeneacute T = 0614 s f = 162 Hz Vypočiacutetaneacute L = 154 H C = 22 mF T= )(2 CL = 0366 s
3 Zaacutevěr V elektromagnetickeacutem oscilaacutetoru se přeměňuje elektrickaacute energie na energii magnetickeacuteho pole a naopak Nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Je zde patrnaacute analogie mezi ději mechanickyacutemi (kmitaacuteniacute) a elektromagnetickyacutemi
148
149
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
727 VLASTNOSTI ELEKTROMAGNETICKEacuteHO
VLNĚNIacute Fyzikaacutelniacute princip Magnetickeacute pole můžeme znaacutezornit pomociacute indukčniacutech čar
Elektrickeacute pole popisujeme elektrickyacutemi siločarami
Elektrickeacute a magnetickeacute pole spolu často souvisejiacute Mluviacuteme pak o elektromagnetickeacutem poli Elektromagnetickeacute vlny jsou přiacutečneacute a šiacuteřiacute se i ve vakuu Šiacuteřiacute se rychlostiacute světla Elektromagnetickyacutemi vlnami se přenaacutešejiacute signaacutely rozhlasu televize mobilniacutech telefonů atd I světlo je elektromagnetickeacute vlněniacute (zaacuteřeniacute)
Mezi frekvenciacute f vlnovou deacutelkou λ a rychlostiacute šiacuteřeniacute elektromagnetickeacuteho vlněniacute c (světla)
platiacute vzoreccf
Ciacutel Změřit vlnovou deacutelku elektromagnetickeacuteho vlněniacute Prokaacutezat polarizaci elektromagnetickeacute vlny
150
Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA bezdraacutetovyacute zvonek ndash tlačiacutetko pracujiacuteciacute na frekvenci 43392 MHz přijiacutemač s půlvlnnyacutem dipoacutelem (viz přiacutespěvek od Oldřicha Lepila)
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Pohybujeme rovnoměrnyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 1) 5 Z poloh maxim a minim určiacuteme vlnovou deacutelku 6 Uložiacuteme měřeniacute 7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Pohybujeme rovnoměrnyacutem otaacutečivyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 2) 9 Stejnou vlastnost můžeme ukaacutezat tak že mezi vysiacutelač a přijiacutemač vložiacuteme mřiacutežku kterou
otaacutečiacuteme v rovině kolmeacute ke směru šiacuteřeniacute vlněniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash vlnovaacute deacutelka a polarizace elektromagnetickeacuteho vlněniacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej jak zaacutevisiacute velikost naměřeneacuteho napětiacute na vzdaacutelenosti vysiacutelače od přijiacutemače 2 Pomociacute mřiacutežky nebo plechu vyzkoušej odraz vlněniacute (a interferenci)
7
5 Nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 120 s Frekvence 2 čteniacutes Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf
6 Tlačiacutetkem na senzoru bdquovybijemeldquo naacuteboj (vynulujeme senzor) 7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Pomociacute kuliček na izolovaneacutem držadle přenaacutešiacuteme nejdřiacuteve kladnyacute naacuteboj Sledujeme o
kolik vzroste Pak přenaacutešiacuteme zaacutepornyacute naacuteboj Sledujeme o kolik klesne kladnyacute naacuteboj (vzroste zaacutepornyacute naacuteboj) Zkoušiacuteme postupně pro tři průměry kuliček Porovnaacuteme vyacutesledky
9 Při dalšiacutem měřeniacute propojiacuteme nabiacutejeneacute těleso (plechovku) s kladně (při dalšiacutem postupu
zaacuteporně) nabityacutem tělesem pomociacute ebonitoveacute tyče skleněneacute tyče Sledujeme zda roste nebo klesaacute naacuteboj Proč neroste (neklesaacute)
10 Při dalšiacutem měřeniacute propojiacuteme nabiacutejeneacute těleso (plechovku) s kladně (při dalšiacutem postupu zaacuteporně) nabityacutem tělesem pomociacute dřevěneacute špejle průřezu 3times3 mm Sledujeme co se děje V dalšiacutem postupu zkracujeme deacutelku špejle Sledujeme jak se měniacute nabiacutejeniacute V dalšiacutem postupu použijeme špejli 9times9 mm Jak se změniacute vyacutesledek měřeniacute Proč je tomu tak
8
11 Vyhodnotiacuteme vyacutesledky měřeniacute Jak velkeacute jsou naacuteboje při pokusech (v coulombech
v elementaacuterniacutech naacutebojiacutech)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pouze přibližujeme a vzdalujeme nabitou tyč (ebonitovou nebo skleněnou) k tělesu
(plechovce) a sledujeme jak se měniacute naacuteboj O jakyacute jev se jednaacute Čiacutem je způsoben 2 Plechovku připojiacuteme ke zdroji kladneacuteho vn napětiacute (nabije se kladně) Měřič naacuteboje
připojiacuteme ke kovoveacute kuličce na izolovaneacutem držaacuteku Zapneme měřeniacute a přejiacuteždiacuteme plynule v okoliacute svisleacute stěny plechovky (nedotyacutekaacuteme se) přibližně ve stejneacute vzdaacutelenosti Sledujeme naměřeneacute hodnoty Co můžeme usoudit o rozloženiacute naacuteboje na povrchu plechovky
3 Zkus změřit siacutelu mezi dvěma nesouhlasně nabityacutemi tělesy Zkus naměřeneacute ověřit vyacutepočtem
9
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 71 Elektrickyacute naacuteboj Coulombův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf působeniacute elektrickyacutech sil po zapnutiacute zdroje vn
Velikost siacutely F = mN 2 Vyacutepočet
221
02
21
41
rQQ
rQQ
kFr
e
=
1441
41 63
221
0 ra
ra
rQQ
Fr
e =
3 Tabulka - Zaacutevěr
10
11
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 71 Elektrickyacute naacuteboj Coulombův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf působeniacute elektrickyacutech sil po zapnutiacute zdroje vn
Velikost siacutely F = 17 mN 2 Vyacutepočet
221
02
21
41
rQQ
rQQ
kFr
e
= mN816
060)1082(109 2
299
1441
41 63
221
0 ra
ra
rQQ
Fr
e = 166 mN
3 Zaacutevěr Naměřenaacute hodnota elektrickeacute siacutely se shoduje s vypočiacutetanou
12
13
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole
72 KAPACITA KONDENZAacuteTORU
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q= f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Určit kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute přechodneacuteho děje ndash vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod dle scheacutema a)
14
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V těsně před přepnutiacutem přepiacutenače 6 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q =C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
7 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 2 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 1 000 Ω)
15
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty
a) U = Q =
b) UQC
3 Zaacutevěr
16
17
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25 degC
Tlak 998 hPa
Vlhkost 53
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty U = 481 V Q = 0010036 C
UQC F002150
814010360
3 Zaacutevěr
Jmenovitaacute hodnota kapacity kondenzaacutetoru je 2 200microF Změřenaacute a vypočiacutetanaacute je 2 150 microF
18
19
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole 73 VYBIacuteJENIacute KONDENZAacuteTORŮ
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q = f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Změřit vybiacutejeciacute křivku kondenzaacutetoru Určit kapacitu kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 1 kΩ 2 ks kondenzaacutetory 2 200 μF voltmetr VP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry DVP-BTA ke vstupu CH1 a CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod
podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 30 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 1 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
20
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač podle scheacutema a po sekundě (odhadneme) přepneme přepiacutenač opačně
5 Měřeniacute uložiacuteme Opakujeme pro dva kondenzaacutetory zapojeneacute paralelně a do seacuterie 6 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V (začaacutetek měřeniacute) 7 Vytvořiacuteme novou vypočiacutetaacutevanou veličinu I = UR (R = 1 000 Ω) 8 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q = C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
9 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči rovnici funkce U = f (t) přiacutepadně I = f (t) 2 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 3 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 10 kΩ)
21
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
CeAU tB = helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
22
23
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
598100324 23750 ttB eCeAU (červenyacute graf) 3 Zaacutevěr
Napětiacute na kondenzaacutetoru při vybiacutejeniacute klesaacute podle exponenciaacutelniacute funkce
24
25
Elektrickyacute proud v kovech 74 OHMŮV ZAacuteKON
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon Pokud maacute kovovyacute vodič staacutelou teplotu je proud prochaacutezejiacuteciacute vodičem přiacutemo uacuteměrnyacute napětiacute mezi konci vodiče (r 1826 GSOhm) Grafem přiacutemeacute uacuteměrnostiacute je přiacutemka prochaacutezejiacuteciacute počaacutetkem Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky a rezistory 12 Ω 33 Ω a 100 Ω Pomůcky LabQuest rezistor 33 Ω a 100 Ω žaacuterovka 6 V03 A voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 60 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme napětiacute
Vlevo 0 Vpravo 6 V Na ose y zvoliacuteme Elektrickyacute proud a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 06 A V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
26
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Reostatem pomalu zvyšujeme napětiacute a proud Hodnota napětiacute nesmiacute překročit 5 V a
proudu 06 A Zobrazuje se tzv voltampeacuterovaacute charakteristika Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro rezistor 33 Ω a pro žaacuterovku
7 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Platiacute Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky 2 Porovnej voltampeacuteroveacute charakteristiky rezistorů s různyacutemi hodnotami odporů 3 Zkus vymyslet jak ověřiacuteš že Ohmův zaacutekon platiacute i pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky
27
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
a) pro žaacuterovku
b) pro vodič
28
2 Zaacutevěr
29
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
pro žaacuterovku a pro vodič (rezistor)
2 Zaacutevěr Pro žaacuterovku nevychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) protože se teplota wolframoveacuteho vlaacutekna měniacute a tiacutem i jeho odpor Pro rezistory (vodič) vychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) Sklon polopřiacutemky zaacutevisiacute na odporu vodiče ndash čiacutem je odpor většiacute tiacutem je sklon menšiacute
30
31
Elektrickyacute proud v kovech
75 OHMŮV ZAacuteKON PRO UZAVŘENYacute OBVOD
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Proud v uzavřeneacutem obvodu je roven podiacutelu elektromotorickeacuteho napětiacute Ue zdroje a celkoveacuteho odporu R + Ri kde Ri je vnitřniacute odpor zdroje
i
e
RRUI
Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat 100 Ω a 10 kΩ
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema
32
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Elektrickeacute napětiacute a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 V V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat - Ampeacutermetr Reostat 100 Ω a 10 kΩ nastaviacuteme na max hodnoty odporu
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Sepneme spiacutenač 5 Reostatem 10 kΩ pomalu (10 s) zvětšujeme proud (hodnota odporu na min) Jakmile
reostat 10 kΩ vytočiacuteme do krajniacute polohy (min) pokračujeme stejně reostatem 100 Ω do krajniacute polohy (min) Hodnota proudu nesmiacute překročit 06 A což při napětiacute 45 V zajistiacute rezistor 10 Ω Zobrazuje se tzv zatěžovaciacute charakteristika zdroje Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro různě stareacute plocheacute baterie
7 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku Napětiacute
Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute Určiacuteme koeficienty lineaacuterniacute funkce Opakujeme pro všechny grafy
8 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona pro uzavřenyacute obvod)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z koeficientů lineaacuterniacutech funkciacute určete napětiacute napraacutezdno U0 a zkratovyacute proud Ik Daacutele
určete vnitřniacute odpor Ri plocheacute baterie noveacute a stareacute 2 Vnitřniacute odpor plocheacute baterie se staacuteřiacutem zvětšuje Jak se to projevuje na zatěžovaciacute
charakteristice
33
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
1 Vyacutepočet a) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip
b) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip 2 Zaacutevěr
34
35
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
2 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
3 Vyacutepočet a) U = f(I)= -09126I+4925 U0=4925 V Ik=54 A Ri=09126 b) U = f(I)= -5011I+445 U0=445 V Ik=089 A Ri=5011 c) U = f(I)= -RiI+U0= -4244I+4132 U0=4132V Ik=097 A Ri=4244 4 Zaacutevěr Novaacute plochaacute baterie maacute většiacute svorkoveacute napětiacute na praacutezdno U0 většiacute zkratovyacute proud Ik a menšiacute vnitřniacute odpor Ri U staršiacute (reacute) plocheacute baterie je to naopak
36
37
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 76 TERMISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Termistor je polovodičovaacute součaacutestka jejiacutež odpor zaacutevisiacute na teplotě
Z teorie vyplyacutevaacute že zaacutevislost odporu termistoru na teplotě je daacutena vztahem
16273 tT eAeAR
(1) T hellip termodynamickaacute teplota R hellip odpor termistoru při daneacute teplotě T A hellip lineaacuterniacute koeficient β hellip index citlivosti materiaacutelu termistoru Pokud bychom chtěli využiacutevat termistor jako teploměr budeme potřebovat znaacutet inverzniacute funkci (2) tedy funkci vyjadřujiacuteciacute zaacutevislost teploty na odporu Tuto funkci ziacuteskaacuteme z rovnice (1) aplikovaacuteniacutem přirozeneacuteho logaritmu naacuteslednou uacutepravou a převedeniacutem do Celsiovy stupnice
15273ln
15273lnln
ARAR
t (2)
t hellip teplota ve degC R hellip odpor termistoru v Ω Ciacutel Změř zaacutevislost odporu termistoru na teplotě Z grafu urči konstanty A a β
38
Pomůcky LabQuest ohmmetr (musiacute byacutet nainstalovaacuten) teploměr TMP-BTA rychlovarnaacute konvice s horkou vodou termistory se jmenovitou hodnotou odporu 47 kΩ 10 kΩ 15 kΩ počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 V konvici si ohřejeme vodu 2 Teploměr TMP-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 2 a ohmmetr do konektoru CH 1
LabQuestu 3 K ohmmetru připojiacuteme termistor (10 kΩ) kteryacute zastrčiacuteme společně s teploměrem do
kaacutedinky 4 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 5 Zapneme LabQuest 6 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko
zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance) 7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s
Frekvence 1 čteniacutes 8 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a
na osu x Teplotu
39
9 Nalejeme horkou vodu z konvice do kaacutedinky s teploměrem a termistorem a zapneme Sběr dat v programu LoggerPro
10 Voda postupně chladne a počiacutetač vykresluje graf zaacutevislosti R = f(t) Ochlazovaacuteniacute můžeme pomalu urychlovat opatrnyacutem přileacutevaacuteniacutem studeneacute vody a současnyacutem miacutechaacuteniacutem Pro hlubšiacute ochlazeniacute můžeme použiacutet kousek ledu
11 Po skončeniacute měřeniacute (300 s) uložiacuteme toto měřeniacute do paměti ndash menu Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute a můžeme opakovat měřeniacute pro dalšiacute termistor Nebo při měřeniacute použiacutet současně dva ohmmetry (CH 2 a CH 3) a dva termistory
12 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash sestrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a β
2 V programu Logger Pro můžeme v menu Analyacuteza ndash Curve Fit zkusit proložit funkci kterou si vybereme ze seznamu A určiacuteme koeficienty A a β Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že zvolenaacute funkce bdquofungujeldquo
3 Zdůvodněte proč odpor termistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
40
41
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
3 Jakaacute je to funkce
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R )
Termistor
Termistor
Termistor
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
42
43
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
Termistory 15k 10k a 4k7 dosahujiacute jmenoviteacute hodnoty přibližně při 25 degC Termistory s většiacutem jmenovityacutem odporem majiacute při stejně velkeacute změně teploty většiacute změnu odporu Index citlivosti materiaacutelu je přibližně stejnyacute
3 Jakaacute je to funkce
Exponenciaacutelniacute klesajiacuteciacute 16273 tT eAeAR
44
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R ) Termistor 15000Ω 3285 02388 15273
3285
23880 teR 15273
23880lnln3285
R
t
Termistor 10000Ω 3592 005836 15273
3592
058360 teR 15273
058360lnln3592
R
t
Termistor 4700 Ω 3545 003204 15273
3545
032040 teR 15273
032040lnln3545
R
t
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
S rostouciacute teplotou se rychle zvětšuje hustota volnyacutech bdquovytřesenyacutechldquo elektronů z vazeb a tiacutem rezistivita rychle klesaacute
45
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 77 FOTOREZISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Fotorezistor (dřiacuteve označovaacuten jako fotoodpor) je pasivniacute elektrotechnickaacute součaacutestka bez PN přechodu jejiacutež elektrickyacute odpor R se snižuje se zvyšujiacuteciacutem se osvětleniacutem E resp elektrickaacute vodivost G se zvyšuje
Princip fotorezistoru je založen na vnitřniacutem fotoelektrickeacutem jevu světlo (foton) naraziacute do elektronu ve valenčniacute sfeacuteře a předaacute mu svoji energii tiacutem elektron ziacuteskaacute dostatek energie k překonaacuteniacute zakaacutezaneacuteho paacutesu a skočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho Tiacutem opustiacute svůj atom a pohybuje se jako volnyacute elektron prostorem krystaloveacute mřiacutežky Na jeho miacutestě vznikla diacutera Takto vznikleacute volneacute elektrony přispiacutevajiacute ke sniacuteženiacute elektrickeacuteho odporu R (zvyacutešeniacute elektrickeacute vodivosti G) Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost Funkce R = f(E) je funkce mocninnaacute R = AmiddotE-B Tuto funkci můžeme zlogaritmovat a převeacutest
na funkci lineaacuterniacute lnR= -BmiddotlnE + lnA nebo určit inverzniacute funkci BB RAE11
Inverzniacute
funkce může sloužit ke konstrukci luxmetru z fotorezistoru Ciacutel Změřit zaacutevislost odporu fotorezistoru na osvětleniacute Z grafu určit konstanty A a B
46
Pomůcky LabQuest 3 ohmmetry (ohmmetr musiacute byacutet nainstalovaacuten) luxmetr LS-BTA fotorezistory počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 Luxmetr LS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 Ohmmetry zapojiacuteme do konektorů
CH 2 CH 3 a CH4 LabQuestu 2 K ohmmetrům připojiacuteme fotorezistory 3 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 4 Zapneme LabQuest
47
5 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance)
6 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s Frekvence 1 čteniacutes
7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a na osu x Osvětleniacute
8 Těsně vedle fotorezistorů umiacutestiacuteme luxmetr 9 Budeme postupně viacutece a viacutece zakryacutevat papiacutery fotorezistory s luxmetrem Tiacutem dosaacutehneme
změnu osvětleniacute a odporu fotorezistorů Zastaviacuteme měřeniacute 10 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů 11 Provedeme analyacutezu grafů Určiacuteme konstanty mocninneacute funkce A a B Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash setrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a B
2 Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že určenaacute funkce bdquofungujeldquo 3 Zdůvodněte proč odpor fotorezistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
48
49
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy 3 Jakaacute je to funkce 4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute Fotorezistor středniacute Fotorezistor velkyacute
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E
50
51
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy Pro tři měřeneacute fotorezistory jsou průběhy funkciacute podobneacute U maleacuteho a středniacuteho fotorezistoru je pokles odporu R většiacute něž u velkeacuteho fotorezistoru při stejně velkeacute změně osvětleniacute E 3 Jakaacute je to funkce Funkce R=f(E) je funkce mocninnaacute R=AmiddotE-B Je to funkce klesajiacuteciacute
52
4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute 100100 07246 R=100100middotE-07246 381
11
7960821 RRAE BB
Fotorezistor středniacute 97030 08379 R=97030middotE-08379 1931
11
894688 RRAE BB
Fotorezistor velkyacute 30350 06885 R=30350middotE-06885 4521
11
3236193 RRAE BB
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem viacutece elektronů přeskočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho a tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost ndash zmenšuje se odpor R
53
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech
78 TRANZISTOR JAKO SPIacuteNAČ A ZESILOVAČ
Fyzikaacutelniacute princip Tranzistor je polovodičovaacute součaacutestka se dvěma přechody PN Středniacute čaacutest krystalu polovodiče je baacuteze B a přechody PN ji oddělujiacute od oblasti s opačnyacutem typem vodivosti kolektorem C a emitorem E Podle druhu vodivosti jednotlivyacutech čaacutestiacute označujeme tranzistory jako typy NPN a PNP
Zaacutekladniacute funkce tranzistoru Maleacute napětiacute v obvodu baacuteze vzbuzuje proud kteryacute je přiacutečinou mnohokraacutet většiacuteho proudu v obvodu kolektoroveacutem Tranzistor se použiacutevaacute jako bdquoelektronickyacute spiacutenačldquo a bdquozesilovačldquo
Ciacutel Ověřit činnost tranzistoroveacuteho spiacutenače a tranzistoroveacuteho zesilovače Pomůcky LabQuest dva voltmetry VP-BTA zapojeniacute tranzistoru jako spiacutenače a zesilovače (podle scheacutema) generaacutetor signaacutelu (může byacutet použit i druhyacute LabQuest se zesilovačem) baterie 45 V
54
Scheacutema
a) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquospiacutenačeldquo
b) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquozesilovačeldquo
55
Postup 1 Voltmetry zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquospiacutenačldquo podle scheacutema a) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1) a
UCE (U2) 3 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme trojuacutehelniacutekovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 5 V
4 Voltmetr U1 připojiacuteme mezi baacutezi a emitor (UBE) Voltmetr U2 připojiacuteme mezi kolektor a
emitor (UCE) 5 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 3 s Frekvence
10 000 čteniacutes 6 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
Tranzistor jako bdquospiacutenačldquo
7 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 8 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquozesilovačldquo podle scheacutema b) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1)
a UCE (U2) Potenciometrem P nastaviacuteme bdquopracovniacute bod tranzistoruldquo ndash UCE bude miacutet přibližně polovičniacute hodnotu napaacutejeciacuteho napětiacute (jestliže napětiacute zdroje je UB= 45 V rarr UCE= 225 V)
9 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme sinusovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 015 V 10 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 01 s Frekvence 10 000 čteniacutes
56
Tranzistor jako bdquozesilovačldquo
11 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 12 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 13 Určiacuteme jakyacute je poměr UCEUBE 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Při jakeacutem napětiacute UBE tranzistor bdquosepneldquo Jak dlouho probiacutehaacute bdquosepnutiacuteldquo (tranzistor jako
spiacutenač) 2 Zkus měnit kmitočet vstupniacuteho napětiacute zesilovače 3 Zkus měnit nastaveniacute pracovniacuteho bodu Jakyacute to maacute vliv na vyacutestupniacute signaacutel 4 Zkus měnit velikost střiacutedaveacuteho vstupniacuteho napětiacute Jakyacute to maacute vliv na tvar vyacutestupniacuteho
napětiacute 5 Urči zesilovaciacute činitel 6 Je vyacutestupniacute signaacutel bdquozkreslenyacuteldquo Co je přiacutečinou
57
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
58
59
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač
2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač
60
b) Tranzistor jako zesilovač
3 Zaacutevěr a)Tranzistor jako spiacutenač ndash z měřeniacute je patrneacute že se tranzistor otevře při překročeniacute napětiacute asi 07 V mezi baacuteziacute a editorem b)Tranzistor jako zesilovač ndash změřeniacute je patrneacute že tranzistor zesiluje napětiacute přibližně 23times Z měřeniacute je daacutele patrneacute že dochaacuteziacute ke zkresleniacute vstupniacuteho signaacutelu
61
Elektrickyacute proud v kapalinaacutech 79 ELEKTROLYacuteZA
Fyzikaacutelniacute princip Elektrolyacutezou nazyacutevaacuteme laacutetkoveacute změny vyvolaneacute při průchodu proudu elektrolytem na elektrodaacutech Faradayův zaacutekon Hmotnost m vyloučeneacute laacutetky je přiacutemo uacuteměrnaacute naacuteboji Q kteryacute prošel elektrolytem M = AQ = AmiddotImiddott Konstanta uacuteměrnosti A kteraacute je pro danou laacutetku charakteristickaacute se nazyacutevaacute elektrochemickyacute ekvivalent laacutetky Ciacutel Určit elektrochemickyacute ekvivalent mědi v roztoku siacuteranu měďnateacuteho CuSO4 Pomůcky LabQuest ampeacutermetr HCS-BTA žaacuterovka 24 V40 W naacutedoba s roztokem Cu2SO4 zdroj stejnosměrneacuteho napětiacute 24 V digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001
Scheacutema
62
Postup 1 Sestaviacuteme měřeniacute podle scheacutema Katodu připevniacuteme na stativ kteryacute stojiacute na digitaacutelniacutech
vahaacutech 2 Ampeacutermetr HCS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 LabQuestu a ten připojiacuteme přes
USB k PC 3 Digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001 připojiacuteme přes USB k PC 4 Zapneme LabQuest 5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 1 vzoreksekundu 6 Zapneme zdroj proudu 7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a nechaacuteme určitou dobu probiacutehat
měřeniacute
8 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 9 V grafu I = f (t) určiacuteme velikost naacuteboje Q kteryacute prošel obvodem pomociacute volby v menu
Analyacuteza - Integraacutel 10 Vypočiacutetaacuteme elektrochemickyacute ekvivalent mědi A (při elektrolyacuteze roztoku Cu2SO4)
zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pomociacute elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi spočiacutetejte Avogadrovu a Faradayovu
konstantu 2 Naměřeneacute hodnoty porovnejte s tabulkovyacutemi hodnotami 3 Zkus zopakovat měřeniacute s jinyacutem elektrolytem 4 Co může byacutet přiacutečinou naacuterůstu elektrickeacuteho proudu v průběhu měřeniacute (viz vyacuteše)
63
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu
3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
64
65
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu 0000002480
1210103 4
3 Zaacutevěr Elektrochemickyacute ekvivalent mědi měřeniacutem a vyacutepočtem vychaacuteziacute 0000000248 kgmiddotC-1 Tabulkovaacute hodnota elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi je A = 03310-6 kgC-1 Chyba měřeniacute je způsobenaacute nepřesnostiacute měřeniacute
66
67
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
710 MAGNETICKEacute POLE CIacuteVKY
Fyzikaacutelniacute princip
Magnetickaacute indukce uvnitř velmi dlouheacute ciacutevky maacute velikost l
INB kde I je velikost
proudu N je celkovyacute počet zaacutevitů a l je deacutelka ciacutevky
Ciacutel Ověřit zaacutevislost magnetickeacute indukce na velikosti proudu prochaacutezejiacuteciacuteho ciacutevkou Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω ampeacutermetr DCP-BTA teslametr MG-BTA ciacutevka 166 a 332 zaacutevitů regulovatelnyacute zdroj proudu a napětiacute BK 127
Scheacutema
68
Postup 1 Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme teslametr MG-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud
Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Magnetickou indukci a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 mT V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Regulovatelnyacutem zdrojem zvyšujeme napětiacute Kontrolujeme proud ndash max 06 A
Teslametrem měřiacuteme magnetickou indukci uvnitř ciacutevky
6 Vysloviacuteme zaacutevěr - jak zaacutevisiacute magnetickaacute indukce B na velikosti elektrickeacute proudu I
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Ze znalosti počtu zaacutevitů deacutelky ciacutevky a proudu spočiacutetej magnetickou indukci 2 Změň ciacutevku a opakuj měřeniacute 3 Změř jak se měniacute magnetickaacute indukce po podeacutelneacute ose ciacutevky při daneacute hodnotě proudu
69
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = helliphellip A N= 332 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
b) I = helliphellip A N= 166 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
70
3 Zaacutevěr
Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = helliphelliphelliphellip mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je měřeniacutem B = helliphelliphelliphellip mT Tyto hodnoty helliphelliphelliphelliphellip s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Jejich rovnice jsou B = helliphelliphelliphellipmiddotI a B = helliphelliphellipmiddotI
71
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = 05807 A N = 332 z l = 15 cm
mTl
INB 615115058070133104 7
b) I = 061 A N = 166 z l = 15 cm mT
lINB 8480
150610166104 7
72
3 Zaacutevěr Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = 1734 mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je B= 0835 mT Tyto hodnoty souhlasiacute s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je přiacutemaacute uacuteměrnost Jejich rovnice jsou B = 2906middotI a B = 1445middotI
73
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
711 MAGNETICKEacute POLE ZEMĚ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Stejně i Země maacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Zemskeacute magnetickeacute pole v ČR maacute magnetickou indukci 0048 mT Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole Země Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA stojan laboratorniacute uacutehloměr
74
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 03 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve vodorovneacute rovině
otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum (N a S magnetickyacute poacutel) Z maximaacutelniacutech hodnot odečteme vodorovnou amplitudu magnetickeacute indukce B Země
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve svisleacute rovině (N-S směr) otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum Maximaacutelniacute hodnota je hodnotou magnetickeacute indukce B Země
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči sklon indukčniacute čaacutery magnetickeacuteho pole u naacutes v ČR vzhledem k povrchu země 2 Teslametr upevniacuteme do stojanu Pod teslametr položiacuteme uacutehloměr
75
3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev Uacutehel Jednotky deg
4 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Podle kompasu nastaviacuteme teslametr na sever 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 7 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0deg a stiskneme OK 8 Teslametr otočiacuteme o 10deg 9 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 10 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 10deg a stiskneme OK 11 Opakujeme body 8 9 a 10 pro 20deg 30deg 40deg hellip 360deg 12 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 13 Měřeniacute zopakujeme v horizontaacutelniacute rovině v bdquoN ndash Sldquo směru 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
76
77
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
78
79
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(t)
2 Zaacutevěr Velikost vektoru magnetickeacute indukce vychaacuteziacute přibližně B = 005 mT Tento vektor maacute vzhledem k vodorovneacutemu směru uacutehel sklonu 60deg
80
81
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
712 MAGNETICKEacute POLE MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT stojan laboratorniacute permanentniacute magnet
82
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně
přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k severniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně pohybujeme (asi 5 sekund) teslametrem kolmo k podeacutelneacute ose magnetu k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund) Uložiacuteme měřeniacute
83
6 Otevřeme novyacute soubor a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf
7 Zopakujeme měřeniacute pro magnet tvaru podkovy s teslametrem plusmn 140 mT
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev deacutelka
Jednotky cm 2 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Teslametr upevniacuteme do stojanu a postaviacuteme na okraj
magnetickeacuteho pole magnetu tvaru podkovy 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 5 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK 6 Teslametr posuneme o 1 cm 7 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 8 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 1 cm a stiskneme OK 9 Opakujeme body 7 8 a 9 pro 2cm 3 cm 4 cm hellip20 cm 10 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 11 Měřeniacute zopakujeme ve vertikaacutelniacute rovině magnetu (bdquoN ndash Sldquo) 12 Vysloviacuteme zaacutevěr
84
85
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
713 VLASTNOSTI FEROMAGNETICKYacuteCH
LAacuteTEK Fyzikaacutelniacute princip Budeme-li postupně zvětšovat proud I v ciacutevce s jaacutedrem z feromagnetickeacute laacutetky bude se postupně i magnetickaacute indukce B v jaacutedře zvětšovat
Relativniacute permeabilita μr feromagnetickyacutech laacutetek neniacute konstantniacute proto zaacutevislost B = f(I) neniacute lineaacuterniacute Grafem teacuteto zaacutevislosti je křivka ndash hystereacutezniacute smyčka
Hystereacutezniacute smyčka je důležitou charakteristikou feromagnetickyacutech laacutetek Podle tvaru křivky děliacuteme laacutetky na a) magneticky tvrdeacute - majiacute širokou hystereacutezniacute smyčku velkou hodnotu Br a jsou viacutece
odolnějšiacute vůči zmagnetovaacuteniacute (ocel s velkyacutem obsahem uhliacuteku hellip) Po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole zůstaacutevajiacute nadaacutele zmagnetovaacuteny a chovajiacute se jako permanentniacute magnet Jejich magnetickeacute pole lze zrušit pomociacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole opačneacute polarity (např do ciacutevky s jaacutedrem zavedeme proud opačneacuteho směru)
b) magneticky měkkeacute - materiaacutely s uacutezkou hystereacutezniacute smyčkou ktereacute se dajiacute snadno zmagnetovat (magnetofonoveacute paacutesky diskety hellip) Majiacute malou hodnotu Br což znamenaacute že po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole jejich vlastniacute magnetickeacute pole zanikaacute
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole ciacutevky s jaacutedrem v zaacutevislosti na velikosti proudu I Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT ampeacutermetr HCS-BTA stojan laboratorniacute ciacutevka 400 z různaacute jaacutedra regulovatelnyacute zdroj KXN 305D
86
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr plusmn140 mT ke vstupu CH1 LabQuestu Ke vstupu CH2 zapojiacuteme
ampeacutermetr HCS-BTA Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a připojiacuteme ho k USB PC 3 V programu LoggerPro v menu Data ndash Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme Naacutezev
magnetickaacute indukce Značka B Jednotka mT Rovnice Potential57 4 Na ose y zvoliacuteme magnetickaacute indukce a na ose x elektrickyacute proud 5 V menu Experiment ndash Sběr dat hellip zvoliacuteme bdquoNepřerušenyacute sběr datldquo Vzorkovaciacute
frekvence 10 vzorkůsekundu 6 Uvnitř ciacutevky je jaacutedro s feromagneticky měkkeacute oceli Vynulujeme senzor proudu a napětiacute
(teslametr plusmn140 mT) Teslametr přiložiacuteme těsně k jaacutedru (viz scheacutema) 7 Na regulovatelneacutem zdroji napětiacute zvětšujeme pomalu napětiacute až dosaacutehneme proud ciacutevkou
5 A Potom zase zmenšujeme napětiacute (proud) na bdquonululdquo Přepoacutelujeme poacutely zdroje pomociacute banaacutenků nebo dvojpoacutelovyacutem přepiacutenačem
87
8 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat v programu LoggerPro a opakujeme činnost v bodě 7 dvakraacutet Tiacutem se vykresliacute celaacute hystereacutezniacute smyčka Zastaviacuteme sběr dat tlačiacutetkem Stop v programu LoggerPro Uložiacuteme měřeniacute
9 Zopakujeme měřeniacute pro různaacute jaacutedra
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme různaacute jaacutedra z feromagneticky tvrdeacute oceli ndash např šroubovaacutek
2 Z grafu můžeme určit hodnotu zbytkoveacute magnetickeacute indukce Br 3 Proč je pro jaacutedra transformaacutetorů vyacutehodnějšiacute použiacutet feromagneticky měkkou ocel
88
89
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole 714 HALLŮV JEV
Fyzikaacutelniacute princip Hallův jev vznikaacute při průchodu proudu I tenkou polovodičovou destičkou (InSb InAs s odporem 001 až 20 Ohmů a tloušťky cca 01 mm jednaacute se o kompromis mezi maximem citlivost a mechanickeacute pevnosti) obdeacutelniacutekoveacuteho tvaru Při vloženiacute destičky do magnetickeacuteho pole skrze ni prochaacuteziacute indukčniacute tok a přeskupuje naacuteboje v destičce na jednu stranu Tak na bočniacutech stěnaacutech destičky vznikaacute napětiacute (tzv Hallovo napětiacute) ktereacute se daacute vypočiacutetat pomociacute vzorce UH = kIB kde k je konstanta (zahrnuje typ materiaacutelu a tloušťku destičky) I je stejnosměrnyacute proud a B je magnetickaacute indukce způsobenaacute magnetickyacutem polem
Ciacutel Pomociacute teslametru změřit jak zaacutevisiacute napětiacute UH na Hallově sondě na magnetickeacute indukci B magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA teslametr MG-BTA teslametr bdquoza paacuter korunldquo (viz doprovodnyacute text) permanentniacute magnet
90
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 a teslametr MG-BTA ke vstupu CH2
LabQuestu Na teslametru MG-BTA nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Voltmetr VP-BTA připojiacuteme k teslametru bdquoza paacuter korunldquo - je na něm zapojena Hallova sonda na napětiacute 3 V a protilehleacute vyacutevody z Hallovy sondy jsou vyvedeny pomociacute dvou vodičů Na nich budeme měřit UH pomociacute voltmetru VP-BTA LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 2 vzorkysekundu 4 Zapneme zdroj proudu na teslametru bdquoza paacuter korunldquo Vynulujeme oba senzory
Permanentniacute magnet přibliacutežiacuteme k teslametru MG-BTA a teslametru bdquoza paacuter korunldquo na vzdaacutelenost asi 2cm Digitaacutelniacute displej teslametru ukazuje hodnotu 5 mT (viz scheacutema)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem vzdalujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 1)
6 Pak otočiacuteme magnet o 180deg a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem přibližujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 2)
91
7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 8 Opakujeme měřeniacute pro různeacute Hallovy sondy
9 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash jakaacute je zaacutevislost UH na B jakaacute je citlivost
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kde se Hallova sonda použiacutevaacute 2 Jakyacute je rozsah teslametru MG-BTA a jakyacute teslametru bdquoza paacuter korunldquo 3 Zkus změřit magnetickou indukci magnetu bdquoparalelněldquo oběma teslametry U teslametru
bdquoza paacuter korunldquo vlož lineaacuterniacute funkci kteraacute přepočiacutetaacute UH na B
92
93
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
94
95
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr Z grafů je zřejmeacute že se jednaacute o přiacutemou uacuteměrnost Pro prvniacute (modryacute graf) Hallův senzor je rovnice přiacutemeacute uacuteměrnosti B=f(UH) = 333UH mT A pro druhyacute (červenyacute graf) Hallův senzor je rovnice B=f(UH) = 83UH mT
96
97
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
715 MAGNETICKYacute ZAacuteZNAM SIGNAacuteLŮ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickyacute zaacuteznam signaacutelů kteryacutem je uchovaacutevaacutena zvukovaacute či obrazovaacute informace nebo takeacute digitaacutelniacute informace zpracovanaacute počiacutetačem Magnetickyacute zaacuteznam je založen na trvaleacutem zmagnetovaacuteniacute vrstvy feromagnetika (např oxidu železa) naneseneacuteho na nosiči z plastickeacuteho materiaacutelu
Magnetickyacute zaacuteznam se uskutečňuje pomociacute zvlaacuteštniacuteho elektromagnetu ndash zaacuteznamoveacute hlavy
Ciacutel Proveacutest mazaacuteniacute magnetickyacute zaacuteznam sniacutemaacuteniacute a opětneacute mazaacuteniacute na nosič Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA permanentniacute magnet na mazaacuteniacute permanentniacute magnet na zaacuteznam svinovaciacute metr jako nosič zaznamenaneacuteho signaacutelu
98
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru MG-BTA
nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Deacutelka 10 s
Vzorkovaciacute frekvence 20 vzorkůsekunda 4 Nejdřiacuteve provedeme mazaacuteniacute na nosiči (svinovaciacute metr)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu (10 s) rovnoměrnyacutem
pohybem pomociacute teslametru provedeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů na nosiči
6 Provedeme zaacuteznam signaacutelů na nosiči (např čtyřikraacutet)
7 Zopakujeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů (jako v bodě 5) 8 Zopakujeme mazaacuteniacute a sniacutemaniacute (jako v bodě 4 a 5)
99
9 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej zaacuteznam různyacutem (S N) poacutelem permanentniacuteho magnetu Jak se změniacute průběh
signaacutelu 2 Vyzkoušej mazaacuteniacute a zaacuteznam na skutečnyacute nosič ndash paacutesek od videokazety 3 Vyzkoušej zaacuteznam na disketu
100
101
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
716 ELEKTROMAGNETICKAacute INDUKCE
Fyzikaacutelniacute princip Elektromagnetickaacute indukce je jev při ktereacutem vznikaacute elektrickeacute napětiacute ve vodiči změnou magnetickeacuteho pole v okoliacute vodiče (ciacutevky) Indukovaneacute napětiacute zaacutevisiacute na velikosti změny magnetickeacuteho pole i na rychlosti jeho změny
tU i
Indukovaneacute napětiacute maacute takovou polaritu že indukovanyacute proud vytvaacuteřiacute magnetickeacute pole s opačnyacutem směrem indukčniacutech čar než maacute magnetickeacute pole ktereacute indukci vyvolalo (Lenzův zaacutekon)
Ciacutel Změřit indukovaneacute napětiacute Ověřit na čem zaacutevisiacute Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA ciacutevka s jaacutedrem permanentniacute magnet
102
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu Roztočiacuteme permanentniacute magnet v těsneacutem okoliacute ciacutevky (jaacutedra)
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Opakujeme měřeniacute s rychlejšiacutem (pomalejšiacutem) otaacutečeniacutem magnetu 5 Vyměniacuteme magnet za bdquosilnějšiacuteldquo 6 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash na čem zaacutevisiacute indukovaneacute napětiacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkus ciacutevku s jinyacutem počtem zaacutevitů 2 Zkus pohybovat membraacutenou reproduktoru a měřit indukovaneacute napětiacute 3 Zkus napjatou strunu umiacutestit do magnetickeacuteho pole a na niacute měřit velikost indukovaneacuteho
napětiacute
103
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
717 DEMONSTRACE VOLNEacuteHO PAacuteDU MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Volnyacute paacuted je rovnoměrně zrychlenyacute pohyb volně padajiacuteciacuteho tělesa v bliacutezkosti země K měřeniacute pohybu volneacuteho paacutedu tělesa (magnetu) použijeme trubici z nevodiveacuteho materiaacutelu Na trubici jsou v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech navinuty ciacutevky ktereacute jsou navzaacutejem spojeneacute do seacuterie Spojeniacute ciacutevek připojiacuteme k voltmetru a zobraziacuteme časovyacute zaacuteznam napětiacute na jednotlivyacutech ciacutevkaacutech při pohybu magnetu trubiciacute vnitřkem jednotlivyacutech ciacutevek
Ciacutel Změřit časovyacute průběh indukovaneacuteho napětiacute při pohybu (volneacutem paacutedu) magnetu vnitřkem ciacutevek Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA neodymovyacute magnet (vaacuteleček) 2 m dlouhaacute PPR trubka 25x35 PN16 na ktereacute jsou navinuty ciacutevky (10 z) v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech
104
Scheacutema
105
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Sestaviacuteme obvod podle
scheacutema Voltmetr připojiacuteme ke koncům seacuterioveacuteho spojeniacute ciacutevek LabQuest připojiacuteme k PC přes USB
2 Zapneme LabQuest V programu Logger Pro v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 06 s Frekvence 1 000 vzorkůs Daacutele Trigger je rostouciacute přes 001 V
3 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat (měřeniacute) v programu Logger Pro Neodymovyacute magnet vložiacuteme do uacutestiacute PPR trubky a pustiacuteme
4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme časoveacute intervaly mezi jednotlivyacutemi průchody
magnetu Daacutele vypočiacutetaacuteme rychlosti v jednotlivyacutech intervalech Určiacuteme zrychleniacute mezi jednotlivyacutemi intervaly Přiacuteklad vyacutepočtu pro vyacuteše uvedeneacute měřeniacute
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyložte průběh zaacuteznamu z hlediska velikosti a polarity jednotlivyacutech napětiacute a jejich
umiacutestěniacute na ose času 2 Zopakuj měřeniacute s padajiacuteciacutem magnetem s opačnou orientaciacute poacutelů magnetu 3 Jak se změniacute časovyacute průběh při použitiacute delšiacuteho magnetu (viacutece vaacutelečků) 4 Zopakuj měřeniacute s tiacutem že konec trubky ucpeš gumovou zaacutetkou 5 Připoj k vyacutestupu signaacutelu z ciacutevek zesilovač a reproduktor a poslechem sleduj volnyacute paacuted
magnetu
106
107
Střiacutedavyacute proud 718 PŘECHODNYacute DĚJ Fyzikaacutelniacute princip Přechodnyacutem dějem v obvodu s kondenzaacutetorem nebo s ciacutevkou nazyacutevaacuteme skokovou změnu napětiacute a proudu na kondenzaacutetoru a ciacutevce Tuto změnu vyvolaacuteme sepnutiacutem nebo vypnutiacutem spiacutenače (přepiacutenače) Ciacutel Určit jak se měniacute napětiacute a proud v obvodu s kondenzaacutetorem a s ciacutevkou při přechodneacutem ději Pomůcky LabQuest ciacutevka 1 200 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr VP-BTA voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
a) b)
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr
DCP-BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema a)
108
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Zapojiacuteme obvod podle scheacutema b) 6 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 1 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 A Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a hned ho přepneme zpět
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zamysli se co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru (ciacutevky) ke zdroji
napětiacute a co se děje při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute k rezistoru Kde se to daacute využiacutet 2 Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Zkus to
vymyslet a potom ověř měřeniacutem
109
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
2 Doplňkoveacute otaacutezky a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k
rezistoru c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute
110
d) 4) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru
e) 5) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů f) 6) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
111
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 27 degC
Tlak 1008 hPa
Vlhkost 53
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
112
3 Doplňkoveacute otaacutezky
a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute dochaacuteziacute k jeho nabiacutejeniacute Na kondenzaacutetoru se akumuluje elektrickyacute naacuteboj (zvětšuje se jeho elektrickaacute energie) V okamžiku zapojeniacute bude obvodem prochaacutezet největšiacute elektrickyacute proud Nenabityacute kondenzaacutetor se zpočaacutetku chovaacute jako zkrat Čiacutem viacutece se však bude kondenzaacutetor nabiacutejet (bude v něm vzrůstat nahromaděnyacute naacuteboj) a poroste jeho napětiacute tiacutem menšiacute proud bude prochaacutezet obvodem
b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k rezistoru Po odpojeniacute obvodu od zdroje napětiacute se začiacutenaacute kondenzaacutetor vybiacutejet (chovaacute se jako zdroj) Elektrickaacute energie kterou kondenzaacutetor vybije se v rezistoru přeměniacute na teplo Teoreticky se kondenzaacutetor vybiacutejiacute nekonečně dlouhou dobu V okamžiku odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje napětiacute prochaacuteziacute obvodem velkyacute proud opačnyacutem směrem než při zapojeniacute ke zdroji napětiacute Napětiacute i proud postupně klesajiacute
c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute ciacutevky ke zdroji stejnosměrneacuteho napětiacute začne obvodem prochaacutezet proud kteryacute na ciacutevce způsobiacute indukovaacuteniacute napětiacute jež je uacuteměrneacute časoveacute změně magnetickeacuteho indukčniacuteho toku a s polaritou působiacuteciacute proti napětiacute zdroje Proud v obvodu se proto zvětšuje na svou maximaacutelniacute hodnotu jen postupně neboť čaacutest energie dodaacutevaneacute ze zdroje do obvodu se spotřebovaacutevaacute na vytvaacuteřeniacute magnetickeacuteho pole ciacutevky (indukovaneacute napětiacute na ciacutevce postupně klesaacute) Proud se ustaacuteliacute teprve v okamžiku kdy se časovaacute změna magnetickeacuteho indukčniacuteho toku bude rovna nule (to platiacute i pro indukovaneacute napětiacute na ciacutevce)
d) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru Po odpojeniacute ciacutevky od zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute se začne v ciacutevce indukovat napětiacute opačneacute polarity (může dosaacutehnout vyššiacutech hodnot než je napětiacute zdroje) než v předešleacute faacutezi ktereacute způsobiacute zpomaleniacute zaacuteniku magnetickeacuteho pole Směr toku proudu zůstaacutevaacute nezměněn Energie magnetickeacuteho pole ciacutevky se přeměniacute na rezistoru na teplo Proud i napětiacute tedy rychle ale postupně klesajiacute k nuloveacute hodnotě
e) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Kondenzaacutetor Čiacutem menšiacute odpor maacute rezistor tiacutem rychleji se kondenzaacutetor nabije a tiacutem rychleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor rychle vybije a vzniklyacute proud v obvodu rychle klesaacute Čiacutem většiacute odpor maacute rezistor tiacutem pomaleji se rezistor nabije a tiacutem pomaleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor vybije pomaleji a vzniklyacute proud v obvodu pozvolna klesaacute Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud Ciacutevka Čiacutem menšiacute odpor majiacute rezistory tiacutem pozvolněji klesaacute indukovaneacute napětiacute vznikleacute na ciacutevce při zapojeniacute ke zdroji Toteacutež platiacute pro elektrickyacute proud kteryacute se v tomto přiacutepadě ustaacuteliacute za delšiacute časovyacute okamžik Jinak je tomu v přiacutepadě že rezistory majiacute většiacute odpor Indukovaneacute napětiacute klesaacute rychleji a proud se v obvodu ustaacuteliacute na konstantniacute hodnotě za velmi kraacutetkou dobu Při odpojeniacute od zdroje klesajiacute proud a napětiacute v obou přiacutepadech přibližně stejně Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud
113
Kondenzaacutetor + rezistor 50 Ω + rezistor 200 ΩCiacutevka + rezistory 50 Ω + rezistory 200 Ω
114
f) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
Řada přechodnyacutech jevů je nežaacutedouciacute protože způsobiacute např kraacutetkodobeacute přetiacuteženiacute obvodu a tiacutem zkracujiacute životnost zařiacutezeniacute (zapnutiacute studeneacute žaacuterovky ndash naacuterazovyacute proud je až desetkraacutet většiacute než ustaacutelenyacute proud) Některeacute přechodneacute děje jsou však žaacutedouciacute a některeacute obvody jsou přiacutemo na využitiacute přechodnyacutech dějů založeny (generaacutetory klopneacute obvody) V elektronice existujiacute přechodneacute děje založeneacute na RC RL a RLC obvodech vzhledem k co možnaacute nejmenšiacutem použiacutevaacuteniacute ciacutevek majiacute největšiacute vyacuteznam při nabiacutejeniacute a vybiacutejeniacute kondenzaacutetory Obecně jsou v elektronice nejrozšiacuteřenějšiacute tepelneacute přechodneacute jevy V silnoproudeacute elektronice se měřiacute oteplovaciacute křivky elektrickyacutech strojů v počiacutetačoveacute technice se měřiacute otepleniacute hlavniacuteho procesoru měřeniacute teploty harddisku atd
115
Střiacutedavyacute proud 719 STŘIacuteDAVYacute PROUD S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem maacute časovyacute diagram napětiacute stejnou faacutezi (faacutezovyacute rozdiacutel je nulovyacute) jako časovyacute diagram proudu
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
116
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Um f Im T a (faacutezovyacute rozdiacutel) Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a u
5 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zakreslete faacutezorovyacute diagram 2 Určete z grafů velikost odporu rezistoru
117
Střiacutedavyacute proud 720 VYacuteKON STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem je okamžitaacute hodnota vyacutekonu p = ui = Ri2 = RIm
2sin2t
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem a zobrazit časovyacute diagram vyacutekonu Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
118
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Zvoliacuteme zaacuteložku tabulka V menu Tabulka zvoliacuteme Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec Naacutezev ndash
Vyacutekon Jednotka ndash W Tvar vyacuterazu XY Sloupec pro X ndash proud Sloupec pro Y ndash napětiacute
5 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Pm f Im T Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a p
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jakyacute je poměr frekvence okamžiteacute hodnoty vyacutekonu a okamžiteacute hodnoty proudu 2 Určete z grafu okamžiteacute hodnoty vyacutekonu středniacute hodnotu vyacutekonu P
119
Střiacutedavyacute proud 721 STŘIacuteDAVYacute PROUD S INDUKČNOSTIacute
Fyzikaacutelniacute princip
Induktance je veličina I
UX L Induktance XL je přiacutemo uacuteměrnaacute indukčnosti ciacutevky L a
frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute induktance indukčnost ciacutevky Ověřit že induktance na indukčnosti a frekvenci zaacutevisiacute přiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω voltmetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z a voltmetrem (ry) 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute
(Zesilovač)
120
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a indukčnosti Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z Vypočiacutetaacuteme induktanci XL Z induktance a frekvence vypočiacutetaacuteme indukčnost L
5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XL = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Miacutesto ciacutevky zapoj tlumivku (2times47 mH) a proveď stejneacute měřeniacute V čem se lišiacute zaacutevislost
XL = f(f) Proč se lišiacute
2 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na indukčnosti pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu
3 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty induktance pro vyššiacute frekvence 4 Zkus změřit přechodnyacute děj na indukčnosti
121
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900
1000 průměr
122
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr
2 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
123
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25degC
Tlak 1004 hPa
Vlhkost 53
3 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
RUL hellipstejnosměrnyacute obvod
IUL 22
ciacutevkyRZ fX L
2
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00364 01620 44510 (Rciacutevky) 00000 00000
100 09600 00096 00460 47917 17744 00028 200 09440 00094 00600 63559 45372 00036 300 09410 00094 00800 85016 72433 00038 400 09380 00094 00990 105544 95699 00038 500 09360 00094 01210 129274 121369 00039 600 09340 00093 01430 153105 146492 00039 700 09300 00093 01640 176344 170634 00039 800 09260 00093 01860 200864 195870 00039 900 09230 00092 02090 226436 222018 00039
1000 09160 00092 02290 250000 246006 00039 průměr 00037
124
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00367 00673 18338 (Rciacutevky) 00000 00000
100 63300 00633 15760 248973 248297 00395 200 59700 00597 26440 442881 442501 00352 300 55100 00551 35240 639564 639301 00339 400 49400 00494 43500 880567 880376 00350 500 42700 00427 50400 1180328 1180185 00376 600 34760 00348 56300 1619678 1619574 00430 700 26080 00261 61300 2350460 2350389 00534 800 15650 00157 65000 4153355 4153314 00826 900 07050 00071 66600 9446809 9446791 01671
1000 04850 00049 66800 13773196 13773184 02192 průměr 00747
4 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
Graf pro školniacute ciacutevku 400 zaacutevitů Ciacutevka neobsahuje jaacutedro induktance je teacuteměř přesně lineaacuterniacute funkciacute frekvence střiacutedaveacuteho napětiacute Konstantou uacuteměry je vyacuteraz 2πL kde L je indukčnost ciacutevky Indukčnost je teacutež konstantniacute Graf pro tlumivku 47 mH Induktance neniacute lineaacuterniacute funkciacute frekvence Přiacutečinou je jaacutedro na němž je namotaacuten vodivyacute draacutet ciacutevky Z toho důvodu nelze indukčnost ciacutevky L považovat za konstantniacute hodnotu
125
Střiacutedavyacute proud 722 STŘIacuteDAVYacute PROUD S KAPACITOU
Fyzikaacutelniacute princip
Kapacitance je veličina I
UX C Kapacitance XC je nepřiacutemo uacuteměrnaacute kapacitě
kondenzaacutetoru C a frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute kapacitance kapacitu kondenzaacutetoru Ověřit že kapacitance na kapacitě a frekvenci zaacutevisiacute nepřiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) rezistor 100 Ω voltmetr (y)
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetrem (ry)
126
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a kondenzaacutetoru Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme kapacitanci XC Z kapacitance a frekvence vypočiacutetaacuteme kapacitu C 5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XC = f(f) 8 Porovnej hodnotu kapacity vypočiacutetanou a jmenovitou
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru
2 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty kapacitance pro vyššiacute frekvence 3 Zkus změřit přechodnyacute děj na kondenzaacutetoru
127
Střiacutedavyacute proud 723 SLOŽENYacute OBVOD STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU
Fyzikaacutelniacute princip
Impedance je veličina I
UZ Při seacuterioveacutem spojeniacute prochaacuteziacute rezistorem ciacutevkou a
kondenzaacutetorem složenyacutem obvodem RLC stejnyacute proud i Ciacutel Určit pomociacute vyacutesledneacuteho napětiacute a proudu impedanci Z Určit jak zaacutevisiacute impedance Z na frekvenci f Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) voltmetr - multimetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetry
128
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a celkoveacute napětiacute Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z 5 Změniacuteme kmitočet na 400 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 800 Hz 1 200 Hz 10 000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti Z = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jak se měniacute impedance Z v zaacutevislosti na kmitočtu Zkus vysvětlit proč tomu tak je
2 Sestroj graf Z = f(f) podle vzorce 2
2 1
CLRZ
kde f (0 Hz 10 kHz)
R = 100 Ω C = 47 μF a L = 41 mH Porovnej grafy (naměřenyacute a teoretickyacute)
0000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
3 Kde se využiacutevaacute teacuteto zaacutevislosti Vysvětli Jak se změniacute tyto zaacutevislosti změniacuteme-li hodnotu kapacity nebo indukčnosti
4 Zkus změřit podobnou zaacutevislost Z = f(f) pro paralelniacute obvod RLC Pozor Vzhledem k maleacutemu vnitřniacutemu odporu ciacutevky L při niacutezkyacutech kmitočtech je potřeba zařadit k obvodu RLC seacuteriově rezistor 100 Ω
5 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute na rezistoru ciacutevce a kondenzaacutetoru a hodnotu proudu na rezistoru pomociacute druheacuteho LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute jednotlivyacutech napětiacute vzhledem k proudu
129
Střiacutedavyacute proud 724 USMĚRŇOVAČ Fyzikaacutelniacute princip V usměrňovači střiacutedaveacuteho proudu se využiacutevaacute zaacutekladniacute vlastnosti polovodičoveacute diody bdquopropustit proud pouze jedniacutem směremldquo K usměrněniacute se využiacutevaacute jednocestnyacute usměrňovač nebo dvoucestnyacute usměrňovač (Graetzovo zapojeniacute) K vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho zapojeniacute se použiacutevaacute kondenzaacutetor a tlumivka Ciacutel Určit průběh stejnosměrneacuteho pulzujiacuteciacuteho napětiacute po usměrněniacute jednocestnyacutem a dvoucestnyacutem usměrňovačem Daacutele pak určit průběh po vyhlazeniacute Pomůcky LabQuest ciacutevka 400 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF diody voltmetr VP-BTA multimetr zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute - transformaacutetor
Scheacutema
130
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Ke zdroji střiacutedaveacuteho napětiacute
(transformaacutetor ndash napětiacute maximaacutelně 6 V) připojiacuteme rezistor a k němu voltmetr (podle scheacutema) Multimetrem změřiacuteme efektivniacute hodnotu střiacutedaveacuteho napětiacute
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 004 s Frekvence 10 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V
3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Z grafu určiacuteme maximaacutelniacute
hodnotu (amplitudu) periodu a vypočiacutetaacuteme frekvenci Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 5 Zapojiacuteme jednocestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 6 Zapojiacuteme dvoucestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 7 Zapojiacuteme kondenzaacutetor a tlumivku a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty
131
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měniacuteme různeacute hodnoty kondenzaacutetorů a tlumivek 2 Proč v zapojeniacutech s diodou (diodami) dochaacuteziacute k poklesu napětiacute a jakou maacute tento pokles
velikost Čemu tato velikost odpoviacutedaacute 3 Popiš vliv kondenzaacutetoru a tlumivky na vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute Proč
se zapojujiacute paralelně (do seacuterie)
132
133
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
134
2 Tabulka Umax= Uef=
3 Zaacutevěr
135
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
2 Tabulka Umax= 45 V Uef= 32 V 3 Zaacutevěr Různeacute změny hodnot kondenzaacutetorů a tlumivek majiacute vliv na menšiacute nebo většiacute vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute V zapojeniacutech s diodami dochaacuteziacute k poklesu napětiacute přibližně 05 V a to z důvodu uacutebytku napětiacute na diodě (dvou diodaacutech u dvoucestneacuteho zapojeniacute) Kondenzaacutetor se při maximaacutelniacute hodnotě napětiacute nabiacutejiacute a při poklesu napětiacute vybiacutejiacute a dodaacutevaacute el energii v tomto okamžiku Tlumivka zapojenaacute v seacuterii braacuteniacute rychlyacutem změnaacutem napětiacute
136
137
Střiacutedavyacute proud v energetice
725 TROJFAacuteZOVAacute SOUSTAVA
Fyzikaacutelniacute princip Třiacutefaacutezoveacute napětiacute vznikaacute otaacutečeniacutem magnetu v soustavě třiacute ciacutevek (alternaacutetor) Maacuteme tedy tři zdroje střiacutedaveacuteho napětiacute ndash faacuteze Třiacutefaacutezovyacute rozvod lze využiacutet k zapojeniacute do hvězdy (a)) nebo k zapojeniacute do trojuacutehelniacuteku (b)) Faacutezoveacute napětiacute (u1 u2 u3) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 230 V) mezi středniacutem vodičem (N) a faacutezovyacutem vodičem (L1 L2 L3) Sdruženeacute napětiacute (u12 u13 u23) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 400 V) mezi libovolnyacutemi dvěma faacutezovyacutemi vodiči
Ciacutel Změřit časovyacute průběh napětiacute třiacute faacuteziacute v zapojeniacute do hvězdy Ověřit že součet napětiacute v každeacutem čase je nulovyacute Ověřit že poměr sdruženeacuteho a faacutezoveacuteho napětiacute je 173 times většiacute Pomůcky LabQuest zdroj třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute 3 rezistory 100 Ω 3 voltmetry VP-BTA
Scheacutema
138
Postup 1 Připojiacuteme 3 voltmetry VP-BTA ke vstupům CH1 CH2 a CH3 LabQuestu Zapojiacuteme
obvod podle scheacutema Na zdroji třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute nastaviacuteme hodnotu faacutezoveacuteho napětiacute do 5 V
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme v každeacutem časoveacutem okamžiku okamžiteacute hodnoty
napětiacute u1 u2 a u3 a provaacutediacuteme jejich součet ndash ověřujeme že součet je nulovyacute 6 Střiacutedavyacutem voltmetrem změřiacuteme sdruženeacute a faacutezoveacute napětiacute (efektivniacute hodnoty)
a vypočiacutetaacuteme jejich poměr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z grafu ndash časoveacuteho průběhu napětiacute urči o jakou čaacutest periody jsou posunuta napětiacute 2 Z grafu urči jakaacute je frekvence a perioda střiacutedavyacutech napětiacute 3 Jakyacute je poměr efektivniacute a maximaacutelniacute hodnoty faacutezoveacuteho střiacutedaveacuteho napětiacute ktereacute jsi
naměřil 4 Z grafu urči amplitudu sdruženeacuteho napětiacute a amplitudu faacutezoveacuteho napětiacute Jakyacute je jejich
poměr
139
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) =
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o helliphelliphellip periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = helliphelliphellip Hz Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = helliphelliphellip s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
140
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) =
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = V Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = helliphelliphellip
141
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = 0 V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = 410 V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) = 3 173
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o třetinu periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = 50 Hz
142
Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = 002 s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) = 2 14
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = 591 V
Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = 3 174
143
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
726 ELEKTROMAGNETICKYacute OSCILAacuteTOR
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacutem elektromagnetickyacutem oscilaacutetorem je obvod tvořenyacute ciacutevkou a kondenzaacutetorem - obvod LC nebo oscilačniacute obvod Kondenzaacutetor spojiacuteme se zdrojem stejnosměrneacuteho napětiacute 45 V (plochaacute baterie viz scheacutema) Přepiacutenačem připojiacuteme nabityacute kondenzaacutetorem k ciacutevce V obvodu vznikne elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Energie elektrickeacuteho pole kondenzaacutetoru se měniacute na energii magnetickeacuteho pole ciacutevky a naopak V oscilačniacutem obvodu nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute
Ciacutel Změřit napětiacute a proud v oscilačniacutem obvodu Ověřit elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute oscilačniacuteho obvodu je tlumeneacute Pomůcky LabQuest voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA kondenzaacutetor 2 200 microF ciacutevka s jaacutedrem 1 200 z přepiacutenač
Scheacutema
Postup 1 Voltmetr a ampeacutermetr zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Obvod zapojiacuteme podle scheacutema Přepiacutenač je v poloze bdquo1ldquo (kondenzaacutetor se nabiacutejiacute) 3 Zapneme LabQuest a připojiacuteme jej přes USB k PC
144
4 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Trvaacuteniacute 2 s Vzorkovaciacute frekvence 200 vzorkůsekundu Trigger zatrhneme Spuštěniacute triggeru když napětiacute je rostouciacute přes 005 V
5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme tlačiacutetko Sběr dat 6 Přepneme přepiacutenač do polohy bdquo2ldquo
7 Z grafu odečteme periodu kmitaacuteniacute Určiacuteme kmitočet 8 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změřiacuteme indukčnost L (multimetrem) a vypočiacutetaacuteme periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute
Porovnaacuteme s naměřenou hodnotou 2 Změň parametry součaacutestek (indukčnost kapacita) a zopakuj měřeniacute
145
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
T = helliphelliphellip s f = helliphelliphellip Hz 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
146
147
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
Naměřeneacute T = 0614 s f = 162 Hz Vypočiacutetaneacute L = 154 H C = 22 mF T= )(2 CL = 0366 s
3 Zaacutevěr V elektromagnetickeacutem oscilaacutetoru se přeměňuje elektrickaacute energie na energii magnetickeacuteho pole a naopak Nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Je zde patrnaacute analogie mezi ději mechanickyacutemi (kmitaacuteniacute) a elektromagnetickyacutemi
148
149
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
727 VLASTNOSTI ELEKTROMAGNETICKEacuteHO
VLNĚNIacute Fyzikaacutelniacute princip Magnetickeacute pole můžeme znaacutezornit pomociacute indukčniacutech čar
Elektrickeacute pole popisujeme elektrickyacutemi siločarami
Elektrickeacute a magnetickeacute pole spolu často souvisejiacute Mluviacuteme pak o elektromagnetickeacutem poli Elektromagnetickeacute vlny jsou přiacutečneacute a šiacuteřiacute se i ve vakuu Šiacuteřiacute se rychlostiacute světla Elektromagnetickyacutemi vlnami se přenaacutešejiacute signaacutely rozhlasu televize mobilniacutech telefonů atd I světlo je elektromagnetickeacute vlněniacute (zaacuteřeniacute)
Mezi frekvenciacute f vlnovou deacutelkou λ a rychlostiacute šiacuteřeniacute elektromagnetickeacuteho vlněniacute c (světla)
platiacute vzoreccf
Ciacutel Změřit vlnovou deacutelku elektromagnetickeacuteho vlněniacute Prokaacutezat polarizaci elektromagnetickeacute vlny
150
Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA bezdraacutetovyacute zvonek ndash tlačiacutetko pracujiacuteciacute na frekvenci 43392 MHz přijiacutemač s půlvlnnyacutem dipoacutelem (viz přiacutespěvek od Oldřicha Lepila)
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Pohybujeme rovnoměrnyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 1) 5 Z poloh maxim a minim určiacuteme vlnovou deacutelku 6 Uložiacuteme měřeniacute 7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Pohybujeme rovnoměrnyacutem otaacutečivyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 2) 9 Stejnou vlastnost můžeme ukaacutezat tak že mezi vysiacutelač a přijiacutemač vložiacuteme mřiacutežku kterou
otaacutečiacuteme v rovině kolmeacute ke směru šiacuteřeniacute vlněniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash vlnovaacute deacutelka a polarizace elektromagnetickeacuteho vlněniacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej jak zaacutevisiacute velikost naměřeneacuteho napětiacute na vzdaacutelenosti vysiacutelače od přijiacutemače 2 Pomociacute mřiacutežky nebo plechu vyzkoušej odraz vlněniacute (a interferenci)
8
11 Vyhodnotiacuteme vyacutesledky měřeniacute Jak velkeacute jsou naacuteboje při pokusech (v coulombech
v elementaacuterniacutech naacutebojiacutech)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pouze přibližujeme a vzdalujeme nabitou tyč (ebonitovou nebo skleněnou) k tělesu
(plechovce) a sledujeme jak se měniacute naacuteboj O jakyacute jev se jednaacute Čiacutem je způsoben 2 Plechovku připojiacuteme ke zdroji kladneacuteho vn napětiacute (nabije se kladně) Měřič naacuteboje
připojiacuteme ke kovoveacute kuličce na izolovaneacutem držaacuteku Zapneme měřeniacute a přejiacuteždiacuteme plynule v okoliacute svisleacute stěny plechovky (nedotyacutekaacuteme se) přibližně ve stejneacute vzdaacutelenosti Sledujeme naměřeneacute hodnoty Co můžeme usoudit o rozloženiacute naacuteboje na povrchu plechovky
3 Zkus změřit siacutelu mezi dvěma nesouhlasně nabityacutemi tělesy Zkus naměřeneacute ověřit vyacutepočtem
9
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 71 Elektrickyacute naacuteboj Coulombův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf působeniacute elektrickyacutech sil po zapnutiacute zdroje vn
Velikost siacutely F = mN 2 Vyacutepočet
221
02
21
41
rQQ
rQQ
kFr
e
=
1441
41 63
221
0 ra
ra
rQQ
Fr
e =
3 Tabulka - Zaacutevěr
10
11
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 71 Elektrickyacute naacuteboj Coulombův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf působeniacute elektrickyacutech sil po zapnutiacute zdroje vn
Velikost siacutely F = 17 mN 2 Vyacutepočet
221
02
21
41
rQQ
rQQ
kFr
e
= mN816
060)1082(109 2
299
1441
41 63
221
0 ra
ra
rQQ
Fr
e = 166 mN
3 Zaacutevěr Naměřenaacute hodnota elektrickeacute siacutely se shoduje s vypočiacutetanou
12
13
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole
72 KAPACITA KONDENZAacuteTORU
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q= f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Určit kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute přechodneacuteho děje ndash vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod dle scheacutema a)
14
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V těsně před přepnutiacutem přepiacutenače 6 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q =C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
7 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 2 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 1 000 Ω)
15
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty
a) U = Q =
b) UQC
3 Zaacutevěr
16
17
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25 degC
Tlak 998 hPa
Vlhkost 53
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty U = 481 V Q = 0010036 C
UQC F002150
814010360
3 Zaacutevěr
Jmenovitaacute hodnota kapacity kondenzaacutetoru je 2 200microF Změřenaacute a vypočiacutetanaacute je 2 150 microF
18
19
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole 73 VYBIacuteJENIacute KONDENZAacuteTORŮ
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q = f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Změřit vybiacutejeciacute křivku kondenzaacutetoru Určit kapacitu kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 1 kΩ 2 ks kondenzaacutetory 2 200 μF voltmetr VP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry DVP-BTA ke vstupu CH1 a CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod
podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 30 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 1 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
20
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač podle scheacutema a po sekundě (odhadneme) přepneme přepiacutenač opačně
5 Měřeniacute uložiacuteme Opakujeme pro dva kondenzaacutetory zapojeneacute paralelně a do seacuterie 6 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V (začaacutetek měřeniacute) 7 Vytvořiacuteme novou vypočiacutetaacutevanou veličinu I = UR (R = 1 000 Ω) 8 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q = C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
9 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči rovnici funkce U = f (t) přiacutepadně I = f (t) 2 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 3 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 10 kΩ)
21
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
CeAU tB = helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
22
23
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
598100324 23750 ttB eCeAU (červenyacute graf) 3 Zaacutevěr
Napětiacute na kondenzaacutetoru při vybiacutejeniacute klesaacute podle exponenciaacutelniacute funkce
24
25
Elektrickyacute proud v kovech 74 OHMŮV ZAacuteKON
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon Pokud maacute kovovyacute vodič staacutelou teplotu je proud prochaacutezejiacuteciacute vodičem přiacutemo uacuteměrnyacute napětiacute mezi konci vodiče (r 1826 GSOhm) Grafem přiacutemeacute uacuteměrnostiacute je přiacutemka prochaacutezejiacuteciacute počaacutetkem Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky a rezistory 12 Ω 33 Ω a 100 Ω Pomůcky LabQuest rezistor 33 Ω a 100 Ω žaacuterovka 6 V03 A voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 60 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme napětiacute
Vlevo 0 Vpravo 6 V Na ose y zvoliacuteme Elektrickyacute proud a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 06 A V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
26
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Reostatem pomalu zvyšujeme napětiacute a proud Hodnota napětiacute nesmiacute překročit 5 V a
proudu 06 A Zobrazuje se tzv voltampeacuterovaacute charakteristika Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro rezistor 33 Ω a pro žaacuterovku
7 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Platiacute Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky 2 Porovnej voltampeacuteroveacute charakteristiky rezistorů s různyacutemi hodnotami odporů 3 Zkus vymyslet jak ověřiacuteš že Ohmův zaacutekon platiacute i pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky
27
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
a) pro žaacuterovku
b) pro vodič
28
2 Zaacutevěr
29
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
pro žaacuterovku a pro vodič (rezistor)
2 Zaacutevěr Pro žaacuterovku nevychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) protože se teplota wolframoveacuteho vlaacutekna měniacute a tiacutem i jeho odpor Pro rezistory (vodič) vychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) Sklon polopřiacutemky zaacutevisiacute na odporu vodiče ndash čiacutem je odpor většiacute tiacutem je sklon menšiacute
30
31
Elektrickyacute proud v kovech
75 OHMŮV ZAacuteKON PRO UZAVŘENYacute OBVOD
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Proud v uzavřeneacutem obvodu je roven podiacutelu elektromotorickeacuteho napětiacute Ue zdroje a celkoveacuteho odporu R + Ri kde Ri je vnitřniacute odpor zdroje
i
e
RRUI
Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat 100 Ω a 10 kΩ
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema
32
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Elektrickeacute napětiacute a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 V V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat - Ampeacutermetr Reostat 100 Ω a 10 kΩ nastaviacuteme na max hodnoty odporu
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Sepneme spiacutenač 5 Reostatem 10 kΩ pomalu (10 s) zvětšujeme proud (hodnota odporu na min) Jakmile
reostat 10 kΩ vytočiacuteme do krajniacute polohy (min) pokračujeme stejně reostatem 100 Ω do krajniacute polohy (min) Hodnota proudu nesmiacute překročit 06 A což při napětiacute 45 V zajistiacute rezistor 10 Ω Zobrazuje se tzv zatěžovaciacute charakteristika zdroje Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro různě stareacute plocheacute baterie
7 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku Napětiacute
Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute Určiacuteme koeficienty lineaacuterniacute funkce Opakujeme pro všechny grafy
8 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona pro uzavřenyacute obvod)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z koeficientů lineaacuterniacutech funkciacute určete napětiacute napraacutezdno U0 a zkratovyacute proud Ik Daacutele
určete vnitřniacute odpor Ri plocheacute baterie noveacute a stareacute 2 Vnitřniacute odpor plocheacute baterie se staacuteřiacutem zvětšuje Jak se to projevuje na zatěžovaciacute
charakteristice
33
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
1 Vyacutepočet a) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip
b) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip 2 Zaacutevěr
34
35
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
2 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
3 Vyacutepočet a) U = f(I)= -09126I+4925 U0=4925 V Ik=54 A Ri=09126 b) U = f(I)= -5011I+445 U0=445 V Ik=089 A Ri=5011 c) U = f(I)= -RiI+U0= -4244I+4132 U0=4132V Ik=097 A Ri=4244 4 Zaacutevěr Novaacute plochaacute baterie maacute většiacute svorkoveacute napětiacute na praacutezdno U0 většiacute zkratovyacute proud Ik a menšiacute vnitřniacute odpor Ri U staršiacute (reacute) plocheacute baterie je to naopak
36
37
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 76 TERMISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Termistor je polovodičovaacute součaacutestka jejiacutež odpor zaacutevisiacute na teplotě
Z teorie vyplyacutevaacute že zaacutevislost odporu termistoru na teplotě je daacutena vztahem
16273 tT eAeAR
(1) T hellip termodynamickaacute teplota R hellip odpor termistoru při daneacute teplotě T A hellip lineaacuterniacute koeficient β hellip index citlivosti materiaacutelu termistoru Pokud bychom chtěli využiacutevat termistor jako teploměr budeme potřebovat znaacutet inverzniacute funkci (2) tedy funkci vyjadřujiacuteciacute zaacutevislost teploty na odporu Tuto funkci ziacuteskaacuteme z rovnice (1) aplikovaacuteniacutem přirozeneacuteho logaritmu naacuteslednou uacutepravou a převedeniacutem do Celsiovy stupnice
15273ln
15273lnln
ARAR
t (2)
t hellip teplota ve degC R hellip odpor termistoru v Ω Ciacutel Změř zaacutevislost odporu termistoru na teplotě Z grafu urči konstanty A a β
38
Pomůcky LabQuest ohmmetr (musiacute byacutet nainstalovaacuten) teploměr TMP-BTA rychlovarnaacute konvice s horkou vodou termistory se jmenovitou hodnotou odporu 47 kΩ 10 kΩ 15 kΩ počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 V konvici si ohřejeme vodu 2 Teploměr TMP-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 2 a ohmmetr do konektoru CH 1
LabQuestu 3 K ohmmetru připojiacuteme termistor (10 kΩ) kteryacute zastrčiacuteme společně s teploměrem do
kaacutedinky 4 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 5 Zapneme LabQuest 6 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko
zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance) 7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s
Frekvence 1 čteniacutes 8 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a
na osu x Teplotu
39
9 Nalejeme horkou vodu z konvice do kaacutedinky s teploměrem a termistorem a zapneme Sběr dat v programu LoggerPro
10 Voda postupně chladne a počiacutetač vykresluje graf zaacutevislosti R = f(t) Ochlazovaacuteniacute můžeme pomalu urychlovat opatrnyacutem přileacutevaacuteniacutem studeneacute vody a současnyacutem miacutechaacuteniacutem Pro hlubšiacute ochlazeniacute můžeme použiacutet kousek ledu
11 Po skončeniacute měřeniacute (300 s) uložiacuteme toto měřeniacute do paměti ndash menu Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute a můžeme opakovat měřeniacute pro dalšiacute termistor Nebo při měřeniacute použiacutet současně dva ohmmetry (CH 2 a CH 3) a dva termistory
12 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash sestrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a β
2 V programu Logger Pro můžeme v menu Analyacuteza ndash Curve Fit zkusit proložit funkci kterou si vybereme ze seznamu A určiacuteme koeficienty A a β Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že zvolenaacute funkce bdquofungujeldquo
3 Zdůvodněte proč odpor termistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
40
41
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
3 Jakaacute je to funkce
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R )
Termistor
Termistor
Termistor
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
42
43
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
Termistory 15k 10k a 4k7 dosahujiacute jmenoviteacute hodnoty přibližně při 25 degC Termistory s většiacutem jmenovityacutem odporem majiacute při stejně velkeacute změně teploty většiacute změnu odporu Index citlivosti materiaacutelu je přibližně stejnyacute
3 Jakaacute je to funkce
Exponenciaacutelniacute klesajiacuteciacute 16273 tT eAeAR
44
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R ) Termistor 15000Ω 3285 02388 15273
3285
23880 teR 15273
23880lnln3285
R
t
Termistor 10000Ω 3592 005836 15273
3592
058360 teR 15273
058360lnln3592
R
t
Termistor 4700 Ω 3545 003204 15273
3545
032040 teR 15273
032040lnln3545
R
t
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
S rostouciacute teplotou se rychle zvětšuje hustota volnyacutech bdquovytřesenyacutechldquo elektronů z vazeb a tiacutem rezistivita rychle klesaacute
45
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 77 FOTOREZISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Fotorezistor (dřiacuteve označovaacuten jako fotoodpor) je pasivniacute elektrotechnickaacute součaacutestka bez PN přechodu jejiacutež elektrickyacute odpor R se snižuje se zvyšujiacuteciacutem se osvětleniacutem E resp elektrickaacute vodivost G se zvyšuje
Princip fotorezistoru je založen na vnitřniacutem fotoelektrickeacutem jevu světlo (foton) naraziacute do elektronu ve valenčniacute sfeacuteře a předaacute mu svoji energii tiacutem elektron ziacuteskaacute dostatek energie k překonaacuteniacute zakaacutezaneacuteho paacutesu a skočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho Tiacutem opustiacute svůj atom a pohybuje se jako volnyacute elektron prostorem krystaloveacute mřiacutežky Na jeho miacutestě vznikla diacutera Takto vznikleacute volneacute elektrony přispiacutevajiacute ke sniacuteženiacute elektrickeacuteho odporu R (zvyacutešeniacute elektrickeacute vodivosti G) Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost Funkce R = f(E) je funkce mocninnaacute R = AmiddotE-B Tuto funkci můžeme zlogaritmovat a převeacutest
na funkci lineaacuterniacute lnR= -BmiddotlnE + lnA nebo určit inverzniacute funkci BB RAE11
Inverzniacute
funkce může sloužit ke konstrukci luxmetru z fotorezistoru Ciacutel Změřit zaacutevislost odporu fotorezistoru na osvětleniacute Z grafu určit konstanty A a B
46
Pomůcky LabQuest 3 ohmmetry (ohmmetr musiacute byacutet nainstalovaacuten) luxmetr LS-BTA fotorezistory počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 Luxmetr LS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 Ohmmetry zapojiacuteme do konektorů
CH 2 CH 3 a CH4 LabQuestu 2 K ohmmetrům připojiacuteme fotorezistory 3 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 4 Zapneme LabQuest
47
5 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance)
6 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s Frekvence 1 čteniacutes
7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a na osu x Osvětleniacute
8 Těsně vedle fotorezistorů umiacutestiacuteme luxmetr 9 Budeme postupně viacutece a viacutece zakryacutevat papiacutery fotorezistory s luxmetrem Tiacutem dosaacutehneme
změnu osvětleniacute a odporu fotorezistorů Zastaviacuteme měřeniacute 10 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů 11 Provedeme analyacutezu grafů Určiacuteme konstanty mocninneacute funkce A a B Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash setrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a B
2 Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že určenaacute funkce bdquofungujeldquo 3 Zdůvodněte proč odpor fotorezistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
48
49
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy 3 Jakaacute je to funkce 4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute Fotorezistor středniacute Fotorezistor velkyacute
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E
50
51
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy Pro tři měřeneacute fotorezistory jsou průběhy funkciacute podobneacute U maleacuteho a středniacuteho fotorezistoru je pokles odporu R většiacute něž u velkeacuteho fotorezistoru při stejně velkeacute změně osvětleniacute E 3 Jakaacute je to funkce Funkce R=f(E) je funkce mocninnaacute R=AmiddotE-B Je to funkce klesajiacuteciacute
52
4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute 100100 07246 R=100100middotE-07246 381
11
7960821 RRAE BB
Fotorezistor středniacute 97030 08379 R=97030middotE-08379 1931
11
894688 RRAE BB
Fotorezistor velkyacute 30350 06885 R=30350middotE-06885 4521
11
3236193 RRAE BB
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem viacutece elektronů přeskočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho a tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost ndash zmenšuje se odpor R
53
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech
78 TRANZISTOR JAKO SPIacuteNAČ A ZESILOVAČ
Fyzikaacutelniacute princip Tranzistor je polovodičovaacute součaacutestka se dvěma přechody PN Středniacute čaacutest krystalu polovodiče je baacuteze B a přechody PN ji oddělujiacute od oblasti s opačnyacutem typem vodivosti kolektorem C a emitorem E Podle druhu vodivosti jednotlivyacutech čaacutestiacute označujeme tranzistory jako typy NPN a PNP
Zaacutekladniacute funkce tranzistoru Maleacute napětiacute v obvodu baacuteze vzbuzuje proud kteryacute je přiacutečinou mnohokraacutet většiacuteho proudu v obvodu kolektoroveacutem Tranzistor se použiacutevaacute jako bdquoelektronickyacute spiacutenačldquo a bdquozesilovačldquo
Ciacutel Ověřit činnost tranzistoroveacuteho spiacutenače a tranzistoroveacuteho zesilovače Pomůcky LabQuest dva voltmetry VP-BTA zapojeniacute tranzistoru jako spiacutenače a zesilovače (podle scheacutema) generaacutetor signaacutelu (může byacutet použit i druhyacute LabQuest se zesilovačem) baterie 45 V
54
Scheacutema
a) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquospiacutenačeldquo
b) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquozesilovačeldquo
55
Postup 1 Voltmetry zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquospiacutenačldquo podle scheacutema a) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1) a
UCE (U2) 3 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme trojuacutehelniacutekovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 5 V
4 Voltmetr U1 připojiacuteme mezi baacutezi a emitor (UBE) Voltmetr U2 připojiacuteme mezi kolektor a
emitor (UCE) 5 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 3 s Frekvence
10 000 čteniacutes 6 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
Tranzistor jako bdquospiacutenačldquo
7 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 8 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquozesilovačldquo podle scheacutema b) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1)
a UCE (U2) Potenciometrem P nastaviacuteme bdquopracovniacute bod tranzistoruldquo ndash UCE bude miacutet přibližně polovičniacute hodnotu napaacutejeciacuteho napětiacute (jestliže napětiacute zdroje je UB= 45 V rarr UCE= 225 V)
9 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme sinusovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 015 V 10 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 01 s Frekvence 10 000 čteniacutes
56
Tranzistor jako bdquozesilovačldquo
11 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 12 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 13 Určiacuteme jakyacute je poměr UCEUBE 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Při jakeacutem napětiacute UBE tranzistor bdquosepneldquo Jak dlouho probiacutehaacute bdquosepnutiacuteldquo (tranzistor jako
spiacutenač) 2 Zkus měnit kmitočet vstupniacuteho napětiacute zesilovače 3 Zkus měnit nastaveniacute pracovniacuteho bodu Jakyacute to maacute vliv na vyacutestupniacute signaacutel 4 Zkus měnit velikost střiacutedaveacuteho vstupniacuteho napětiacute Jakyacute to maacute vliv na tvar vyacutestupniacuteho
napětiacute 5 Urči zesilovaciacute činitel 6 Je vyacutestupniacute signaacutel bdquozkreslenyacuteldquo Co je přiacutečinou
57
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
58
59
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač
2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač
60
b) Tranzistor jako zesilovač
3 Zaacutevěr a)Tranzistor jako spiacutenač ndash z měřeniacute je patrneacute že se tranzistor otevře při překročeniacute napětiacute asi 07 V mezi baacuteziacute a editorem b)Tranzistor jako zesilovač ndash změřeniacute je patrneacute že tranzistor zesiluje napětiacute přibližně 23times Z měřeniacute je daacutele patrneacute že dochaacuteziacute ke zkresleniacute vstupniacuteho signaacutelu
61
Elektrickyacute proud v kapalinaacutech 79 ELEKTROLYacuteZA
Fyzikaacutelniacute princip Elektrolyacutezou nazyacutevaacuteme laacutetkoveacute změny vyvolaneacute při průchodu proudu elektrolytem na elektrodaacutech Faradayův zaacutekon Hmotnost m vyloučeneacute laacutetky je přiacutemo uacuteměrnaacute naacuteboji Q kteryacute prošel elektrolytem M = AQ = AmiddotImiddott Konstanta uacuteměrnosti A kteraacute je pro danou laacutetku charakteristickaacute se nazyacutevaacute elektrochemickyacute ekvivalent laacutetky Ciacutel Určit elektrochemickyacute ekvivalent mědi v roztoku siacuteranu měďnateacuteho CuSO4 Pomůcky LabQuest ampeacutermetr HCS-BTA žaacuterovka 24 V40 W naacutedoba s roztokem Cu2SO4 zdroj stejnosměrneacuteho napětiacute 24 V digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001
Scheacutema
62
Postup 1 Sestaviacuteme měřeniacute podle scheacutema Katodu připevniacuteme na stativ kteryacute stojiacute na digitaacutelniacutech
vahaacutech 2 Ampeacutermetr HCS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 LabQuestu a ten připojiacuteme přes
USB k PC 3 Digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001 připojiacuteme přes USB k PC 4 Zapneme LabQuest 5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 1 vzoreksekundu 6 Zapneme zdroj proudu 7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a nechaacuteme určitou dobu probiacutehat
měřeniacute
8 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 9 V grafu I = f (t) určiacuteme velikost naacuteboje Q kteryacute prošel obvodem pomociacute volby v menu
Analyacuteza - Integraacutel 10 Vypočiacutetaacuteme elektrochemickyacute ekvivalent mědi A (při elektrolyacuteze roztoku Cu2SO4)
zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pomociacute elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi spočiacutetejte Avogadrovu a Faradayovu
konstantu 2 Naměřeneacute hodnoty porovnejte s tabulkovyacutemi hodnotami 3 Zkus zopakovat měřeniacute s jinyacutem elektrolytem 4 Co může byacutet přiacutečinou naacuterůstu elektrickeacuteho proudu v průběhu měřeniacute (viz vyacuteše)
63
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu
3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
64
65
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu 0000002480
1210103 4
3 Zaacutevěr Elektrochemickyacute ekvivalent mědi měřeniacutem a vyacutepočtem vychaacuteziacute 0000000248 kgmiddotC-1 Tabulkovaacute hodnota elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi je A = 03310-6 kgC-1 Chyba měřeniacute je způsobenaacute nepřesnostiacute měřeniacute
66
67
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
710 MAGNETICKEacute POLE CIacuteVKY
Fyzikaacutelniacute princip
Magnetickaacute indukce uvnitř velmi dlouheacute ciacutevky maacute velikost l
INB kde I je velikost
proudu N je celkovyacute počet zaacutevitů a l je deacutelka ciacutevky
Ciacutel Ověřit zaacutevislost magnetickeacute indukce na velikosti proudu prochaacutezejiacuteciacuteho ciacutevkou Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω ampeacutermetr DCP-BTA teslametr MG-BTA ciacutevka 166 a 332 zaacutevitů regulovatelnyacute zdroj proudu a napětiacute BK 127
Scheacutema
68
Postup 1 Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme teslametr MG-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud
Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Magnetickou indukci a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 mT V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Regulovatelnyacutem zdrojem zvyšujeme napětiacute Kontrolujeme proud ndash max 06 A
Teslametrem měřiacuteme magnetickou indukci uvnitř ciacutevky
6 Vysloviacuteme zaacutevěr - jak zaacutevisiacute magnetickaacute indukce B na velikosti elektrickeacute proudu I
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Ze znalosti počtu zaacutevitů deacutelky ciacutevky a proudu spočiacutetej magnetickou indukci 2 Změň ciacutevku a opakuj měřeniacute 3 Změř jak se měniacute magnetickaacute indukce po podeacutelneacute ose ciacutevky při daneacute hodnotě proudu
69
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = helliphellip A N= 332 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
b) I = helliphellip A N= 166 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
70
3 Zaacutevěr
Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = helliphelliphelliphellip mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je měřeniacutem B = helliphelliphelliphellip mT Tyto hodnoty helliphelliphelliphelliphellip s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Jejich rovnice jsou B = helliphelliphelliphellipmiddotI a B = helliphelliphellipmiddotI
71
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = 05807 A N = 332 z l = 15 cm
mTl
INB 615115058070133104 7
b) I = 061 A N = 166 z l = 15 cm mT
lINB 8480
150610166104 7
72
3 Zaacutevěr Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = 1734 mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je B= 0835 mT Tyto hodnoty souhlasiacute s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je přiacutemaacute uacuteměrnost Jejich rovnice jsou B = 2906middotI a B = 1445middotI
73
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
711 MAGNETICKEacute POLE ZEMĚ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Stejně i Země maacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Zemskeacute magnetickeacute pole v ČR maacute magnetickou indukci 0048 mT Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole Země Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA stojan laboratorniacute uacutehloměr
74
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 03 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve vodorovneacute rovině
otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum (N a S magnetickyacute poacutel) Z maximaacutelniacutech hodnot odečteme vodorovnou amplitudu magnetickeacute indukce B Země
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve svisleacute rovině (N-S směr) otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum Maximaacutelniacute hodnota je hodnotou magnetickeacute indukce B Země
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči sklon indukčniacute čaacutery magnetickeacuteho pole u naacutes v ČR vzhledem k povrchu země 2 Teslametr upevniacuteme do stojanu Pod teslametr položiacuteme uacutehloměr
75
3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev Uacutehel Jednotky deg
4 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Podle kompasu nastaviacuteme teslametr na sever 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 7 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0deg a stiskneme OK 8 Teslametr otočiacuteme o 10deg 9 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 10 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 10deg a stiskneme OK 11 Opakujeme body 8 9 a 10 pro 20deg 30deg 40deg hellip 360deg 12 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 13 Měřeniacute zopakujeme v horizontaacutelniacute rovině v bdquoN ndash Sldquo směru 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
76
77
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
78
79
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(t)
2 Zaacutevěr Velikost vektoru magnetickeacute indukce vychaacuteziacute přibližně B = 005 mT Tento vektor maacute vzhledem k vodorovneacutemu směru uacutehel sklonu 60deg
80
81
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
712 MAGNETICKEacute POLE MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT stojan laboratorniacute permanentniacute magnet
82
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně
přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k severniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně pohybujeme (asi 5 sekund) teslametrem kolmo k podeacutelneacute ose magnetu k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund) Uložiacuteme měřeniacute
83
6 Otevřeme novyacute soubor a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf
7 Zopakujeme měřeniacute pro magnet tvaru podkovy s teslametrem plusmn 140 mT
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev deacutelka
Jednotky cm 2 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Teslametr upevniacuteme do stojanu a postaviacuteme na okraj
magnetickeacuteho pole magnetu tvaru podkovy 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 5 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK 6 Teslametr posuneme o 1 cm 7 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 8 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 1 cm a stiskneme OK 9 Opakujeme body 7 8 a 9 pro 2cm 3 cm 4 cm hellip20 cm 10 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 11 Měřeniacute zopakujeme ve vertikaacutelniacute rovině magnetu (bdquoN ndash Sldquo) 12 Vysloviacuteme zaacutevěr
84
85
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
713 VLASTNOSTI FEROMAGNETICKYacuteCH
LAacuteTEK Fyzikaacutelniacute princip Budeme-li postupně zvětšovat proud I v ciacutevce s jaacutedrem z feromagnetickeacute laacutetky bude se postupně i magnetickaacute indukce B v jaacutedře zvětšovat
Relativniacute permeabilita μr feromagnetickyacutech laacutetek neniacute konstantniacute proto zaacutevislost B = f(I) neniacute lineaacuterniacute Grafem teacuteto zaacutevislosti je křivka ndash hystereacutezniacute smyčka
Hystereacutezniacute smyčka je důležitou charakteristikou feromagnetickyacutech laacutetek Podle tvaru křivky děliacuteme laacutetky na a) magneticky tvrdeacute - majiacute širokou hystereacutezniacute smyčku velkou hodnotu Br a jsou viacutece
odolnějšiacute vůči zmagnetovaacuteniacute (ocel s velkyacutem obsahem uhliacuteku hellip) Po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole zůstaacutevajiacute nadaacutele zmagnetovaacuteny a chovajiacute se jako permanentniacute magnet Jejich magnetickeacute pole lze zrušit pomociacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole opačneacute polarity (např do ciacutevky s jaacutedrem zavedeme proud opačneacuteho směru)
b) magneticky měkkeacute - materiaacutely s uacutezkou hystereacutezniacute smyčkou ktereacute se dajiacute snadno zmagnetovat (magnetofonoveacute paacutesky diskety hellip) Majiacute malou hodnotu Br což znamenaacute že po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole jejich vlastniacute magnetickeacute pole zanikaacute
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole ciacutevky s jaacutedrem v zaacutevislosti na velikosti proudu I Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT ampeacutermetr HCS-BTA stojan laboratorniacute ciacutevka 400 z různaacute jaacutedra regulovatelnyacute zdroj KXN 305D
86
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr plusmn140 mT ke vstupu CH1 LabQuestu Ke vstupu CH2 zapojiacuteme
ampeacutermetr HCS-BTA Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a připojiacuteme ho k USB PC 3 V programu LoggerPro v menu Data ndash Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme Naacutezev
magnetickaacute indukce Značka B Jednotka mT Rovnice Potential57 4 Na ose y zvoliacuteme magnetickaacute indukce a na ose x elektrickyacute proud 5 V menu Experiment ndash Sběr dat hellip zvoliacuteme bdquoNepřerušenyacute sběr datldquo Vzorkovaciacute
frekvence 10 vzorkůsekundu 6 Uvnitř ciacutevky je jaacutedro s feromagneticky měkkeacute oceli Vynulujeme senzor proudu a napětiacute
(teslametr plusmn140 mT) Teslametr přiložiacuteme těsně k jaacutedru (viz scheacutema) 7 Na regulovatelneacutem zdroji napětiacute zvětšujeme pomalu napětiacute až dosaacutehneme proud ciacutevkou
5 A Potom zase zmenšujeme napětiacute (proud) na bdquonululdquo Přepoacutelujeme poacutely zdroje pomociacute banaacutenků nebo dvojpoacutelovyacutem přepiacutenačem
87
8 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat v programu LoggerPro a opakujeme činnost v bodě 7 dvakraacutet Tiacutem se vykresliacute celaacute hystereacutezniacute smyčka Zastaviacuteme sběr dat tlačiacutetkem Stop v programu LoggerPro Uložiacuteme měřeniacute
9 Zopakujeme měřeniacute pro různaacute jaacutedra
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme různaacute jaacutedra z feromagneticky tvrdeacute oceli ndash např šroubovaacutek
2 Z grafu můžeme určit hodnotu zbytkoveacute magnetickeacute indukce Br 3 Proč je pro jaacutedra transformaacutetorů vyacutehodnějšiacute použiacutet feromagneticky měkkou ocel
88
89
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole 714 HALLŮV JEV
Fyzikaacutelniacute princip Hallův jev vznikaacute při průchodu proudu I tenkou polovodičovou destičkou (InSb InAs s odporem 001 až 20 Ohmů a tloušťky cca 01 mm jednaacute se o kompromis mezi maximem citlivost a mechanickeacute pevnosti) obdeacutelniacutekoveacuteho tvaru Při vloženiacute destičky do magnetickeacuteho pole skrze ni prochaacuteziacute indukčniacute tok a přeskupuje naacuteboje v destičce na jednu stranu Tak na bočniacutech stěnaacutech destičky vznikaacute napětiacute (tzv Hallovo napětiacute) ktereacute se daacute vypočiacutetat pomociacute vzorce UH = kIB kde k je konstanta (zahrnuje typ materiaacutelu a tloušťku destičky) I je stejnosměrnyacute proud a B je magnetickaacute indukce způsobenaacute magnetickyacutem polem
Ciacutel Pomociacute teslametru změřit jak zaacutevisiacute napětiacute UH na Hallově sondě na magnetickeacute indukci B magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA teslametr MG-BTA teslametr bdquoza paacuter korunldquo (viz doprovodnyacute text) permanentniacute magnet
90
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 a teslametr MG-BTA ke vstupu CH2
LabQuestu Na teslametru MG-BTA nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Voltmetr VP-BTA připojiacuteme k teslametru bdquoza paacuter korunldquo - je na něm zapojena Hallova sonda na napětiacute 3 V a protilehleacute vyacutevody z Hallovy sondy jsou vyvedeny pomociacute dvou vodičů Na nich budeme měřit UH pomociacute voltmetru VP-BTA LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 2 vzorkysekundu 4 Zapneme zdroj proudu na teslametru bdquoza paacuter korunldquo Vynulujeme oba senzory
Permanentniacute magnet přibliacutežiacuteme k teslametru MG-BTA a teslametru bdquoza paacuter korunldquo na vzdaacutelenost asi 2cm Digitaacutelniacute displej teslametru ukazuje hodnotu 5 mT (viz scheacutema)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem vzdalujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 1)
6 Pak otočiacuteme magnet o 180deg a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem přibližujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 2)
91
7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 8 Opakujeme měřeniacute pro různeacute Hallovy sondy
9 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash jakaacute je zaacutevislost UH na B jakaacute je citlivost
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kde se Hallova sonda použiacutevaacute 2 Jakyacute je rozsah teslametru MG-BTA a jakyacute teslametru bdquoza paacuter korunldquo 3 Zkus změřit magnetickou indukci magnetu bdquoparalelněldquo oběma teslametry U teslametru
bdquoza paacuter korunldquo vlož lineaacuterniacute funkci kteraacute přepočiacutetaacute UH na B
92
93
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
94
95
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr Z grafů je zřejmeacute že se jednaacute o přiacutemou uacuteměrnost Pro prvniacute (modryacute graf) Hallův senzor je rovnice přiacutemeacute uacuteměrnosti B=f(UH) = 333UH mT A pro druhyacute (červenyacute graf) Hallův senzor je rovnice B=f(UH) = 83UH mT
96
97
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
715 MAGNETICKYacute ZAacuteZNAM SIGNAacuteLŮ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickyacute zaacuteznam signaacutelů kteryacutem je uchovaacutevaacutena zvukovaacute či obrazovaacute informace nebo takeacute digitaacutelniacute informace zpracovanaacute počiacutetačem Magnetickyacute zaacuteznam je založen na trvaleacutem zmagnetovaacuteniacute vrstvy feromagnetika (např oxidu železa) naneseneacuteho na nosiči z plastickeacuteho materiaacutelu
Magnetickyacute zaacuteznam se uskutečňuje pomociacute zvlaacuteštniacuteho elektromagnetu ndash zaacuteznamoveacute hlavy
Ciacutel Proveacutest mazaacuteniacute magnetickyacute zaacuteznam sniacutemaacuteniacute a opětneacute mazaacuteniacute na nosič Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA permanentniacute magnet na mazaacuteniacute permanentniacute magnet na zaacuteznam svinovaciacute metr jako nosič zaznamenaneacuteho signaacutelu
98
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru MG-BTA
nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Deacutelka 10 s
Vzorkovaciacute frekvence 20 vzorkůsekunda 4 Nejdřiacuteve provedeme mazaacuteniacute na nosiči (svinovaciacute metr)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu (10 s) rovnoměrnyacutem
pohybem pomociacute teslametru provedeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů na nosiči
6 Provedeme zaacuteznam signaacutelů na nosiči (např čtyřikraacutet)
7 Zopakujeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů (jako v bodě 5) 8 Zopakujeme mazaacuteniacute a sniacutemaniacute (jako v bodě 4 a 5)
99
9 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej zaacuteznam různyacutem (S N) poacutelem permanentniacuteho magnetu Jak se změniacute průběh
signaacutelu 2 Vyzkoušej mazaacuteniacute a zaacuteznam na skutečnyacute nosič ndash paacutesek od videokazety 3 Vyzkoušej zaacuteznam na disketu
100
101
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
716 ELEKTROMAGNETICKAacute INDUKCE
Fyzikaacutelniacute princip Elektromagnetickaacute indukce je jev při ktereacutem vznikaacute elektrickeacute napětiacute ve vodiči změnou magnetickeacuteho pole v okoliacute vodiče (ciacutevky) Indukovaneacute napětiacute zaacutevisiacute na velikosti změny magnetickeacuteho pole i na rychlosti jeho změny
tU i
Indukovaneacute napětiacute maacute takovou polaritu že indukovanyacute proud vytvaacuteřiacute magnetickeacute pole s opačnyacutem směrem indukčniacutech čar než maacute magnetickeacute pole ktereacute indukci vyvolalo (Lenzův zaacutekon)
Ciacutel Změřit indukovaneacute napětiacute Ověřit na čem zaacutevisiacute Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA ciacutevka s jaacutedrem permanentniacute magnet
102
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu Roztočiacuteme permanentniacute magnet v těsneacutem okoliacute ciacutevky (jaacutedra)
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Opakujeme měřeniacute s rychlejšiacutem (pomalejšiacutem) otaacutečeniacutem magnetu 5 Vyměniacuteme magnet za bdquosilnějšiacuteldquo 6 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash na čem zaacutevisiacute indukovaneacute napětiacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkus ciacutevku s jinyacutem počtem zaacutevitů 2 Zkus pohybovat membraacutenou reproduktoru a měřit indukovaneacute napětiacute 3 Zkus napjatou strunu umiacutestit do magnetickeacuteho pole a na niacute měřit velikost indukovaneacuteho
napětiacute
103
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
717 DEMONSTRACE VOLNEacuteHO PAacuteDU MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Volnyacute paacuted je rovnoměrně zrychlenyacute pohyb volně padajiacuteciacuteho tělesa v bliacutezkosti země K měřeniacute pohybu volneacuteho paacutedu tělesa (magnetu) použijeme trubici z nevodiveacuteho materiaacutelu Na trubici jsou v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech navinuty ciacutevky ktereacute jsou navzaacutejem spojeneacute do seacuterie Spojeniacute ciacutevek připojiacuteme k voltmetru a zobraziacuteme časovyacute zaacuteznam napětiacute na jednotlivyacutech ciacutevkaacutech při pohybu magnetu trubiciacute vnitřkem jednotlivyacutech ciacutevek
Ciacutel Změřit časovyacute průběh indukovaneacuteho napětiacute při pohybu (volneacutem paacutedu) magnetu vnitřkem ciacutevek Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA neodymovyacute magnet (vaacuteleček) 2 m dlouhaacute PPR trubka 25x35 PN16 na ktereacute jsou navinuty ciacutevky (10 z) v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech
104
Scheacutema
105
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Sestaviacuteme obvod podle
scheacutema Voltmetr připojiacuteme ke koncům seacuterioveacuteho spojeniacute ciacutevek LabQuest připojiacuteme k PC přes USB
2 Zapneme LabQuest V programu Logger Pro v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 06 s Frekvence 1 000 vzorkůs Daacutele Trigger je rostouciacute přes 001 V
3 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat (měřeniacute) v programu Logger Pro Neodymovyacute magnet vložiacuteme do uacutestiacute PPR trubky a pustiacuteme
4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme časoveacute intervaly mezi jednotlivyacutemi průchody
magnetu Daacutele vypočiacutetaacuteme rychlosti v jednotlivyacutech intervalech Určiacuteme zrychleniacute mezi jednotlivyacutemi intervaly Přiacuteklad vyacutepočtu pro vyacuteše uvedeneacute měřeniacute
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyložte průběh zaacuteznamu z hlediska velikosti a polarity jednotlivyacutech napětiacute a jejich
umiacutestěniacute na ose času 2 Zopakuj měřeniacute s padajiacuteciacutem magnetem s opačnou orientaciacute poacutelů magnetu 3 Jak se změniacute časovyacute průběh při použitiacute delšiacuteho magnetu (viacutece vaacutelečků) 4 Zopakuj měřeniacute s tiacutem že konec trubky ucpeš gumovou zaacutetkou 5 Připoj k vyacutestupu signaacutelu z ciacutevek zesilovač a reproduktor a poslechem sleduj volnyacute paacuted
magnetu
106
107
Střiacutedavyacute proud 718 PŘECHODNYacute DĚJ Fyzikaacutelniacute princip Přechodnyacutem dějem v obvodu s kondenzaacutetorem nebo s ciacutevkou nazyacutevaacuteme skokovou změnu napětiacute a proudu na kondenzaacutetoru a ciacutevce Tuto změnu vyvolaacuteme sepnutiacutem nebo vypnutiacutem spiacutenače (přepiacutenače) Ciacutel Určit jak se měniacute napětiacute a proud v obvodu s kondenzaacutetorem a s ciacutevkou při přechodneacutem ději Pomůcky LabQuest ciacutevka 1 200 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr VP-BTA voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
a) b)
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr
DCP-BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema a)
108
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Zapojiacuteme obvod podle scheacutema b) 6 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 1 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 A Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a hned ho přepneme zpět
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zamysli se co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru (ciacutevky) ke zdroji
napětiacute a co se děje při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute k rezistoru Kde se to daacute využiacutet 2 Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Zkus to
vymyslet a potom ověř měřeniacutem
109
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
2 Doplňkoveacute otaacutezky a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k
rezistoru c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute
110
d) 4) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru
e) 5) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů f) 6) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
111
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 27 degC
Tlak 1008 hPa
Vlhkost 53
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
112
3 Doplňkoveacute otaacutezky
a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute dochaacuteziacute k jeho nabiacutejeniacute Na kondenzaacutetoru se akumuluje elektrickyacute naacuteboj (zvětšuje se jeho elektrickaacute energie) V okamžiku zapojeniacute bude obvodem prochaacutezet největšiacute elektrickyacute proud Nenabityacute kondenzaacutetor se zpočaacutetku chovaacute jako zkrat Čiacutem viacutece se však bude kondenzaacutetor nabiacutejet (bude v něm vzrůstat nahromaděnyacute naacuteboj) a poroste jeho napětiacute tiacutem menšiacute proud bude prochaacutezet obvodem
b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k rezistoru Po odpojeniacute obvodu od zdroje napětiacute se začiacutenaacute kondenzaacutetor vybiacutejet (chovaacute se jako zdroj) Elektrickaacute energie kterou kondenzaacutetor vybije se v rezistoru přeměniacute na teplo Teoreticky se kondenzaacutetor vybiacutejiacute nekonečně dlouhou dobu V okamžiku odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje napětiacute prochaacuteziacute obvodem velkyacute proud opačnyacutem směrem než při zapojeniacute ke zdroji napětiacute Napětiacute i proud postupně klesajiacute
c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute ciacutevky ke zdroji stejnosměrneacuteho napětiacute začne obvodem prochaacutezet proud kteryacute na ciacutevce způsobiacute indukovaacuteniacute napětiacute jež je uacuteměrneacute časoveacute změně magnetickeacuteho indukčniacuteho toku a s polaritou působiacuteciacute proti napětiacute zdroje Proud v obvodu se proto zvětšuje na svou maximaacutelniacute hodnotu jen postupně neboť čaacutest energie dodaacutevaneacute ze zdroje do obvodu se spotřebovaacutevaacute na vytvaacuteřeniacute magnetickeacuteho pole ciacutevky (indukovaneacute napětiacute na ciacutevce postupně klesaacute) Proud se ustaacuteliacute teprve v okamžiku kdy se časovaacute změna magnetickeacuteho indukčniacuteho toku bude rovna nule (to platiacute i pro indukovaneacute napětiacute na ciacutevce)
d) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru Po odpojeniacute ciacutevky od zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute se začne v ciacutevce indukovat napětiacute opačneacute polarity (může dosaacutehnout vyššiacutech hodnot než je napětiacute zdroje) než v předešleacute faacutezi ktereacute způsobiacute zpomaleniacute zaacuteniku magnetickeacuteho pole Směr toku proudu zůstaacutevaacute nezměněn Energie magnetickeacuteho pole ciacutevky se přeměniacute na rezistoru na teplo Proud i napětiacute tedy rychle ale postupně klesajiacute k nuloveacute hodnotě
e) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Kondenzaacutetor Čiacutem menšiacute odpor maacute rezistor tiacutem rychleji se kondenzaacutetor nabije a tiacutem rychleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor rychle vybije a vzniklyacute proud v obvodu rychle klesaacute Čiacutem většiacute odpor maacute rezistor tiacutem pomaleji se rezistor nabije a tiacutem pomaleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor vybije pomaleji a vzniklyacute proud v obvodu pozvolna klesaacute Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud Ciacutevka Čiacutem menšiacute odpor majiacute rezistory tiacutem pozvolněji klesaacute indukovaneacute napětiacute vznikleacute na ciacutevce při zapojeniacute ke zdroji Toteacutež platiacute pro elektrickyacute proud kteryacute se v tomto přiacutepadě ustaacuteliacute za delšiacute časovyacute okamžik Jinak je tomu v přiacutepadě že rezistory majiacute většiacute odpor Indukovaneacute napětiacute klesaacute rychleji a proud se v obvodu ustaacuteliacute na konstantniacute hodnotě za velmi kraacutetkou dobu Při odpojeniacute od zdroje klesajiacute proud a napětiacute v obou přiacutepadech přibližně stejně Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud
113
Kondenzaacutetor + rezistor 50 Ω + rezistor 200 ΩCiacutevka + rezistory 50 Ω + rezistory 200 Ω
114
f) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
Řada přechodnyacutech jevů je nežaacutedouciacute protože způsobiacute např kraacutetkodobeacute přetiacuteženiacute obvodu a tiacutem zkracujiacute životnost zařiacutezeniacute (zapnutiacute studeneacute žaacuterovky ndash naacuterazovyacute proud je až desetkraacutet většiacute než ustaacutelenyacute proud) Některeacute přechodneacute děje jsou však žaacutedouciacute a některeacute obvody jsou přiacutemo na využitiacute přechodnyacutech dějů založeny (generaacutetory klopneacute obvody) V elektronice existujiacute přechodneacute děje založeneacute na RC RL a RLC obvodech vzhledem k co možnaacute nejmenšiacutem použiacutevaacuteniacute ciacutevek majiacute největšiacute vyacuteznam při nabiacutejeniacute a vybiacutejeniacute kondenzaacutetory Obecně jsou v elektronice nejrozšiacuteřenějšiacute tepelneacute přechodneacute jevy V silnoproudeacute elektronice se měřiacute oteplovaciacute křivky elektrickyacutech strojů v počiacutetačoveacute technice se měřiacute otepleniacute hlavniacuteho procesoru měřeniacute teploty harddisku atd
115
Střiacutedavyacute proud 719 STŘIacuteDAVYacute PROUD S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem maacute časovyacute diagram napětiacute stejnou faacutezi (faacutezovyacute rozdiacutel je nulovyacute) jako časovyacute diagram proudu
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
116
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Um f Im T a (faacutezovyacute rozdiacutel) Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a u
5 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zakreslete faacutezorovyacute diagram 2 Určete z grafů velikost odporu rezistoru
117
Střiacutedavyacute proud 720 VYacuteKON STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem je okamžitaacute hodnota vyacutekonu p = ui = Ri2 = RIm
2sin2t
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem a zobrazit časovyacute diagram vyacutekonu Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
118
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Zvoliacuteme zaacuteložku tabulka V menu Tabulka zvoliacuteme Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec Naacutezev ndash
Vyacutekon Jednotka ndash W Tvar vyacuterazu XY Sloupec pro X ndash proud Sloupec pro Y ndash napětiacute
5 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Pm f Im T Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a p
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jakyacute je poměr frekvence okamžiteacute hodnoty vyacutekonu a okamžiteacute hodnoty proudu 2 Určete z grafu okamžiteacute hodnoty vyacutekonu středniacute hodnotu vyacutekonu P
119
Střiacutedavyacute proud 721 STŘIacuteDAVYacute PROUD S INDUKČNOSTIacute
Fyzikaacutelniacute princip
Induktance je veličina I
UX L Induktance XL je přiacutemo uacuteměrnaacute indukčnosti ciacutevky L a
frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute induktance indukčnost ciacutevky Ověřit že induktance na indukčnosti a frekvenci zaacutevisiacute přiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω voltmetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z a voltmetrem (ry) 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute
(Zesilovač)
120
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a indukčnosti Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z Vypočiacutetaacuteme induktanci XL Z induktance a frekvence vypočiacutetaacuteme indukčnost L
5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XL = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Miacutesto ciacutevky zapoj tlumivku (2times47 mH) a proveď stejneacute měřeniacute V čem se lišiacute zaacutevislost
XL = f(f) Proč se lišiacute
2 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na indukčnosti pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu
3 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty induktance pro vyššiacute frekvence 4 Zkus změřit přechodnyacute děj na indukčnosti
121
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900
1000 průměr
122
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr
2 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
123
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25degC
Tlak 1004 hPa
Vlhkost 53
3 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
RUL hellipstejnosměrnyacute obvod
IUL 22
ciacutevkyRZ fX L
2
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00364 01620 44510 (Rciacutevky) 00000 00000
100 09600 00096 00460 47917 17744 00028 200 09440 00094 00600 63559 45372 00036 300 09410 00094 00800 85016 72433 00038 400 09380 00094 00990 105544 95699 00038 500 09360 00094 01210 129274 121369 00039 600 09340 00093 01430 153105 146492 00039 700 09300 00093 01640 176344 170634 00039 800 09260 00093 01860 200864 195870 00039 900 09230 00092 02090 226436 222018 00039
1000 09160 00092 02290 250000 246006 00039 průměr 00037
124
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00367 00673 18338 (Rciacutevky) 00000 00000
100 63300 00633 15760 248973 248297 00395 200 59700 00597 26440 442881 442501 00352 300 55100 00551 35240 639564 639301 00339 400 49400 00494 43500 880567 880376 00350 500 42700 00427 50400 1180328 1180185 00376 600 34760 00348 56300 1619678 1619574 00430 700 26080 00261 61300 2350460 2350389 00534 800 15650 00157 65000 4153355 4153314 00826 900 07050 00071 66600 9446809 9446791 01671
1000 04850 00049 66800 13773196 13773184 02192 průměr 00747
4 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
Graf pro školniacute ciacutevku 400 zaacutevitů Ciacutevka neobsahuje jaacutedro induktance je teacuteměř přesně lineaacuterniacute funkciacute frekvence střiacutedaveacuteho napětiacute Konstantou uacuteměry je vyacuteraz 2πL kde L je indukčnost ciacutevky Indukčnost je teacutež konstantniacute Graf pro tlumivku 47 mH Induktance neniacute lineaacuterniacute funkciacute frekvence Přiacutečinou je jaacutedro na němž je namotaacuten vodivyacute draacutet ciacutevky Z toho důvodu nelze indukčnost ciacutevky L považovat za konstantniacute hodnotu
125
Střiacutedavyacute proud 722 STŘIacuteDAVYacute PROUD S KAPACITOU
Fyzikaacutelniacute princip
Kapacitance je veličina I
UX C Kapacitance XC je nepřiacutemo uacuteměrnaacute kapacitě
kondenzaacutetoru C a frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute kapacitance kapacitu kondenzaacutetoru Ověřit že kapacitance na kapacitě a frekvenci zaacutevisiacute nepřiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) rezistor 100 Ω voltmetr (y)
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetrem (ry)
126
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a kondenzaacutetoru Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme kapacitanci XC Z kapacitance a frekvence vypočiacutetaacuteme kapacitu C 5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XC = f(f) 8 Porovnej hodnotu kapacity vypočiacutetanou a jmenovitou
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru
2 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty kapacitance pro vyššiacute frekvence 3 Zkus změřit přechodnyacute děj na kondenzaacutetoru
127
Střiacutedavyacute proud 723 SLOŽENYacute OBVOD STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU
Fyzikaacutelniacute princip
Impedance je veličina I
UZ Při seacuterioveacutem spojeniacute prochaacuteziacute rezistorem ciacutevkou a
kondenzaacutetorem složenyacutem obvodem RLC stejnyacute proud i Ciacutel Určit pomociacute vyacutesledneacuteho napětiacute a proudu impedanci Z Určit jak zaacutevisiacute impedance Z na frekvenci f Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) voltmetr - multimetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetry
128
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a celkoveacute napětiacute Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z 5 Změniacuteme kmitočet na 400 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 800 Hz 1 200 Hz 10 000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti Z = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jak se měniacute impedance Z v zaacutevislosti na kmitočtu Zkus vysvětlit proč tomu tak je
2 Sestroj graf Z = f(f) podle vzorce 2
2 1
CLRZ
kde f (0 Hz 10 kHz)
R = 100 Ω C = 47 μF a L = 41 mH Porovnej grafy (naměřenyacute a teoretickyacute)
0000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
3 Kde se využiacutevaacute teacuteto zaacutevislosti Vysvětli Jak se změniacute tyto zaacutevislosti změniacuteme-li hodnotu kapacity nebo indukčnosti
4 Zkus změřit podobnou zaacutevislost Z = f(f) pro paralelniacute obvod RLC Pozor Vzhledem k maleacutemu vnitřniacutemu odporu ciacutevky L při niacutezkyacutech kmitočtech je potřeba zařadit k obvodu RLC seacuteriově rezistor 100 Ω
5 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute na rezistoru ciacutevce a kondenzaacutetoru a hodnotu proudu na rezistoru pomociacute druheacuteho LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute jednotlivyacutech napětiacute vzhledem k proudu
129
Střiacutedavyacute proud 724 USMĚRŇOVAČ Fyzikaacutelniacute princip V usměrňovači střiacutedaveacuteho proudu se využiacutevaacute zaacutekladniacute vlastnosti polovodičoveacute diody bdquopropustit proud pouze jedniacutem směremldquo K usměrněniacute se využiacutevaacute jednocestnyacute usměrňovač nebo dvoucestnyacute usměrňovač (Graetzovo zapojeniacute) K vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho zapojeniacute se použiacutevaacute kondenzaacutetor a tlumivka Ciacutel Určit průběh stejnosměrneacuteho pulzujiacuteciacuteho napětiacute po usměrněniacute jednocestnyacutem a dvoucestnyacutem usměrňovačem Daacutele pak určit průběh po vyhlazeniacute Pomůcky LabQuest ciacutevka 400 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF diody voltmetr VP-BTA multimetr zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute - transformaacutetor
Scheacutema
130
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Ke zdroji střiacutedaveacuteho napětiacute
(transformaacutetor ndash napětiacute maximaacutelně 6 V) připojiacuteme rezistor a k němu voltmetr (podle scheacutema) Multimetrem změřiacuteme efektivniacute hodnotu střiacutedaveacuteho napětiacute
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 004 s Frekvence 10 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V
3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Z grafu určiacuteme maximaacutelniacute
hodnotu (amplitudu) periodu a vypočiacutetaacuteme frekvenci Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 5 Zapojiacuteme jednocestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 6 Zapojiacuteme dvoucestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 7 Zapojiacuteme kondenzaacutetor a tlumivku a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty
131
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měniacuteme různeacute hodnoty kondenzaacutetorů a tlumivek 2 Proč v zapojeniacutech s diodou (diodami) dochaacuteziacute k poklesu napětiacute a jakou maacute tento pokles
velikost Čemu tato velikost odpoviacutedaacute 3 Popiš vliv kondenzaacutetoru a tlumivky na vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute Proč
se zapojujiacute paralelně (do seacuterie)
132
133
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
134
2 Tabulka Umax= Uef=
3 Zaacutevěr
135
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
2 Tabulka Umax= 45 V Uef= 32 V 3 Zaacutevěr Různeacute změny hodnot kondenzaacutetorů a tlumivek majiacute vliv na menšiacute nebo většiacute vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute V zapojeniacutech s diodami dochaacuteziacute k poklesu napětiacute přibližně 05 V a to z důvodu uacutebytku napětiacute na diodě (dvou diodaacutech u dvoucestneacuteho zapojeniacute) Kondenzaacutetor se při maximaacutelniacute hodnotě napětiacute nabiacutejiacute a při poklesu napětiacute vybiacutejiacute a dodaacutevaacute el energii v tomto okamžiku Tlumivka zapojenaacute v seacuterii braacuteniacute rychlyacutem změnaacutem napětiacute
136
137
Střiacutedavyacute proud v energetice
725 TROJFAacuteZOVAacute SOUSTAVA
Fyzikaacutelniacute princip Třiacutefaacutezoveacute napětiacute vznikaacute otaacutečeniacutem magnetu v soustavě třiacute ciacutevek (alternaacutetor) Maacuteme tedy tři zdroje střiacutedaveacuteho napětiacute ndash faacuteze Třiacutefaacutezovyacute rozvod lze využiacutet k zapojeniacute do hvězdy (a)) nebo k zapojeniacute do trojuacutehelniacuteku (b)) Faacutezoveacute napětiacute (u1 u2 u3) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 230 V) mezi středniacutem vodičem (N) a faacutezovyacutem vodičem (L1 L2 L3) Sdruženeacute napětiacute (u12 u13 u23) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 400 V) mezi libovolnyacutemi dvěma faacutezovyacutemi vodiči
Ciacutel Změřit časovyacute průběh napětiacute třiacute faacuteziacute v zapojeniacute do hvězdy Ověřit že součet napětiacute v každeacutem čase je nulovyacute Ověřit že poměr sdruženeacuteho a faacutezoveacuteho napětiacute je 173 times většiacute Pomůcky LabQuest zdroj třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute 3 rezistory 100 Ω 3 voltmetry VP-BTA
Scheacutema
138
Postup 1 Připojiacuteme 3 voltmetry VP-BTA ke vstupům CH1 CH2 a CH3 LabQuestu Zapojiacuteme
obvod podle scheacutema Na zdroji třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute nastaviacuteme hodnotu faacutezoveacuteho napětiacute do 5 V
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme v každeacutem časoveacutem okamžiku okamžiteacute hodnoty
napětiacute u1 u2 a u3 a provaacutediacuteme jejich součet ndash ověřujeme že součet je nulovyacute 6 Střiacutedavyacutem voltmetrem změřiacuteme sdruženeacute a faacutezoveacute napětiacute (efektivniacute hodnoty)
a vypočiacutetaacuteme jejich poměr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z grafu ndash časoveacuteho průběhu napětiacute urči o jakou čaacutest periody jsou posunuta napětiacute 2 Z grafu urči jakaacute je frekvence a perioda střiacutedavyacutech napětiacute 3 Jakyacute je poměr efektivniacute a maximaacutelniacute hodnoty faacutezoveacuteho střiacutedaveacuteho napětiacute ktereacute jsi
naměřil 4 Z grafu urči amplitudu sdruženeacuteho napětiacute a amplitudu faacutezoveacuteho napětiacute Jakyacute je jejich
poměr
139
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) =
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o helliphelliphellip periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = helliphelliphellip Hz Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = helliphelliphellip s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
140
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) =
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = V Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = helliphelliphellip
141
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = 0 V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = 410 V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) = 3 173
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o třetinu periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = 50 Hz
142
Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = 002 s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) = 2 14
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = 591 V
Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = 3 174
143
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
726 ELEKTROMAGNETICKYacute OSCILAacuteTOR
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacutem elektromagnetickyacutem oscilaacutetorem je obvod tvořenyacute ciacutevkou a kondenzaacutetorem - obvod LC nebo oscilačniacute obvod Kondenzaacutetor spojiacuteme se zdrojem stejnosměrneacuteho napětiacute 45 V (plochaacute baterie viz scheacutema) Přepiacutenačem připojiacuteme nabityacute kondenzaacutetorem k ciacutevce V obvodu vznikne elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Energie elektrickeacuteho pole kondenzaacutetoru se měniacute na energii magnetickeacuteho pole ciacutevky a naopak V oscilačniacutem obvodu nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute
Ciacutel Změřit napětiacute a proud v oscilačniacutem obvodu Ověřit elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute oscilačniacuteho obvodu je tlumeneacute Pomůcky LabQuest voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA kondenzaacutetor 2 200 microF ciacutevka s jaacutedrem 1 200 z přepiacutenač
Scheacutema
Postup 1 Voltmetr a ampeacutermetr zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Obvod zapojiacuteme podle scheacutema Přepiacutenač je v poloze bdquo1ldquo (kondenzaacutetor se nabiacutejiacute) 3 Zapneme LabQuest a připojiacuteme jej přes USB k PC
144
4 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Trvaacuteniacute 2 s Vzorkovaciacute frekvence 200 vzorkůsekundu Trigger zatrhneme Spuštěniacute triggeru když napětiacute je rostouciacute přes 005 V
5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme tlačiacutetko Sběr dat 6 Přepneme přepiacutenač do polohy bdquo2ldquo
7 Z grafu odečteme periodu kmitaacuteniacute Určiacuteme kmitočet 8 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změřiacuteme indukčnost L (multimetrem) a vypočiacutetaacuteme periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute
Porovnaacuteme s naměřenou hodnotou 2 Změň parametry součaacutestek (indukčnost kapacita) a zopakuj měřeniacute
145
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
T = helliphelliphellip s f = helliphelliphellip Hz 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
146
147
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
Naměřeneacute T = 0614 s f = 162 Hz Vypočiacutetaneacute L = 154 H C = 22 mF T= )(2 CL = 0366 s
3 Zaacutevěr V elektromagnetickeacutem oscilaacutetoru se přeměňuje elektrickaacute energie na energii magnetickeacuteho pole a naopak Nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Je zde patrnaacute analogie mezi ději mechanickyacutemi (kmitaacuteniacute) a elektromagnetickyacutemi
148
149
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
727 VLASTNOSTI ELEKTROMAGNETICKEacuteHO
VLNĚNIacute Fyzikaacutelniacute princip Magnetickeacute pole můžeme znaacutezornit pomociacute indukčniacutech čar
Elektrickeacute pole popisujeme elektrickyacutemi siločarami
Elektrickeacute a magnetickeacute pole spolu často souvisejiacute Mluviacuteme pak o elektromagnetickeacutem poli Elektromagnetickeacute vlny jsou přiacutečneacute a šiacuteřiacute se i ve vakuu Šiacuteřiacute se rychlostiacute světla Elektromagnetickyacutemi vlnami se přenaacutešejiacute signaacutely rozhlasu televize mobilniacutech telefonů atd I světlo je elektromagnetickeacute vlněniacute (zaacuteřeniacute)
Mezi frekvenciacute f vlnovou deacutelkou λ a rychlostiacute šiacuteřeniacute elektromagnetickeacuteho vlněniacute c (světla)
platiacute vzoreccf
Ciacutel Změřit vlnovou deacutelku elektromagnetickeacuteho vlněniacute Prokaacutezat polarizaci elektromagnetickeacute vlny
150
Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA bezdraacutetovyacute zvonek ndash tlačiacutetko pracujiacuteciacute na frekvenci 43392 MHz přijiacutemač s půlvlnnyacutem dipoacutelem (viz přiacutespěvek od Oldřicha Lepila)
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Pohybujeme rovnoměrnyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 1) 5 Z poloh maxim a minim určiacuteme vlnovou deacutelku 6 Uložiacuteme měřeniacute 7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Pohybujeme rovnoměrnyacutem otaacutečivyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 2) 9 Stejnou vlastnost můžeme ukaacutezat tak že mezi vysiacutelač a přijiacutemač vložiacuteme mřiacutežku kterou
otaacutečiacuteme v rovině kolmeacute ke směru šiacuteřeniacute vlněniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash vlnovaacute deacutelka a polarizace elektromagnetickeacuteho vlněniacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej jak zaacutevisiacute velikost naměřeneacuteho napětiacute na vzdaacutelenosti vysiacutelače od přijiacutemače 2 Pomociacute mřiacutežky nebo plechu vyzkoušej odraz vlněniacute (a interferenci)
9
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 71 Elektrickyacute naacuteboj Coulombův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf působeniacute elektrickyacutech sil po zapnutiacute zdroje vn
Velikost siacutely F = mN 2 Vyacutepočet
221
02
21
41
rQQ
rQQ
kFr
e
=
1441
41 63
221
0 ra
ra
rQQ
Fr
e =
3 Tabulka - Zaacutevěr
10
11
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 71 Elektrickyacute naacuteboj Coulombův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf působeniacute elektrickyacutech sil po zapnutiacute zdroje vn
Velikost siacutely F = 17 mN 2 Vyacutepočet
221
02
21
41
rQQ
rQQ
kFr
e
= mN816
060)1082(109 2
299
1441
41 63
221
0 ra
ra
rQQ
Fr
e = 166 mN
3 Zaacutevěr Naměřenaacute hodnota elektrickeacute siacutely se shoduje s vypočiacutetanou
12
13
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole
72 KAPACITA KONDENZAacuteTORU
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q= f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Určit kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute přechodneacuteho děje ndash vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod dle scheacutema a)
14
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V těsně před přepnutiacutem přepiacutenače 6 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q =C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
7 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 2 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 1 000 Ω)
15
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty
a) U = Q =
b) UQC
3 Zaacutevěr
16
17
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25 degC
Tlak 998 hPa
Vlhkost 53
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty U = 481 V Q = 0010036 C
UQC F002150
814010360
3 Zaacutevěr
Jmenovitaacute hodnota kapacity kondenzaacutetoru je 2 200microF Změřenaacute a vypočiacutetanaacute je 2 150 microF
18
19
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole 73 VYBIacuteJENIacute KONDENZAacuteTORŮ
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q = f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Změřit vybiacutejeciacute křivku kondenzaacutetoru Určit kapacitu kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 1 kΩ 2 ks kondenzaacutetory 2 200 μF voltmetr VP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry DVP-BTA ke vstupu CH1 a CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod
podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 30 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 1 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
20
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač podle scheacutema a po sekundě (odhadneme) přepneme přepiacutenač opačně
5 Měřeniacute uložiacuteme Opakujeme pro dva kondenzaacutetory zapojeneacute paralelně a do seacuterie 6 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V (začaacutetek měřeniacute) 7 Vytvořiacuteme novou vypočiacutetaacutevanou veličinu I = UR (R = 1 000 Ω) 8 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q = C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
9 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči rovnici funkce U = f (t) přiacutepadně I = f (t) 2 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 3 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 10 kΩ)
21
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
CeAU tB = helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
22
23
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
598100324 23750 ttB eCeAU (červenyacute graf) 3 Zaacutevěr
Napětiacute na kondenzaacutetoru při vybiacutejeniacute klesaacute podle exponenciaacutelniacute funkce
24
25
Elektrickyacute proud v kovech 74 OHMŮV ZAacuteKON
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon Pokud maacute kovovyacute vodič staacutelou teplotu je proud prochaacutezejiacuteciacute vodičem přiacutemo uacuteměrnyacute napětiacute mezi konci vodiče (r 1826 GSOhm) Grafem přiacutemeacute uacuteměrnostiacute je přiacutemka prochaacutezejiacuteciacute počaacutetkem Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky a rezistory 12 Ω 33 Ω a 100 Ω Pomůcky LabQuest rezistor 33 Ω a 100 Ω žaacuterovka 6 V03 A voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 60 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme napětiacute
Vlevo 0 Vpravo 6 V Na ose y zvoliacuteme Elektrickyacute proud a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 06 A V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
26
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Reostatem pomalu zvyšujeme napětiacute a proud Hodnota napětiacute nesmiacute překročit 5 V a
proudu 06 A Zobrazuje se tzv voltampeacuterovaacute charakteristika Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro rezistor 33 Ω a pro žaacuterovku
7 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Platiacute Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky 2 Porovnej voltampeacuteroveacute charakteristiky rezistorů s různyacutemi hodnotami odporů 3 Zkus vymyslet jak ověřiacuteš že Ohmův zaacutekon platiacute i pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky
27
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
a) pro žaacuterovku
b) pro vodič
28
2 Zaacutevěr
29
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
pro žaacuterovku a pro vodič (rezistor)
2 Zaacutevěr Pro žaacuterovku nevychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) protože se teplota wolframoveacuteho vlaacutekna měniacute a tiacutem i jeho odpor Pro rezistory (vodič) vychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) Sklon polopřiacutemky zaacutevisiacute na odporu vodiče ndash čiacutem je odpor většiacute tiacutem je sklon menšiacute
30
31
Elektrickyacute proud v kovech
75 OHMŮV ZAacuteKON PRO UZAVŘENYacute OBVOD
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Proud v uzavřeneacutem obvodu je roven podiacutelu elektromotorickeacuteho napětiacute Ue zdroje a celkoveacuteho odporu R + Ri kde Ri je vnitřniacute odpor zdroje
i
e
RRUI
Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat 100 Ω a 10 kΩ
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema
32
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Elektrickeacute napětiacute a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 V V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat - Ampeacutermetr Reostat 100 Ω a 10 kΩ nastaviacuteme na max hodnoty odporu
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Sepneme spiacutenač 5 Reostatem 10 kΩ pomalu (10 s) zvětšujeme proud (hodnota odporu na min) Jakmile
reostat 10 kΩ vytočiacuteme do krajniacute polohy (min) pokračujeme stejně reostatem 100 Ω do krajniacute polohy (min) Hodnota proudu nesmiacute překročit 06 A což při napětiacute 45 V zajistiacute rezistor 10 Ω Zobrazuje se tzv zatěžovaciacute charakteristika zdroje Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro různě stareacute plocheacute baterie
7 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku Napětiacute
Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute Určiacuteme koeficienty lineaacuterniacute funkce Opakujeme pro všechny grafy
8 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona pro uzavřenyacute obvod)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z koeficientů lineaacuterniacutech funkciacute určete napětiacute napraacutezdno U0 a zkratovyacute proud Ik Daacutele
určete vnitřniacute odpor Ri plocheacute baterie noveacute a stareacute 2 Vnitřniacute odpor plocheacute baterie se staacuteřiacutem zvětšuje Jak se to projevuje na zatěžovaciacute
charakteristice
33
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
1 Vyacutepočet a) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip
b) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip 2 Zaacutevěr
34
35
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
2 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
3 Vyacutepočet a) U = f(I)= -09126I+4925 U0=4925 V Ik=54 A Ri=09126 b) U = f(I)= -5011I+445 U0=445 V Ik=089 A Ri=5011 c) U = f(I)= -RiI+U0= -4244I+4132 U0=4132V Ik=097 A Ri=4244 4 Zaacutevěr Novaacute plochaacute baterie maacute většiacute svorkoveacute napětiacute na praacutezdno U0 většiacute zkratovyacute proud Ik a menšiacute vnitřniacute odpor Ri U staršiacute (reacute) plocheacute baterie je to naopak
36
37
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 76 TERMISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Termistor je polovodičovaacute součaacutestka jejiacutež odpor zaacutevisiacute na teplotě
Z teorie vyplyacutevaacute že zaacutevislost odporu termistoru na teplotě je daacutena vztahem
16273 tT eAeAR
(1) T hellip termodynamickaacute teplota R hellip odpor termistoru při daneacute teplotě T A hellip lineaacuterniacute koeficient β hellip index citlivosti materiaacutelu termistoru Pokud bychom chtěli využiacutevat termistor jako teploměr budeme potřebovat znaacutet inverzniacute funkci (2) tedy funkci vyjadřujiacuteciacute zaacutevislost teploty na odporu Tuto funkci ziacuteskaacuteme z rovnice (1) aplikovaacuteniacutem přirozeneacuteho logaritmu naacuteslednou uacutepravou a převedeniacutem do Celsiovy stupnice
15273ln
15273lnln
ARAR
t (2)
t hellip teplota ve degC R hellip odpor termistoru v Ω Ciacutel Změř zaacutevislost odporu termistoru na teplotě Z grafu urči konstanty A a β
38
Pomůcky LabQuest ohmmetr (musiacute byacutet nainstalovaacuten) teploměr TMP-BTA rychlovarnaacute konvice s horkou vodou termistory se jmenovitou hodnotou odporu 47 kΩ 10 kΩ 15 kΩ počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 V konvici si ohřejeme vodu 2 Teploměr TMP-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 2 a ohmmetr do konektoru CH 1
LabQuestu 3 K ohmmetru připojiacuteme termistor (10 kΩ) kteryacute zastrčiacuteme společně s teploměrem do
kaacutedinky 4 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 5 Zapneme LabQuest 6 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko
zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance) 7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s
Frekvence 1 čteniacutes 8 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a
na osu x Teplotu
39
9 Nalejeme horkou vodu z konvice do kaacutedinky s teploměrem a termistorem a zapneme Sběr dat v programu LoggerPro
10 Voda postupně chladne a počiacutetač vykresluje graf zaacutevislosti R = f(t) Ochlazovaacuteniacute můžeme pomalu urychlovat opatrnyacutem přileacutevaacuteniacutem studeneacute vody a současnyacutem miacutechaacuteniacutem Pro hlubšiacute ochlazeniacute můžeme použiacutet kousek ledu
11 Po skončeniacute měřeniacute (300 s) uložiacuteme toto měřeniacute do paměti ndash menu Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute a můžeme opakovat měřeniacute pro dalšiacute termistor Nebo při měřeniacute použiacutet současně dva ohmmetry (CH 2 a CH 3) a dva termistory
12 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash sestrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a β
2 V programu Logger Pro můžeme v menu Analyacuteza ndash Curve Fit zkusit proložit funkci kterou si vybereme ze seznamu A určiacuteme koeficienty A a β Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že zvolenaacute funkce bdquofungujeldquo
3 Zdůvodněte proč odpor termistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
40
41
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
3 Jakaacute je to funkce
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R )
Termistor
Termistor
Termistor
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
42
43
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
Termistory 15k 10k a 4k7 dosahujiacute jmenoviteacute hodnoty přibližně při 25 degC Termistory s většiacutem jmenovityacutem odporem majiacute při stejně velkeacute změně teploty většiacute změnu odporu Index citlivosti materiaacutelu je přibližně stejnyacute
3 Jakaacute je to funkce
Exponenciaacutelniacute klesajiacuteciacute 16273 tT eAeAR
44
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R ) Termistor 15000Ω 3285 02388 15273
3285
23880 teR 15273
23880lnln3285
R
t
Termistor 10000Ω 3592 005836 15273
3592
058360 teR 15273
058360lnln3592
R
t
Termistor 4700 Ω 3545 003204 15273
3545
032040 teR 15273
032040lnln3545
R
t
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
S rostouciacute teplotou se rychle zvětšuje hustota volnyacutech bdquovytřesenyacutechldquo elektronů z vazeb a tiacutem rezistivita rychle klesaacute
45
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 77 FOTOREZISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Fotorezistor (dřiacuteve označovaacuten jako fotoodpor) je pasivniacute elektrotechnickaacute součaacutestka bez PN přechodu jejiacutež elektrickyacute odpor R se snižuje se zvyšujiacuteciacutem se osvětleniacutem E resp elektrickaacute vodivost G se zvyšuje
Princip fotorezistoru je založen na vnitřniacutem fotoelektrickeacutem jevu světlo (foton) naraziacute do elektronu ve valenčniacute sfeacuteře a předaacute mu svoji energii tiacutem elektron ziacuteskaacute dostatek energie k překonaacuteniacute zakaacutezaneacuteho paacutesu a skočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho Tiacutem opustiacute svůj atom a pohybuje se jako volnyacute elektron prostorem krystaloveacute mřiacutežky Na jeho miacutestě vznikla diacutera Takto vznikleacute volneacute elektrony přispiacutevajiacute ke sniacuteženiacute elektrickeacuteho odporu R (zvyacutešeniacute elektrickeacute vodivosti G) Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost Funkce R = f(E) je funkce mocninnaacute R = AmiddotE-B Tuto funkci můžeme zlogaritmovat a převeacutest
na funkci lineaacuterniacute lnR= -BmiddotlnE + lnA nebo určit inverzniacute funkci BB RAE11
Inverzniacute
funkce může sloužit ke konstrukci luxmetru z fotorezistoru Ciacutel Změřit zaacutevislost odporu fotorezistoru na osvětleniacute Z grafu určit konstanty A a B
46
Pomůcky LabQuest 3 ohmmetry (ohmmetr musiacute byacutet nainstalovaacuten) luxmetr LS-BTA fotorezistory počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 Luxmetr LS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 Ohmmetry zapojiacuteme do konektorů
CH 2 CH 3 a CH4 LabQuestu 2 K ohmmetrům připojiacuteme fotorezistory 3 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 4 Zapneme LabQuest
47
5 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance)
6 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s Frekvence 1 čteniacutes
7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a na osu x Osvětleniacute
8 Těsně vedle fotorezistorů umiacutestiacuteme luxmetr 9 Budeme postupně viacutece a viacutece zakryacutevat papiacutery fotorezistory s luxmetrem Tiacutem dosaacutehneme
změnu osvětleniacute a odporu fotorezistorů Zastaviacuteme měřeniacute 10 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů 11 Provedeme analyacutezu grafů Určiacuteme konstanty mocninneacute funkce A a B Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash setrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a B
2 Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že určenaacute funkce bdquofungujeldquo 3 Zdůvodněte proč odpor fotorezistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
48
49
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy 3 Jakaacute je to funkce 4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute Fotorezistor středniacute Fotorezistor velkyacute
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E
50
51
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy Pro tři měřeneacute fotorezistory jsou průběhy funkciacute podobneacute U maleacuteho a středniacuteho fotorezistoru je pokles odporu R většiacute něž u velkeacuteho fotorezistoru při stejně velkeacute změně osvětleniacute E 3 Jakaacute je to funkce Funkce R=f(E) je funkce mocninnaacute R=AmiddotE-B Je to funkce klesajiacuteciacute
52
4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute 100100 07246 R=100100middotE-07246 381
11
7960821 RRAE BB
Fotorezistor středniacute 97030 08379 R=97030middotE-08379 1931
11
894688 RRAE BB
Fotorezistor velkyacute 30350 06885 R=30350middotE-06885 4521
11
3236193 RRAE BB
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem viacutece elektronů přeskočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho a tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost ndash zmenšuje se odpor R
53
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech
78 TRANZISTOR JAKO SPIacuteNAČ A ZESILOVAČ
Fyzikaacutelniacute princip Tranzistor je polovodičovaacute součaacutestka se dvěma přechody PN Středniacute čaacutest krystalu polovodiče je baacuteze B a přechody PN ji oddělujiacute od oblasti s opačnyacutem typem vodivosti kolektorem C a emitorem E Podle druhu vodivosti jednotlivyacutech čaacutestiacute označujeme tranzistory jako typy NPN a PNP
Zaacutekladniacute funkce tranzistoru Maleacute napětiacute v obvodu baacuteze vzbuzuje proud kteryacute je přiacutečinou mnohokraacutet většiacuteho proudu v obvodu kolektoroveacutem Tranzistor se použiacutevaacute jako bdquoelektronickyacute spiacutenačldquo a bdquozesilovačldquo
Ciacutel Ověřit činnost tranzistoroveacuteho spiacutenače a tranzistoroveacuteho zesilovače Pomůcky LabQuest dva voltmetry VP-BTA zapojeniacute tranzistoru jako spiacutenače a zesilovače (podle scheacutema) generaacutetor signaacutelu (může byacutet použit i druhyacute LabQuest se zesilovačem) baterie 45 V
54
Scheacutema
a) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquospiacutenačeldquo
b) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquozesilovačeldquo
55
Postup 1 Voltmetry zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquospiacutenačldquo podle scheacutema a) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1) a
UCE (U2) 3 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme trojuacutehelniacutekovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 5 V
4 Voltmetr U1 připojiacuteme mezi baacutezi a emitor (UBE) Voltmetr U2 připojiacuteme mezi kolektor a
emitor (UCE) 5 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 3 s Frekvence
10 000 čteniacutes 6 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
Tranzistor jako bdquospiacutenačldquo
7 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 8 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquozesilovačldquo podle scheacutema b) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1)
a UCE (U2) Potenciometrem P nastaviacuteme bdquopracovniacute bod tranzistoruldquo ndash UCE bude miacutet přibližně polovičniacute hodnotu napaacutejeciacuteho napětiacute (jestliže napětiacute zdroje je UB= 45 V rarr UCE= 225 V)
9 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme sinusovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 015 V 10 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 01 s Frekvence 10 000 čteniacutes
56
Tranzistor jako bdquozesilovačldquo
11 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 12 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 13 Určiacuteme jakyacute je poměr UCEUBE 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Při jakeacutem napětiacute UBE tranzistor bdquosepneldquo Jak dlouho probiacutehaacute bdquosepnutiacuteldquo (tranzistor jako
spiacutenač) 2 Zkus měnit kmitočet vstupniacuteho napětiacute zesilovače 3 Zkus měnit nastaveniacute pracovniacuteho bodu Jakyacute to maacute vliv na vyacutestupniacute signaacutel 4 Zkus měnit velikost střiacutedaveacuteho vstupniacuteho napětiacute Jakyacute to maacute vliv na tvar vyacutestupniacuteho
napětiacute 5 Urči zesilovaciacute činitel 6 Je vyacutestupniacute signaacutel bdquozkreslenyacuteldquo Co je přiacutečinou
57
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
58
59
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač
2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač
60
b) Tranzistor jako zesilovač
3 Zaacutevěr a)Tranzistor jako spiacutenač ndash z měřeniacute je patrneacute že se tranzistor otevře při překročeniacute napětiacute asi 07 V mezi baacuteziacute a editorem b)Tranzistor jako zesilovač ndash změřeniacute je patrneacute že tranzistor zesiluje napětiacute přibližně 23times Z měřeniacute je daacutele patrneacute že dochaacuteziacute ke zkresleniacute vstupniacuteho signaacutelu
61
Elektrickyacute proud v kapalinaacutech 79 ELEKTROLYacuteZA
Fyzikaacutelniacute princip Elektrolyacutezou nazyacutevaacuteme laacutetkoveacute změny vyvolaneacute při průchodu proudu elektrolytem na elektrodaacutech Faradayův zaacutekon Hmotnost m vyloučeneacute laacutetky je přiacutemo uacuteměrnaacute naacuteboji Q kteryacute prošel elektrolytem M = AQ = AmiddotImiddott Konstanta uacuteměrnosti A kteraacute je pro danou laacutetku charakteristickaacute se nazyacutevaacute elektrochemickyacute ekvivalent laacutetky Ciacutel Určit elektrochemickyacute ekvivalent mědi v roztoku siacuteranu měďnateacuteho CuSO4 Pomůcky LabQuest ampeacutermetr HCS-BTA žaacuterovka 24 V40 W naacutedoba s roztokem Cu2SO4 zdroj stejnosměrneacuteho napětiacute 24 V digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001
Scheacutema
62
Postup 1 Sestaviacuteme měřeniacute podle scheacutema Katodu připevniacuteme na stativ kteryacute stojiacute na digitaacutelniacutech
vahaacutech 2 Ampeacutermetr HCS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 LabQuestu a ten připojiacuteme přes
USB k PC 3 Digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001 připojiacuteme přes USB k PC 4 Zapneme LabQuest 5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 1 vzoreksekundu 6 Zapneme zdroj proudu 7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a nechaacuteme určitou dobu probiacutehat
měřeniacute
8 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 9 V grafu I = f (t) určiacuteme velikost naacuteboje Q kteryacute prošel obvodem pomociacute volby v menu
Analyacuteza - Integraacutel 10 Vypočiacutetaacuteme elektrochemickyacute ekvivalent mědi A (při elektrolyacuteze roztoku Cu2SO4)
zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pomociacute elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi spočiacutetejte Avogadrovu a Faradayovu
konstantu 2 Naměřeneacute hodnoty porovnejte s tabulkovyacutemi hodnotami 3 Zkus zopakovat měřeniacute s jinyacutem elektrolytem 4 Co může byacutet přiacutečinou naacuterůstu elektrickeacuteho proudu v průběhu měřeniacute (viz vyacuteše)
63
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu
3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
64
65
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu 0000002480
1210103 4
3 Zaacutevěr Elektrochemickyacute ekvivalent mědi měřeniacutem a vyacutepočtem vychaacuteziacute 0000000248 kgmiddotC-1 Tabulkovaacute hodnota elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi je A = 03310-6 kgC-1 Chyba měřeniacute je způsobenaacute nepřesnostiacute měřeniacute
66
67
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
710 MAGNETICKEacute POLE CIacuteVKY
Fyzikaacutelniacute princip
Magnetickaacute indukce uvnitř velmi dlouheacute ciacutevky maacute velikost l
INB kde I je velikost
proudu N je celkovyacute počet zaacutevitů a l je deacutelka ciacutevky
Ciacutel Ověřit zaacutevislost magnetickeacute indukce na velikosti proudu prochaacutezejiacuteciacuteho ciacutevkou Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω ampeacutermetr DCP-BTA teslametr MG-BTA ciacutevka 166 a 332 zaacutevitů regulovatelnyacute zdroj proudu a napětiacute BK 127
Scheacutema
68
Postup 1 Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme teslametr MG-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud
Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Magnetickou indukci a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 mT V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Regulovatelnyacutem zdrojem zvyšujeme napětiacute Kontrolujeme proud ndash max 06 A
Teslametrem měřiacuteme magnetickou indukci uvnitř ciacutevky
6 Vysloviacuteme zaacutevěr - jak zaacutevisiacute magnetickaacute indukce B na velikosti elektrickeacute proudu I
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Ze znalosti počtu zaacutevitů deacutelky ciacutevky a proudu spočiacutetej magnetickou indukci 2 Změň ciacutevku a opakuj měřeniacute 3 Změř jak se měniacute magnetickaacute indukce po podeacutelneacute ose ciacutevky při daneacute hodnotě proudu
69
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = helliphellip A N= 332 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
b) I = helliphellip A N= 166 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
70
3 Zaacutevěr
Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = helliphelliphelliphellip mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je měřeniacutem B = helliphelliphelliphellip mT Tyto hodnoty helliphelliphelliphelliphellip s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Jejich rovnice jsou B = helliphelliphelliphellipmiddotI a B = helliphelliphellipmiddotI
71
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = 05807 A N = 332 z l = 15 cm
mTl
INB 615115058070133104 7
b) I = 061 A N = 166 z l = 15 cm mT
lINB 8480
150610166104 7
72
3 Zaacutevěr Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = 1734 mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je B= 0835 mT Tyto hodnoty souhlasiacute s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je přiacutemaacute uacuteměrnost Jejich rovnice jsou B = 2906middotI a B = 1445middotI
73
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
711 MAGNETICKEacute POLE ZEMĚ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Stejně i Země maacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Zemskeacute magnetickeacute pole v ČR maacute magnetickou indukci 0048 mT Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole Země Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA stojan laboratorniacute uacutehloměr
74
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 03 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve vodorovneacute rovině
otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum (N a S magnetickyacute poacutel) Z maximaacutelniacutech hodnot odečteme vodorovnou amplitudu magnetickeacute indukce B Země
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve svisleacute rovině (N-S směr) otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum Maximaacutelniacute hodnota je hodnotou magnetickeacute indukce B Země
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči sklon indukčniacute čaacutery magnetickeacuteho pole u naacutes v ČR vzhledem k povrchu země 2 Teslametr upevniacuteme do stojanu Pod teslametr položiacuteme uacutehloměr
75
3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev Uacutehel Jednotky deg
4 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Podle kompasu nastaviacuteme teslametr na sever 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 7 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0deg a stiskneme OK 8 Teslametr otočiacuteme o 10deg 9 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 10 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 10deg a stiskneme OK 11 Opakujeme body 8 9 a 10 pro 20deg 30deg 40deg hellip 360deg 12 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 13 Měřeniacute zopakujeme v horizontaacutelniacute rovině v bdquoN ndash Sldquo směru 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
76
77
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
78
79
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(t)
2 Zaacutevěr Velikost vektoru magnetickeacute indukce vychaacuteziacute přibližně B = 005 mT Tento vektor maacute vzhledem k vodorovneacutemu směru uacutehel sklonu 60deg
80
81
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
712 MAGNETICKEacute POLE MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT stojan laboratorniacute permanentniacute magnet
82
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně
přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k severniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně pohybujeme (asi 5 sekund) teslametrem kolmo k podeacutelneacute ose magnetu k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund) Uložiacuteme měřeniacute
83
6 Otevřeme novyacute soubor a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf
7 Zopakujeme měřeniacute pro magnet tvaru podkovy s teslametrem plusmn 140 mT
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev deacutelka
Jednotky cm 2 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Teslametr upevniacuteme do stojanu a postaviacuteme na okraj
magnetickeacuteho pole magnetu tvaru podkovy 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 5 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK 6 Teslametr posuneme o 1 cm 7 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 8 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 1 cm a stiskneme OK 9 Opakujeme body 7 8 a 9 pro 2cm 3 cm 4 cm hellip20 cm 10 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 11 Měřeniacute zopakujeme ve vertikaacutelniacute rovině magnetu (bdquoN ndash Sldquo) 12 Vysloviacuteme zaacutevěr
84
85
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
713 VLASTNOSTI FEROMAGNETICKYacuteCH
LAacuteTEK Fyzikaacutelniacute princip Budeme-li postupně zvětšovat proud I v ciacutevce s jaacutedrem z feromagnetickeacute laacutetky bude se postupně i magnetickaacute indukce B v jaacutedře zvětšovat
Relativniacute permeabilita μr feromagnetickyacutech laacutetek neniacute konstantniacute proto zaacutevislost B = f(I) neniacute lineaacuterniacute Grafem teacuteto zaacutevislosti je křivka ndash hystereacutezniacute smyčka
Hystereacutezniacute smyčka je důležitou charakteristikou feromagnetickyacutech laacutetek Podle tvaru křivky děliacuteme laacutetky na a) magneticky tvrdeacute - majiacute širokou hystereacutezniacute smyčku velkou hodnotu Br a jsou viacutece
odolnějšiacute vůči zmagnetovaacuteniacute (ocel s velkyacutem obsahem uhliacuteku hellip) Po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole zůstaacutevajiacute nadaacutele zmagnetovaacuteny a chovajiacute se jako permanentniacute magnet Jejich magnetickeacute pole lze zrušit pomociacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole opačneacute polarity (např do ciacutevky s jaacutedrem zavedeme proud opačneacuteho směru)
b) magneticky měkkeacute - materiaacutely s uacutezkou hystereacutezniacute smyčkou ktereacute se dajiacute snadno zmagnetovat (magnetofonoveacute paacutesky diskety hellip) Majiacute malou hodnotu Br což znamenaacute že po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole jejich vlastniacute magnetickeacute pole zanikaacute
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole ciacutevky s jaacutedrem v zaacutevislosti na velikosti proudu I Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT ampeacutermetr HCS-BTA stojan laboratorniacute ciacutevka 400 z různaacute jaacutedra regulovatelnyacute zdroj KXN 305D
86
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr plusmn140 mT ke vstupu CH1 LabQuestu Ke vstupu CH2 zapojiacuteme
ampeacutermetr HCS-BTA Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a připojiacuteme ho k USB PC 3 V programu LoggerPro v menu Data ndash Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme Naacutezev
magnetickaacute indukce Značka B Jednotka mT Rovnice Potential57 4 Na ose y zvoliacuteme magnetickaacute indukce a na ose x elektrickyacute proud 5 V menu Experiment ndash Sběr dat hellip zvoliacuteme bdquoNepřerušenyacute sběr datldquo Vzorkovaciacute
frekvence 10 vzorkůsekundu 6 Uvnitř ciacutevky je jaacutedro s feromagneticky měkkeacute oceli Vynulujeme senzor proudu a napětiacute
(teslametr plusmn140 mT) Teslametr přiložiacuteme těsně k jaacutedru (viz scheacutema) 7 Na regulovatelneacutem zdroji napětiacute zvětšujeme pomalu napětiacute až dosaacutehneme proud ciacutevkou
5 A Potom zase zmenšujeme napětiacute (proud) na bdquonululdquo Přepoacutelujeme poacutely zdroje pomociacute banaacutenků nebo dvojpoacutelovyacutem přepiacutenačem
87
8 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat v programu LoggerPro a opakujeme činnost v bodě 7 dvakraacutet Tiacutem se vykresliacute celaacute hystereacutezniacute smyčka Zastaviacuteme sběr dat tlačiacutetkem Stop v programu LoggerPro Uložiacuteme měřeniacute
9 Zopakujeme měřeniacute pro různaacute jaacutedra
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme různaacute jaacutedra z feromagneticky tvrdeacute oceli ndash např šroubovaacutek
2 Z grafu můžeme určit hodnotu zbytkoveacute magnetickeacute indukce Br 3 Proč je pro jaacutedra transformaacutetorů vyacutehodnějšiacute použiacutet feromagneticky měkkou ocel
88
89
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole 714 HALLŮV JEV
Fyzikaacutelniacute princip Hallův jev vznikaacute při průchodu proudu I tenkou polovodičovou destičkou (InSb InAs s odporem 001 až 20 Ohmů a tloušťky cca 01 mm jednaacute se o kompromis mezi maximem citlivost a mechanickeacute pevnosti) obdeacutelniacutekoveacuteho tvaru Při vloženiacute destičky do magnetickeacuteho pole skrze ni prochaacuteziacute indukčniacute tok a přeskupuje naacuteboje v destičce na jednu stranu Tak na bočniacutech stěnaacutech destičky vznikaacute napětiacute (tzv Hallovo napětiacute) ktereacute se daacute vypočiacutetat pomociacute vzorce UH = kIB kde k je konstanta (zahrnuje typ materiaacutelu a tloušťku destičky) I je stejnosměrnyacute proud a B je magnetickaacute indukce způsobenaacute magnetickyacutem polem
Ciacutel Pomociacute teslametru změřit jak zaacutevisiacute napětiacute UH na Hallově sondě na magnetickeacute indukci B magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA teslametr MG-BTA teslametr bdquoza paacuter korunldquo (viz doprovodnyacute text) permanentniacute magnet
90
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 a teslametr MG-BTA ke vstupu CH2
LabQuestu Na teslametru MG-BTA nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Voltmetr VP-BTA připojiacuteme k teslametru bdquoza paacuter korunldquo - je na něm zapojena Hallova sonda na napětiacute 3 V a protilehleacute vyacutevody z Hallovy sondy jsou vyvedeny pomociacute dvou vodičů Na nich budeme měřit UH pomociacute voltmetru VP-BTA LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 2 vzorkysekundu 4 Zapneme zdroj proudu na teslametru bdquoza paacuter korunldquo Vynulujeme oba senzory
Permanentniacute magnet přibliacutežiacuteme k teslametru MG-BTA a teslametru bdquoza paacuter korunldquo na vzdaacutelenost asi 2cm Digitaacutelniacute displej teslametru ukazuje hodnotu 5 mT (viz scheacutema)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem vzdalujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 1)
6 Pak otočiacuteme magnet o 180deg a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem přibližujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 2)
91
7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 8 Opakujeme měřeniacute pro různeacute Hallovy sondy
9 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash jakaacute je zaacutevislost UH na B jakaacute je citlivost
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kde se Hallova sonda použiacutevaacute 2 Jakyacute je rozsah teslametru MG-BTA a jakyacute teslametru bdquoza paacuter korunldquo 3 Zkus změřit magnetickou indukci magnetu bdquoparalelněldquo oběma teslametry U teslametru
bdquoza paacuter korunldquo vlož lineaacuterniacute funkci kteraacute přepočiacutetaacute UH na B
92
93
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
94
95
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr Z grafů je zřejmeacute že se jednaacute o přiacutemou uacuteměrnost Pro prvniacute (modryacute graf) Hallův senzor je rovnice přiacutemeacute uacuteměrnosti B=f(UH) = 333UH mT A pro druhyacute (červenyacute graf) Hallův senzor je rovnice B=f(UH) = 83UH mT
96
97
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
715 MAGNETICKYacute ZAacuteZNAM SIGNAacuteLŮ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickyacute zaacuteznam signaacutelů kteryacutem je uchovaacutevaacutena zvukovaacute či obrazovaacute informace nebo takeacute digitaacutelniacute informace zpracovanaacute počiacutetačem Magnetickyacute zaacuteznam je založen na trvaleacutem zmagnetovaacuteniacute vrstvy feromagnetika (např oxidu železa) naneseneacuteho na nosiči z plastickeacuteho materiaacutelu
Magnetickyacute zaacuteznam se uskutečňuje pomociacute zvlaacuteštniacuteho elektromagnetu ndash zaacuteznamoveacute hlavy
Ciacutel Proveacutest mazaacuteniacute magnetickyacute zaacuteznam sniacutemaacuteniacute a opětneacute mazaacuteniacute na nosič Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA permanentniacute magnet na mazaacuteniacute permanentniacute magnet na zaacuteznam svinovaciacute metr jako nosič zaznamenaneacuteho signaacutelu
98
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru MG-BTA
nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Deacutelka 10 s
Vzorkovaciacute frekvence 20 vzorkůsekunda 4 Nejdřiacuteve provedeme mazaacuteniacute na nosiči (svinovaciacute metr)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu (10 s) rovnoměrnyacutem
pohybem pomociacute teslametru provedeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů na nosiči
6 Provedeme zaacuteznam signaacutelů na nosiči (např čtyřikraacutet)
7 Zopakujeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů (jako v bodě 5) 8 Zopakujeme mazaacuteniacute a sniacutemaniacute (jako v bodě 4 a 5)
99
9 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej zaacuteznam různyacutem (S N) poacutelem permanentniacuteho magnetu Jak se změniacute průběh
signaacutelu 2 Vyzkoušej mazaacuteniacute a zaacuteznam na skutečnyacute nosič ndash paacutesek od videokazety 3 Vyzkoušej zaacuteznam na disketu
100
101
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
716 ELEKTROMAGNETICKAacute INDUKCE
Fyzikaacutelniacute princip Elektromagnetickaacute indukce je jev při ktereacutem vznikaacute elektrickeacute napětiacute ve vodiči změnou magnetickeacuteho pole v okoliacute vodiče (ciacutevky) Indukovaneacute napětiacute zaacutevisiacute na velikosti změny magnetickeacuteho pole i na rychlosti jeho změny
tU i
Indukovaneacute napětiacute maacute takovou polaritu že indukovanyacute proud vytvaacuteřiacute magnetickeacute pole s opačnyacutem směrem indukčniacutech čar než maacute magnetickeacute pole ktereacute indukci vyvolalo (Lenzův zaacutekon)
Ciacutel Změřit indukovaneacute napětiacute Ověřit na čem zaacutevisiacute Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA ciacutevka s jaacutedrem permanentniacute magnet
102
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu Roztočiacuteme permanentniacute magnet v těsneacutem okoliacute ciacutevky (jaacutedra)
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Opakujeme měřeniacute s rychlejšiacutem (pomalejšiacutem) otaacutečeniacutem magnetu 5 Vyměniacuteme magnet za bdquosilnějšiacuteldquo 6 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash na čem zaacutevisiacute indukovaneacute napětiacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkus ciacutevku s jinyacutem počtem zaacutevitů 2 Zkus pohybovat membraacutenou reproduktoru a měřit indukovaneacute napětiacute 3 Zkus napjatou strunu umiacutestit do magnetickeacuteho pole a na niacute měřit velikost indukovaneacuteho
napětiacute
103
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
717 DEMONSTRACE VOLNEacuteHO PAacuteDU MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Volnyacute paacuted je rovnoměrně zrychlenyacute pohyb volně padajiacuteciacuteho tělesa v bliacutezkosti země K měřeniacute pohybu volneacuteho paacutedu tělesa (magnetu) použijeme trubici z nevodiveacuteho materiaacutelu Na trubici jsou v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech navinuty ciacutevky ktereacute jsou navzaacutejem spojeneacute do seacuterie Spojeniacute ciacutevek připojiacuteme k voltmetru a zobraziacuteme časovyacute zaacuteznam napětiacute na jednotlivyacutech ciacutevkaacutech při pohybu magnetu trubiciacute vnitřkem jednotlivyacutech ciacutevek
Ciacutel Změřit časovyacute průběh indukovaneacuteho napětiacute při pohybu (volneacutem paacutedu) magnetu vnitřkem ciacutevek Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA neodymovyacute magnet (vaacuteleček) 2 m dlouhaacute PPR trubka 25x35 PN16 na ktereacute jsou navinuty ciacutevky (10 z) v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech
104
Scheacutema
105
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Sestaviacuteme obvod podle
scheacutema Voltmetr připojiacuteme ke koncům seacuterioveacuteho spojeniacute ciacutevek LabQuest připojiacuteme k PC přes USB
2 Zapneme LabQuest V programu Logger Pro v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 06 s Frekvence 1 000 vzorkůs Daacutele Trigger je rostouciacute přes 001 V
3 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat (měřeniacute) v programu Logger Pro Neodymovyacute magnet vložiacuteme do uacutestiacute PPR trubky a pustiacuteme
4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme časoveacute intervaly mezi jednotlivyacutemi průchody
magnetu Daacutele vypočiacutetaacuteme rychlosti v jednotlivyacutech intervalech Určiacuteme zrychleniacute mezi jednotlivyacutemi intervaly Přiacuteklad vyacutepočtu pro vyacuteše uvedeneacute měřeniacute
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyložte průběh zaacuteznamu z hlediska velikosti a polarity jednotlivyacutech napětiacute a jejich
umiacutestěniacute na ose času 2 Zopakuj měřeniacute s padajiacuteciacutem magnetem s opačnou orientaciacute poacutelů magnetu 3 Jak se změniacute časovyacute průběh při použitiacute delšiacuteho magnetu (viacutece vaacutelečků) 4 Zopakuj měřeniacute s tiacutem že konec trubky ucpeš gumovou zaacutetkou 5 Připoj k vyacutestupu signaacutelu z ciacutevek zesilovač a reproduktor a poslechem sleduj volnyacute paacuted
magnetu
106
107
Střiacutedavyacute proud 718 PŘECHODNYacute DĚJ Fyzikaacutelniacute princip Přechodnyacutem dějem v obvodu s kondenzaacutetorem nebo s ciacutevkou nazyacutevaacuteme skokovou změnu napětiacute a proudu na kondenzaacutetoru a ciacutevce Tuto změnu vyvolaacuteme sepnutiacutem nebo vypnutiacutem spiacutenače (přepiacutenače) Ciacutel Určit jak se měniacute napětiacute a proud v obvodu s kondenzaacutetorem a s ciacutevkou při přechodneacutem ději Pomůcky LabQuest ciacutevka 1 200 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr VP-BTA voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
a) b)
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr
DCP-BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema a)
108
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Zapojiacuteme obvod podle scheacutema b) 6 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 1 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 A Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a hned ho přepneme zpět
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zamysli se co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru (ciacutevky) ke zdroji
napětiacute a co se děje při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute k rezistoru Kde se to daacute využiacutet 2 Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Zkus to
vymyslet a potom ověř měřeniacutem
109
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
2 Doplňkoveacute otaacutezky a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k
rezistoru c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute
110
d) 4) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru
e) 5) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů f) 6) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
111
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 27 degC
Tlak 1008 hPa
Vlhkost 53
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
112
3 Doplňkoveacute otaacutezky
a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute dochaacuteziacute k jeho nabiacutejeniacute Na kondenzaacutetoru se akumuluje elektrickyacute naacuteboj (zvětšuje se jeho elektrickaacute energie) V okamžiku zapojeniacute bude obvodem prochaacutezet největšiacute elektrickyacute proud Nenabityacute kondenzaacutetor se zpočaacutetku chovaacute jako zkrat Čiacutem viacutece se však bude kondenzaacutetor nabiacutejet (bude v něm vzrůstat nahromaděnyacute naacuteboj) a poroste jeho napětiacute tiacutem menšiacute proud bude prochaacutezet obvodem
b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k rezistoru Po odpojeniacute obvodu od zdroje napětiacute se začiacutenaacute kondenzaacutetor vybiacutejet (chovaacute se jako zdroj) Elektrickaacute energie kterou kondenzaacutetor vybije se v rezistoru přeměniacute na teplo Teoreticky se kondenzaacutetor vybiacutejiacute nekonečně dlouhou dobu V okamžiku odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje napětiacute prochaacuteziacute obvodem velkyacute proud opačnyacutem směrem než při zapojeniacute ke zdroji napětiacute Napětiacute i proud postupně klesajiacute
c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute ciacutevky ke zdroji stejnosměrneacuteho napětiacute začne obvodem prochaacutezet proud kteryacute na ciacutevce způsobiacute indukovaacuteniacute napětiacute jež je uacuteměrneacute časoveacute změně magnetickeacuteho indukčniacuteho toku a s polaritou působiacuteciacute proti napětiacute zdroje Proud v obvodu se proto zvětšuje na svou maximaacutelniacute hodnotu jen postupně neboť čaacutest energie dodaacutevaneacute ze zdroje do obvodu se spotřebovaacutevaacute na vytvaacuteřeniacute magnetickeacuteho pole ciacutevky (indukovaneacute napětiacute na ciacutevce postupně klesaacute) Proud se ustaacuteliacute teprve v okamžiku kdy se časovaacute změna magnetickeacuteho indukčniacuteho toku bude rovna nule (to platiacute i pro indukovaneacute napětiacute na ciacutevce)
d) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru Po odpojeniacute ciacutevky od zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute se začne v ciacutevce indukovat napětiacute opačneacute polarity (může dosaacutehnout vyššiacutech hodnot než je napětiacute zdroje) než v předešleacute faacutezi ktereacute způsobiacute zpomaleniacute zaacuteniku magnetickeacuteho pole Směr toku proudu zůstaacutevaacute nezměněn Energie magnetickeacuteho pole ciacutevky se přeměniacute na rezistoru na teplo Proud i napětiacute tedy rychle ale postupně klesajiacute k nuloveacute hodnotě
e) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Kondenzaacutetor Čiacutem menšiacute odpor maacute rezistor tiacutem rychleji se kondenzaacutetor nabije a tiacutem rychleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor rychle vybije a vzniklyacute proud v obvodu rychle klesaacute Čiacutem většiacute odpor maacute rezistor tiacutem pomaleji se rezistor nabije a tiacutem pomaleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor vybije pomaleji a vzniklyacute proud v obvodu pozvolna klesaacute Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud Ciacutevka Čiacutem menšiacute odpor majiacute rezistory tiacutem pozvolněji klesaacute indukovaneacute napětiacute vznikleacute na ciacutevce při zapojeniacute ke zdroji Toteacutež platiacute pro elektrickyacute proud kteryacute se v tomto přiacutepadě ustaacuteliacute za delšiacute časovyacute okamžik Jinak je tomu v přiacutepadě že rezistory majiacute většiacute odpor Indukovaneacute napětiacute klesaacute rychleji a proud se v obvodu ustaacuteliacute na konstantniacute hodnotě za velmi kraacutetkou dobu Při odpojeniacute od zdroje klesajiacute proud a napětiacute v obou přiacutepadech přibližně stejně Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud
113
Kondenzaacutetor + rezistor 50 Ω + rezistor 200 ΩCiacutevka + rezistory 50 Ω + rezistory 200 Ω
114
f) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
Řada přechodnyacutech jevů je nežaacutedouciacute protože způsobiacute např kraacutetkodobeacute přetiacuteženiacute obvodu a tiacutem zkracujiacute životnost zařiacutezeniacute (zapnutiacute studeneacute žaacuterovky ndash naacuterazovyacute proud je až desetkraacutet většiacute než ustaacutelenyacute proud) Některeacute přechodneacute děje jsou však žaacutedouciacute a některeacute obvody jsou přiacutemo na využitiacute přechodnyacutech dějů založeny (generaacutetory klopneacute obvody) V elektronice existujiacute přechodneacute děje založeneacute na RC RL a RLC obvodech vzhledem k co možnaacute nejmenšiacutem použiacutevaacuteniacute ciacutevek majiacute největšiacute vyacuteznam při nabiacutejeniacute a vybiacutejeniacute kondenzaacutetory Obecně jsou v elektronice nejrozšiacuteřenějšiacute tepelneacute přechodneacute jevy V silnoproudeacute elektronice se měřiacute oteplovaciacute křivky elektrickyacutech strojů v počiacutetačoveacute technice se měřiacute otepleniacute hlavniacuteho procesoru měřeniacute teploty harddisku atd
115
Střiacutedavyacute proud 719 STŘIacuteDAVYacute PROUD S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem maacute časovyacute diagram napětiacute stejnou faacutezi (faacutezovyacute rozdiacutel je nulovyacute) jako časovyacute diagram proudu
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
116
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Um f Im T a (faacutezovyacute rozdiacutel) Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a u
5 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zakreslete faacutezorovyacute diagram 2 Určete z grafů velikost odporu rezistoru
117
Střiacutedavyacute proud 720 VYacuteKON STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem je okamžitaacute hodnota vyacutekonu p = ui = Ri2 = RIm
2sin2t
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem a zobrazit časovyacute diagram vyacutekonu Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
118
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Zvoliacuteme zaacuteložku tabulka V menu Tabulka zvoliacuteme Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec Naacutezev ndash
Vyacutekon Jednotka ndash W Tvar vyacuterazu XY Sloupec pro X ndash proud Sloupec pro Y ndash napětiacute
5 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Pm f Im T Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a p
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jakyacute je poměr frekvence okamžiteacute hodnoty vyacutekonu a okamžiteacute hodnoty proudu 2 Určete z grafu okamžiteacute hodnoty vyacutekonu středniacute hodnotu vyacutekonu P
119
Střiacutedavyacute proud 721 STŘIacuteDAVYacute PROUD S INDUKČNOSTIacute
Fyzikaacutelniacute princip
Induktance je veličina I
UX L Induktance XL je přiacutemo uacuteměrnaacute indukčnosti ciacutevky L a
frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute induktance indukčnost ciacutevky Ověřit že induktance na indukčnosti a frekvenci zaacutevisiacute přiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω voltmetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z a voltmetrem (ry) 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute
(Zesilovač)
120
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a indukčnosti Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z Vypočiacutetaacuteme induktanci XL Z induktance a frekvence vypočiacutetaacuteme indukčnost L
5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XL = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Miacutesto ciacutevky zapoj tlumivku (2times47 mH) a proveď stejneacute měřeniacute V čem se lišiacute zaacutevislost
XL = f(f) Proč se lišiacute
2 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na indukčnosti pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu
3 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty induktance pro vyššiacute frekvence 4 Zkus změřit přechodnyacute děj na indukčnosti
121
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900
1000 průměr
122
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr
2 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
123
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25degC
Tlak 1004 hPa
Vlhkost 53
3 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
RUL hellipstejnosměrnyacute obvod
IUL 22
ciacutevkyRZ fX L
2
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00364 01620 44510 (Rciacutevky) 00000 00000
100 09600 00096 00460 47917 17744 00028 200 09440 00094 00600 63559 45372 00036 300 09410 00094 00800 85016 72433 00038 400 09380 00094 00990 105544 95699 00038 500 09360 00094 01210 129274 121369 00039 600 09340 00093 01430 153105 146492 00039 700 09300 00093 01640 176344 170634 00039 800 09260 00093 01860 200864 195870 00039 900 09230 00092 02090 226436 222018 00039
1000 09160 00092 02290 250000 246006 00039 průměr 00037
124
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00367 00673 18338 (Rciacutevky) 00000 00000
100 63300 00633 15760 248973 248297 00395 200 59700 00597 26440 442881 442501 00352 300 55100 00551 35240 639564 639301 00339 400 49400 00494 43500 880567 880376 00350 500 42700 00427 50400 1180328 1180185 00376 600 34760 00348 56300 1619678 1619574 00430 700 26080 00261 61300 2350460 2350389 00534 800 15650 00157 65000 4153355 4153314 00826 900 07050 00071 66600 9446809 9446791 01671
1000 04850 00049 66800 13773196 13773184 02192 průměr 00747
4 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
Graf pro školniacute ciacutevku 400 zaacutevitů Ciacutevka neobsahuje jaacutedro induktance je teacuteměř přesně lineaacuterniacute funkciacute frekvence střiacutedaveacuteho napětiacute Konstantou uacuteměry je vyacuteraz 2πL kde L je indukčnost ciacutevky Indukčnost je teacutež konstantniacute Graf pro tlumivku 47 mH Induktance neniacute lineaacuterniacute funkciacute frekvence Přiacutečinou je jaacutedro na němž je namotaacuten vodivyacute draacutet ciacutevky Z toho důvodu nelze indukčnost ciacutevky L považovat za konstantniacute hodnotu
125
Střiacutedavyacute proud 722 STŘIacuteDAVYacute PROUD S KAPACITOU
Fyzikaacutelniacute princip
Kapacitance je veličina I
UX C Kapacitance XC je nepřiacutemo uacuteměrnaacute kapacitě
kondenzaacutetoru C a frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute kapacitance kapacitu kondenzaacutetoru Ověřit že kapacitance na kapacitě a frekvenci zaacutevisiacute nepřiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) rezistor 100 Ω voltmetr (y)
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetrem (ry)
126
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a kondenzaacutetoru Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme kapacitanci XC Z kapacitance a frekvence vypočiacutetaacuteme kapacitu C 5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XC = f(f) 8 Porovnej hodnotu kapacity vypočiacutetanou a jmenovitou
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru
2 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty kapacitance pro vyššiacute frekvence 3 Zkus změřit přechodnyacute děj na kondenzaacutetoru
127
Střiacutedavyacute proud 723 SLOŽENYacute OBVOD STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU
Fyzikaacutelniacute princip
Impedance je veličina I
UZ Při seacuterioveacutem spojeniacute prochaacuteziacute rezistorem ciacutevkou a
kondenzaacutetorem složenyacutem obvodem RLC stejnyacute proud i Ciacutel Určit pomociacute vyacutesledneacuteho napětiacute a proudu impedanci Z Určit jak zaacutevisiacute impedance Z na frekvenci f Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) voltmetr - multimetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetry
128
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a celkoveacute napětiacute Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z 5 Změniacuteme kmitočet na 400 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 800 Hz 1 200 Hz 10 000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti Z = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jak se měniacute impedance Z v zaacutevislosti na kmitočtu Zkus vysvětlit proč tomu tak je
2 Sestroj graf Z = f(f) podle vzorce 2
2 1
CLRZ
kde f (0 Hz 10 kHz)
R = 100 Ω C = 47 μF a L = 41 mH Porovnej grafy (naměřenyacute a teoretickyacute)
0000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
3 Kde se využiacutevaacute teacuteto zaacutevislosti Vysvětli Jak se změniacute tyto zaacutevislosti změniacuteme-li hodnotu kapacity nebo indukčnosti
4 Zkus změřit podobnou zaacutevislost Z = f(f) pro paralelniacute obvod RLC Pozor Vzhledem k maleacutemu vnitřniacutemu odporu ciacutevky L při niacutezkyacutech kmitočtech je potřeba zařadit k obvodu RLC seacuteriově rezistor 100 Ω
5 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute na rezistoru ciacutevce a kondenzaacutetoru a hodnotu proudu na rezistoru pomociacute druheacuteho LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute jednotlivyacutech napětiacute vzhledem k proudu
129
Střiacutedavyacute proud 724 USMĚRŇOVAČ Fyzikaacutelniacute princip V usměrňovači střiacutedaveacuteho proudu se využiacutevaacute zaacutekladniacute vlastnosti polovodičoveacute diody bdquopropustit proud pouze jedniacutem směremldquo K usměrněniacute se využiacutevaacute jednocestnyacute usměrňovač nebo dvoucestnyacute usměrňovač (Graetzovo zapojeniacute) K vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho zapojeniacute se použiacutevaacute kondenzaacutetor a tlumivka Ciacutel Určit průběh stejnosměrneacuteho pulzujiacuteciacuteho napětiacute po usměrněniacute jednocestnyacutem a dvoucestnyacutem usměrňovačem Daacutele pak určit průběh po vyhlazeniacute Pomůcky LabQuest ciacutevka 400 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF diody voltmetr VP-BTA multimetr zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute - transformaacutetor
Scheacutema
130
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Ke zdroji střiacutedaveacuteho napětiacute
(transformaacutetor ndash napětiacute maximaacutelně 6 V) připojiacuteme rezistor a k němu voltmetr (podle scheacutema) Multimetrem změřiacuteme efektivniacute hodnotu střiacutedaveacuteho napětiacute
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 004 s Frekvence 10 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V
3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Z grafu určiacuteme maximaacutelniacute
hodnotu (amplitudu) periodu a vypočiacutetaacuteme frekvenci Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 5 Zapojiacuteme jednocestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 6 Zapojiacuteme dvoucestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 7 Zapojiacuteme kondenzaacutetor a tlumivku a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty
131
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měniacuteme různeacute hodnoty kondenzaacutetorů a tlumivek 2 Proč v zapojeniacutech s diodou (diodami) dochaacuteziacute k poklesu napětiacute a jakou maacute tento pokles
velikost Čemu tato velikost odpoviacutedaacute 3 Popiš vliv kondenzaacutetoru a tlumivky na vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute Proč
se zapojujiacute paralelně (do seacuterie)
132
133
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
134
2 Tabulka Umax= Uef=
3 Zaacutevěr
135
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
2 Tabulka Umax= 45 V Uef= 32 V 3 Zaacutevěr Různeacute změny hodnot kondenzaacutetorů a tlumivek majiacute vliv na menšiacute nebo většiacute vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute V zapojeniacutech s diodami dochaacuteziacute k poklesu napětiacute přibližně 05 V a to z důvodu uacutebytku napětiacute na diodě (dvou diodaacutech u dvoucestneacuteho zapojeniacute) Kondenzaacutetor se při maximaacutelniacute hodnotě napětiacute nabiacutejiacute a při poklesu napětiacute vybiacutejiacute a dodaacutevaacute el energii v tomto okamžiku Tlumivka zapojenaacute v seacuterii braacuteniacute rychlyacutem změnaacutem napětiacute
136
137
Střiacutedavyacute proud v energetice
725 TROJFAacuteZOVAacute SOUSTAVA
Fyzikaacutelniacute princip Třiacutefaacutezoveacute napětiacute vznikaacute otaacutečeniacutem magnetu v soustavě třiacute ciacutevek (alternaacutetor) Maacuteme tedy tři zdroje střiacutedaveacuteho napětiacute ndash faacuteze Třiacutefaacutezovyacute rozvod lze využiacutet k zapojeniacute do hvězdy (a)) nebo k zapojeniacute do trojuacutehelniacuteku (b)) Faacutezoveacute napětiacute (u1 u2 u3) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 230 V) mezi středniacutem vodičem (N) a faacutezovyacutem vodičem (L1 L2 L3) Sdruženeacute napětiacute (u12 u13 u23) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 400 V) mezi libovolnyacutemi dvěma faacutezovyacutemi vodiči
Ciacutel Změřit časovyacute průběh napětiacute třiacute faacuteziacute v zapojeniacute do hvězdy Ověřit že součet napětiacute v každeacutem čase je nulovyacute Ověřit že poměr sdruženeacuteho a faacutezoveacuteho napětiacute je 173 times většiacute Pomůcky LabQuest zdroj třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute 3 rezistory 100 Ω 3 voltmetry VP-BTA
Scheacutema
138
Postup 1 Připojiacuteme 3 voltmetry VP-BTA ke vstupům CH1 CH2 a CH3 LabQuestu Zapojiacuteme
obvod podle scheacutema Na zdroji třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute nastaviacuteme hodnotu faacutezoveacuteho napětiacute do 5 V
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme v každeacutem časoveacutem okamžiku okamžiteacute hodnoty
napětiacute u1 u2 a u3 a provaacutediacuteme jejich součet ndash ověřujeme že součet je nulovyacute 6 Střiacutedavyacutem voltmetrem změřiacuteme sdruženeacute a faacutezoveacute napětiacute (efektivniacute hodnoty)
a vypočiacutetaacuteme jejich poměr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z grafu ndash časoveacuteho průběhu napětiacute urči o jakou čaacutest periody jsou posunuta napětiacute 2 Z grafu urči jakaacute je frekvence a perioda střiacutedavyacutech napětiacute 3 Jakyacute je poměr efektivniacute a maximaacutelniacute hodnoty faacutezoveacuteho střiacutedaveacuteho napětiacute ktereacute jsi
naměřil 4 Z grafu urči amplitudu sdruženeacuteho napětiacute a amplitudu faacutezoveacuteho napětiacute Jakyacute je jejich
poměr
139
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) =
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o helliphelliphellip periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = helliphelliphellip Hz Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = helliphelliphellip s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
140
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) =
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = V Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = helliphelliphellip
141
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = 0 V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = 410 V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) = 3 173
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o třetinu periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = 50 Hz
142
Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = 002 s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) = 2 14
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = 591 V
Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = 3 174
143
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
726 ELEKTROMAGNETICKYacute OSCILAacuteTOR
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacutem elektromagnetickyacutem oscilaacutetorem je obvod tvořenyacute ciacutevkou a kondenzaacutetorem - obvod LC nebo oscilačniacute obvod Kondenzaacutetor spojiacuteme se zdrojem stejnosměrneacuteho napětiacute 45 V (plochaacute baterie viz scheacutema) Přepiacutenačem připojiacuteme nabityacute kondenzaacutetorem k ciacutevce V obvodu vznikne elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Energie elektrickeacuteho pole kondenzaacutetoru se měniacute na energii magnetickeacuteho pole ciacutevky a naopak V oscilačniacutem obvodu nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute
Ciacutel Změřit napětiacute a proud v oscilačniacutem obvodu Ověřit elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute oscilačniacuteho obvodu je tlumeneacute Pomůcky LabQuest voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA kondenzaacutetor 2 200 microF ciacutevka s jaacutedrem 1 200 z přepiacutenač
Scheacutema
Postup 1 Voltmetr a ampeacutermetr zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Obvod zapojiacuteme podle scheacutema Přepiacutenač je v poloze bdquo1ldquo (kondenzaacutetor se nabiacutejiacute) 3 Zapneme LabQuest a připojiacuteme jej přes USB k PC
144
4 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Trvaacuteniacute 2 s Vzorkovaciacute frekvence 200 vzorkůsekundu Trigger zatrhneme Spuštěniacute triggeru když napětiacute je rostouciacute přes 005 V
5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme tlačiacutetko Sběr dat 6 Přepneme přepiacutenač do polohy bdquo2ldquo
7 Z grafu odečteme periodu kmitaacuteniacute Určiacuteme kmitočet 8 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změřiacuteme indukčnost L (multimetrem) a vypočiacutetaacuteme periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute
Porovnaacuteme s naměřenou hodnotou 2 Změň parametry součaacutestek (indukčnost kapacita) a zopakuj měřeniacute
145
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
T = helliphelliphellip s f = helliphelliphellip Hz 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
146
147
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
Naměřeneacute T = 0614 s f = 162 Hz Vypočiacutetaneacute L = 154 H C = 22 mF T= )(2 CL = 0366 s
3 Zaacutevěr V elektromagnetickeacutem oscilaacutetoru se přeměňuje elektrickaacute energie na energii magnetickeacuteho pole a naopak Nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Je zde patrnaacute analogie mezi ději mechanickyacutemi (kmitaacuteniacute) a elektromagnetickyacutemi
148
149
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
727 VLASTNOSTI ELEKTROMAGNETICKEacuteHO
VLNĚNIacute Fyzikaacutelniacute princip Magnetickeacute pole můžeme znaacutezornit pomociacute indukčniacutech čar
Elektrickeacute pole popisujeme elektrickyacutemi siločarami
Elektrickeacute a magnetickeacute pole spolu často souvisejiacute Mluviacuteme pak o elektromagnetickeacutem poli Elektromagnetickeacute vlny jsou přiacutečneacute a šiacuteřiacute se i ve vakuu Šiacuteřiacute se rychlostiacute světla Elektromagnetickyacutemi vlnami se přenaacutešejiacute signaacutely rozhlasu televize mobilniacutech telefonů atd I světlo je elektromagnetickeacute vlněniacute (zaacuteřeniacute)
Mezi frekvenciacute f vlnovou deacutelkou λ a rychlostiacute šiacuteřeniacute elektromagnetickeacuteho vlněniacute c (světla)
platiacute vzoreccf
Ciacutel Změřit vlnovou deacutelku elektromagnetickeacuteho vlněniacute Prokaacutezat polarizaci elektromagnetickeacute vlny
150
Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA bezdraacutetovyacute zvonek ndash tlačiacutetko pracujiacuteciacute na frekvenci 43392 MHz přijiacutemač s půlvlnnyacutem dipoacutelem (viz přiacutespěvek od Oldřicha Lepila)
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Pohybujeme rovnoměrnyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 1) 5 Z poloh maxim a minim určiacuteme vlnovou deacutelku 6 Uložiacuteme měřeniacute 7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Pohybujeme rovnoměrnyacutem otaacutečivyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 2) 9 Stejnou vlastnost můžeme ukaacutezat tak že mezi vysiacutelač a přijiacutemač vložiacuteme mřiacutežku kterou
otaacutečiacuteme v rovině kolmeacute ke směru šiacuteřeniacute vlněniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash vlnovaacute deacutelka a polarizace elektromagnetickeacuteho vlněniacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej jak zaacutevisiacute velikost naměřeneacuteho napětiacute na vzdaacutelenosti vysiacutelače od přijiacutemače 2 Pomociacute mřiacutežky nebo plechu vyzkoušej odraz vlněniacute (a interferenci)
10
11
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 71 Elektrickyacute naacuteboj Coulombův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf působeniacute elektrickyacutech sil po zapnutiacute zdroje vn
Velikost siacutely F = 17 mN 2 Vyacutepočet
221
02
21
41
rQQ
rQQ
kFr
e
= mN816
060)1082(109 2
299
1441
41 63
221
0 ra
ra
rQQ
Fr
e = 166 mN
3 Zaacutevěr Naměřenaacute hodnota elektrickeacute siacutely se shoduje s vypočiacutetanou
12
13
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole
72 KAPACITA KONDENZAacuteTORU
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q= f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Určit kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute přechodneacuteho děje ndash vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod dle scheacutema a)
14
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V těsně před přepnutiacutem přepiacutenače 6 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q =C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
7 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 2 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 1 000 Ω)
15
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty
a) U = Q =
b) UQC
3 Zaacutevěr
16
17
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25 degC
Tlak 998 hPa
Vlhkost 53
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty U = 481 V Q = 0010036 C
UQC F002150
814010360
3 Zaacutevěr
Jmenovitaacute hodnota kapacity kondenzaacutetoru je 2 200microF Změřenaacute a vypočiacutetanaacute je 2 150 microF
18
19
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole 73 VYBIacuteJENIacute KONDENZAacuteTORŮ
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q = f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Změřit vybiacutejeciacute křivku kondenzaacutetoru Určit kapacitu kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 1 kΩ 2 ks kondenzaacutetory 2 200 μF voltmetr VP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry DVP-BTA ke vstupu CH1 a CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod
podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 30 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 1 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
20
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač podle scheacutema a po sekundě (odhadneme) přepneme přepiacutenač opačně
5 Měřeniacute uložiacuteme Opakujeme pro dva kondenzaacutetory zapojeneacute paralelně a do seacuterie 6 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V (začaacutetek měřeniacute) 7 Vytvořiacuteme novou vypočiacutetaacutevanou veličinu I = UR (R = 1 000 Ω) 8 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q = C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
9 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči rovnici funkce U = f (t) přiacutepadně I = f (t) 2 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 3 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 10 kΩ)
21
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
CeAU tB = helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
22
23
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
598100324 23750 ttB eCeAU (červenyacute graf) 3 Zaacutevěr
Napětiacute na kondenzaacutetoru při vybiacutejeniacute klesaacute podle exponenciaacutelniacute funkce
24
25
Elektrickyacute proud v kovech 74 OHMŮV ZAacuteKON
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon Pokud maacute kovovyacute vodič staacutelou teplotu je proud prochaacutezejiacuteciacute vodičem přiacutemo uacuteměrnyacute napětiacute mezi konci vodiče (r 1826 GSOhm) Grafem přiacutemeacute uacuteměrnostiacute je přiacutemka prochaacutezejiacuteciacute počaacutetkem Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky a rezistory 12 Ω 33 Ω a 100 Ω Pomůcky LabQuest rezistor 33 Ω a 100 Ω žaacuterovka 6 V03 A voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 60 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme napětiacute
Vlevo 0 Vpravo 6 V Na ose y zvoliacuteme Elektrickyacute proud a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 06 A V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
26
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Reostatem pomalu zvyšujeme napětiacute a proud Hodnota napětiacute nesmiacute překročit 5 V a
proudu 06 A Zobrazuje se tzv voltampeacuterovaacute charakteristika Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro rezistor 33 Ω a pro žaacuterovku
7 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Platiacute Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky 2 Porovnej voltampeacuteroveacute charakteristiky rezistorů s různyacutemi hodnotami odporů 3 Zkus vymyslet jak ověřiacuteš že Ohmův zaacutekon platiacute i pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky
27
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
a) pro žaacuterovku
b) pro vodič
28
2 Zaacutevěr
29
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
pro žaacuterovku a pro vodič (rezistor)
2 Zaacutevěr Pro žaacuterovku nevychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) protože se teplota wolframoveacuteho vlaacutekna měniacute a tiacutem i jeho odpor Pro rezistory (vodič) vychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) Sklon polopřiacutemky zaacutevisiacute na odporu vodiče ndash čiacutem je odpor většiacute tiacutem je sklon menšiacute
30
31
Elektrickyacute proud v kovech
75 OHMŮV ZAacuteKON PRO UZAVŘENYacute OBVOD
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Proud v uzavřeneacutem obvodu je roven podiacutelu elektromotorickeacuteho napětiacute Ue zdroje a celkoveacuteho odporu R + Ri kde Ri je vnitřniacute odpor zdroje
i
e
RRUI
Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat 100 Ω a 10 kΩ
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema
32
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Elektrickeacute napětiacute a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 V V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat - Ampeacutermetr Reostat 100 Ω a 10 kΩ nastaviacuteme na max hodnoty odporu
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Sepneme spiacutenač 5 Reostatem 10 kΩ pomalu (10 s) zvětšujeme proud (hodnota odporu na min) Jakmile
reostat 10 kΩ vytočiacuteme do krajniacute polohy (min) pokračujeme stejně reostatem 100 Ω do krajniacute polohy (min) Hodnota proudu nesmiacute překročit 06 A což při napětiacute 45 V zajistiacute rezistor 10 Ω Zobrazuje se tzv zatěžovaciacute charakteristika zdroje Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro různě stareacute plocheacute baterie
7 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku Napětiacute
Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute Určiacuteme koeficienty lineaacuterniacute funkce Opakujeme pro všechny grafy
8 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona pro uzavřenyacute obvod)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z koeficientů lineaacuterniacutech funkciacute určete napětiacute napraacutezdno U0 a zkratovyacute proud Ik Daacutele
určete vnitřniacute odpor Ri plocheacute baterie noveacute a stareacute 2 Vnitřniacute odpor plocheacute baterie se staacuteřiacutem zvětšuje Jak se to projevuje na zatěžovaciacute
charakteristice
33
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
1 Vyacutepočet a) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip
b) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip 2 Zaacutevěr
34
35
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
2 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
3 Vyacutepočet a) U = f(I)= -09126I+4925 U0=4925 V Ik=54 A Ri=09126 b) U = f(I)= -5011I+445 U0=445 V Ik=089 A Ri=5011 c) U = f(I)= -RiI+U0= -4244I+4132 U0=4132V Ik=097 A Ri=4244 4 Zaacutevěr Novaacute plochaacute baterie maacute většiacute svorkoveacute napětiacute na praacutezdno U0 většiacute zkratovyacute proud Ik a menšiacute vnitřniacute odpor Ri U staršiacute (reacute) plocheacute baterie je to naopak
36
37
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 76 TERMISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Termistor je polovodičovaacute součaacutestka jejiacutež odpor zaacutevisiacute na teplotě
Z teorie vyplyacutevaacute že zaacutevislost odporu termistoru na teplotě je daacutena vztahem
16273 tT eAeAR
(1) T hellip termodynamickaacute teplota R hellip odpor termistoru při daneacute teplotě T A hellip lineaacuterniacute koeficient β hellip index citlivosti materiaacutelu termistoru Pokud bychom chtěli využiacutevat termistor jako teploměr budeme potřebovat znaacutet inverzniacute funkci (2) tedy funkci vyjadřujiacuteciacute zaacutevislost teploty na odporu Tuto funkci ziacuteskaacuteme z rovnice (1) aplikovaacuteniacutem přirozeneacuteho logaritmu naacuteslednou uacutepravou a převedeniacutem do Celsiovy stupnice
15273ln
15273lnln
ARAR
t (2)
t hellip teplota ve degC R hellip odpor termistoru v Ω Ciacutel Změř zaacutevislost odporu termistoru na teplotě Z grafu urči konstanty A a β
38
Pomůcky LabQuest ohmmetr (musiacute byacutet nainstalovaacuten) teploměr TMP-BTA rychlovarnaacute konvice s horkou vodou termistory se jmenovitou hodnotou odporu 47 kΩ 10 kΩ 15 kΩ počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 V konvici si ohřejeme vodu 2 Teploměr TMP-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 2 a ohmmetr do konektoru CH 1
LabQuestu 3 K ohmmetru připojiacuteme termistor (10 kΩ) kteryacute zastrčiacuteme společně s teploměrem do
kaacutedinky 4 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 5 Zapneme LabQuest 6 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko
zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance) 7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s
Frekvence 1 čteniacutes 8 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a
na osu x Teplotu
39
9 Nalejeme horkou vodu z konvice do kaacutedinky s teploměrem a termistorem a zapneme Sběr dat v programu LoggerPro
10 Voda postupně chladne a počiacutetač vykresluje graf zaacutevislosti R = f(t) Ochlazovaacuteniacute můžeme pomalu urychlovat opatrnyacutem přileacutevaacuteniacutem studeneacute vody a současnyacutem miacutechaacuteniacutem Pro hlubšiacute ochlazeniacute můžeme použiacutet kousek ledu
11 Po skončeniacute měřeniacute (300 s) uložiacuteme toto měřeniacute do paměti ndash menu Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute a můžeme opakovat měřeniacute pro dalšiacute termistor Nebo při měřeniacute použiacutet současně dva ohmmetry (CH 2 a CH 3) a dva termistory
12 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash sestrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a β
2 V programu Logger Pro můžeme v menu Analyacuteza ndash Curve Fit zkusit proložit funkci kterou si vybereme ze seznamu A určiacuteme koeficienty A a β Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že zvolenaacute funkce bdquofungujeldquo
3 Zdůvodněte proč odpor termistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
40
41
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
3 Jakaacute je to funkce
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R )
Termistor
Termistor
Termistor
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
42
43
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
Termistory 15k 10k a 4k7 dosahujiacute jmenoviteacute hodnoty přibližně při 25 degC Termistory s většiacutem jmenovityacutem odporem majiacute při stejně velkeacute změně teploty většiacute změnu odporu Index citlivosti materiaacutelu je přibližně stejnyacute
3 Jakaacute je to funkce
Exponenciaacutelniacute klesajiacuteciacute 16273 tT eAeAR
44
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R ) Termistor 15000Ω 3285 02388 15273
3285
23880 teR 15273
23880lnln3285
R
t
Termistor 10000Ω 3592 005836 15273
3592
058360 teR 15273
058360lnln3592
R
t
Termistor 4700 Ω 3545 003204 15273
3545
032040 teR 15273
032040lnln3545
R
t
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
S rostouciacute teplotou se rychle zvětšuje hustota volnyacutech bdquovytřesenyacutechldquo elektronů z vazeb a tiacutem rezistivita rychle klesaacute
45
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 77 FOTOREZISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Fotorezistor (dřiacuteve označovaacuten jako fotoodpor) je pasivniacute elektrotechnickaacute součaacutestka bez PN přechodu jejiacutež elektrickyacute odpor R se snižuje se zvyšujiacuteciacutem se osvětleniacutem E resp elektrickaacute vodivost G se zvyšuje
Princip fotorezistoru je založen na vnitřniacutem fotoelektrickeacutem jevu světlo (foton) naraziacute do elektronu ve valenčniacute sfeacuteře a předaacute mu svoji energii tiacutem elektron ziacuteskaacute dostatek energie k překonaacuteniacute zakaacutezaneacuteho paacutesu a skočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho Tiacutem opustiacute svůj atom a pohybuje se jako volnyacute elektron prostorem krystaloveacute mřiacutežky Na jeho miacutestě vznikla diacutera Takto vznikleacute volneacute elektrony přispiacutevajiacute ke sniacuteženiacute elektrickeacuteho odporu R (zvyacutešeniacute elektrickeacute vodivosti G) Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost Funkce R = f(E) je funkce mocninnaacute R = AmiddotE-B Tuto funkci můžeme zlogaritmovat a převeacutest
na funkci lineaacuterniacute lnR= -BmiddotlnE + lnA nebo určit inverzniacute funkci BB RAE11
Inverzniacute
funkce může sloužit ke konstrukci luxmetru z fotorezistoru Ciacutel Změřit zaacutevislost odporu fotorezistoru na osvětleniacute Z grafu určit konstanty A a B
46
Pomůcky LabQuest 3 ohmmetry (ohmmetr musiacute byacutet nainstalovaacuten) luxmetr LS-BTA fotorezistory počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 Luxmetr LS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 Ohmmetry zapojiacuteme do konektorů
CH 2 CH 3 a CH4 LabQuestu 2 K ohmmetrům připojiacuteme fotorezistory 3 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 4 Zapneme LabQuest
47
5 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance)
6 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s Frekvence 1 čteniacutes
7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a na osu x Osvětleniacute
8 Těsně vedle fotorezistorů umiacutestiacuteme luxmetr 9 Budeme postupně viacutece a viacutece zakryacutevat papiacutery fotorezistory s luxmetrem Tiacutem dosaacutehneme
změnu osvětleniacute a odporu fotorezistorů Zastaviacuteme měřeniacute 10 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů 11 Provedeme analyacutezu grafů Určiacuteme konstanty mocninneacute funkce A a B Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash setrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a B
2 Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že určenaacute funkce bdquofungujeldquo 3 Zdůvodněte proč odpor fotorezistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
48
49
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy 3 Jakaacute je to funkce 4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute Fotorezistor středniacute Fotorezistor velkyacute
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E
50
51
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy Pro tři měřeneacute fotorezistory jsou průběhy funkciacute podobneacute U maleacuteho a středniacuteho fotorezistoru je pokles odporu R většiacute něž u velkeacuteho fotorezistoru při stejně velkeacute změně osvětleniacute E 3 Jakaacute je to funkce Funkce R=f(E) je funkce mocninnaacute R=AmiddotE-B Je to funkce klesajiacuteciacute
52
4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute 100100 07246 R=100100middotE-07246 381
11
7960821 RRAE BB
Fotorezistor středniacute 97030 08379 R=97030middotE-08379 1931
11
894688 RRAE BB
Fotorezistor velkyacute 30350 06885 R=30350middotE-06885 4521
11
3236193 RRAE BB
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem viacutece elektronů přeskočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho a tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost ndash zmenšuje se odpor R
53
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech
78 TRANZISTOR JAKO SPIacuteNAČ A ZESILOVAČ
Fyzikaacutelniacute princip Tranzistor je polovodičovaacute součaacutestka se dvěma přechody PN Středniacute čaacutest krystalu polovodiče je baacuteze B a přechody PN ji oddělujiacute od oblasti s opačnyacutem typem vodivosti kolektorem C a emitorem E Podle druhu vodivosti jednotlivyacutech čaacutestiacute označujeme tranzistory jako typy NPN a PNP
Zaacutekladniacute funkce tranzistoru Maleacute napětiacute v obvodu baacuteze vzbuzuje proud kteryacute je přiacutečinou mnohokraacutet většiacuteho proudu v obvodu kolektoroveacutem Tranzistor se použiacutevaacute jako bdquoelektronickyacute spiacutenačldquo a bdquozesilovačldquo
Ciacutel Ověřit činnost tranzistoroveacuteho spiacutenače a tranzistoroveacuteho zesilovače Pomůcky LabQuest dva voltmetry VP-BTA zapojeniacute tranzistoru jako spiacutenače a zesilovače (podle scheacutema) generaacutetor signaacutelu (může byacutet použit i druhyacute LabQuest se zesilovačem) baterie 45 V
54
Scheacutema
a) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquospiacutenačeldquo
b) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquozesilovačeldquo
55
Postup 1 Voltmetry zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquospiacutenačldquo podle scheacutema a) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1) a
UCE (U2) 3 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme trojuacutehelniacutekovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 5 V
4 Voltmetr U1 připojiacuteme mezi baacutezi a emitor (UBE) Voltmetr U2 připojiacuteme mezi kolektor a
emitor (UCE) 5 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 3 s Frekvence
10 000 čteniacutes 6 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
Tranzistor jako bdquospiacutenačldquo
7 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 8 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquozesilovačldquo podle scheacutema b) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1)
a UCE (U2) Potenciometrem P nastaviacuteme bdquopracovniacute bod tranzistoruldquo ndash UCE bude miacutet přibližně polovičniacute hodnotu napaacutejeciacuteho napětiacute (jestliže napětiacute zdroje je UB= 45 V rarr UCE= 225 V)
9 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme sinusovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 015 V 10 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 01 s Frekvence 10 000 čteniacutes
56
Tranzistor jako bdquozesilovačldquo
11 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 12 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 13 Určiacuteme jakyacute je poměr UCEUBE 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Při jakeacutem napětiacute UBE tranzistor bdquosepneldquo Jak dlouho probiacutehaacute bdquosepnutiacuteldquo (tranzistor jako
spiacutenač) 2 Zkus měnit kmitočet vstupniacuteho napětiacute zesilovače 3 Zkus měnit nastaveniacute pracovniacuteho bodu Jakyacute to maacute vliv na vyacutestupniacute signaacutel 4 Zkus měnit velikost střiacutedaveacuteho vstupniacuteho napětiacute Jakyacute to maacute vliv na tvar vyacutestupniacuteho
napětiacute 5 Urči zesilovaciacute činitel 6 Je vyacutestupniacute signaacutel bdquozkreslenyacuteldquo Co je přiacutečinou
57
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
58
59
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač
2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač
60
b) Tranzistor jako zesilovač
3 Zaacutevěr a)Tranzistor jako spiacutenač ndash z měřeniacute je patrneacute že se tranzistor otevře při překročeniacute napětiacute asi 07 V mezi baacuteziacute a editorem b)Tranzistor jako zesilovač ndash změřeniacute je patrneacute že tranzistor zesiluje napětiacute přibližně 23times Z měřeniacute je daacutele patrneacute že dochaacuteziacute ke zkresleniacute vstupniacuteho signaacutelu
61
Elektrickyacute proud v kapalinaacutech 79 ELEKTROLYacuteZA
Fyzikaacutelniacute princip Elektrolyacutezou nazyacutevaacuteme laacutetkoveacute změny vyvolaneacute při průchodu proudu elektrolytem na elektrodaacutech Faradayův zaacutekon Hmotnost m vyloučeneacute laacutetky je přiacutemo uacuteměrnaacute naacuteboji Q kteryacute prošel elektrolytem M = AQ = AmiddotImiddott Konstanta uacuteměrnosti A kteraacute je pro danou laacutetku charakteristickaacute se nazyacutevaacute elektrochemickyacute ekvivalent laacutetky Ciacutel Určit elektrochemickyacute ekvivalent mědi v roztoku siacuteranu měďnateacuteho CuSO4 Pomůcky LabQuest ampeacutermetr HCS-BTA žaacuterovka 24 V40 W naacutedoba s roztokem Cu2SO4 zdroj stejnosměrneacuteho napětiacute 24 V digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001
Scheacutema
62
Postup 1 Sestaviacuteme měřeniacute podle scheacutema Katodu připevniacuteme na stativ kteryacute stojiacute na digitaacutelniacutech
vahaacutech 2 Ampeacutermetr HCS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 LabQuestu a ten připojiacuteme přes
USB k PC 3 Digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001 připojiacuteme přes USB k PC 4 Zapneme LabQuest 5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 1 vzoreksekundu 6 Zapneme zdroj proudu 7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a nechaacuteme určitou dobu probiacutehat
měřeniacute
8 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 9 V grafu I = f (t) určiacuteme velikost naacuteboje Q kteryacute prošel obvodem pomociacute volby v menu
Analyacuteza - Integraacutel 10 Vypočiacutetaacuteme elektrochemickyacute ekvivalent mědi A (při elektrolyacuteze roztoku Cu2SO4)
zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pomociacute elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi spočiacutetejte Avogadrovu a Faradayovu
konstantu 2 Naměřeneacute hodnoty porovnejte s tabulkovyacutemi hodnotami 3 Zkus zopakovat měřeniacute s jinyacutem elektrolytem 4 Co může byacutet přiacutečinou naacuterůstu elektrickeacuteho proudu v průběhu měřeniacute (viz vyacuteše)
63
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu
3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
64
65
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu 0000002480
1210103 4
3 Zaacutevěr Elektrochemickyacute ekvivalent mědi měřeniacutem a vyacutepočtem vychaacuteziacute 0000000248 kgmiddotC-1 Tabulkovaacute hodnota elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi je A = 03310-6 kgC-1 Chyba měřeniacute je způsobenaacute nepřesnostiacute měřeniacute
66
67
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
710 MAGNETICKEacute POLE CIacuteVKY
Fyzikaacutelniacute princip
Magnetickaacute indukce uvnitř velmi dlouheacute ciacutevky maacute velikost l
INB kde I je velikost
proudu N je celkovyacute počet zaacutevitů a l je deacutelka ciacutevky
Ciacutel Ověřit zaacutevislost magnetickeacute indukce na velikosti proudu prochaacutezejiacuteciacuteho ciacutevkou Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω ampeacutermetr DCP-BTA teslametr MG-BTA ciacutevka 166 a 332 zaacutevitů regulovatelnyacute zdroj proudu a napětiacute BK 127
Scheacutema
68
Postup 1 Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme teslametr MG-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud
Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Magnetickou indukci a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 mT V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Regulovatelnyacutem zdrojem zvyšujeme napětiacute Kontrolujeme proud ndash max 06 A
Teslametrem měřiacuteme magnetickou indukci uvnitř ciacutevky
6 Vysloviacuteme zaacutevěr - jak zaacutevisiacute magnetickaacute indukce B na velikosti elektrickeacute proudu I
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Ze znalosti počtu zaacutevitů deacutelky ciacutevky a proudu spočiacutetej magnetickou indukci 2 Změň ciacutevku a opakuj měřeniacute 3 Změř jak se měniacute magnetickaacute indukce po podeacutelneacute ose ciacutevky při daneacute hodnotě proudu
69
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = helliphellip A N= 332 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
b) I = helliphellip A N= 166 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
70
3 Zaacutevěr
Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = helliphelliphelliphellip mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je měřeniacutem B = helliphelliphelliphellip mT Tyto hodnoty helliphelliphelliphelliphellip s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Jejich rovnice jsou B = helliphelliphelliphellipmiddotI a B = helliphelliphellipmiddotI
71
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = 05807 A N = 332 z l = 15 cm
mTl
INB 615115058070133104 7
b) I = 061 A N = 166 z l = 15 cm mT
lINB 8480
150610166104 7
72
3 Zaacutevěr Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = 1734 mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je B= 0835 mT Tyto hodnoty souhlasiacute s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je přiacutemaacute uacuteměrnost Jejich rovnice jsou B = 2906middotI a B = 1445middotI
73
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
711 MAGNETICKEacute POLE ZEMĚ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Stejně i Země maacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Zemskeacute magnetickeacute pole v ČR maacute magnetickou indukci 0048 mT Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole Země Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA stojan laboratorniacute uacutehloměr
74
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 03 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve vodorovneacute rovině
otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum (N a S magnetickyacute poacutel) Z maximaacutelniacutech hodnot odečteme vodorovnou amplitudu magnetickeacute indukce B Země
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve svisleacute rovině (N-S směr) otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum Maximaacutelniacute hodnota je hodnotou magnetickeacute indukce B Země
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči sklon indukčniacute čaacutery magnetickeacuteho pole u naacutes v ČR vzhledem k povrchu země 2 Teslametr upevniacuteme do stojanu Pod teslametr položiacuteme uacutehloměr
75
3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev Uacutehel Jednotky deg
4 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Podle kompasu nastaviacuteme teslametr na sever 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 7 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0deg a stiskneme OK 8 Teslametr otočiacuteme o 10deg 9 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 10 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 10deg a stiskneme OK 11 Opakujeme body 8 9 a 10 pro 20deg 30deg 40deg hellip 360deg 12 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 13 Měřeniacute zopakujeme v horizontaacutelniacute rovině v bdquoN ndash Sldquo směru 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
76
77
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
78
79
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(t)
2 Zaacutevěr Velikost vektoru magnetickeacute indukce vychaacuteziacute přibližně B = 005 mT Tento vektor maacute vzhledem k vodorovneacutemu směru uacutehel sklonu 60deg
80
81
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
712 MAGNETICKEacute POLE MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT stojan laboratorniacute permanentniacute magnet
82
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně
přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k severniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně pohybujeme (asi 5 sekund) teslametrem kolmo k podeacutelneacute ose magnetu k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund) Uložiacuteme měřeniacute
83
6 Otevřeme novyacute soubor a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf
7 Zopakujeme měřeniacute pro magnet tvaru podkovy s teslametrem plusmn 140 mT
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev deacutelka
Jednotky cm 2 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Teslametr upevniacuteme do stojanu a postaviacuteme na okraj
magnetickeacuteho pole magnetu tvaru podkovy 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 5 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK 6 Teslametr posuneme o 1 cm 7 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 8 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 1 cm a stiskneme OK 9 Opakujeme body 7 8 a 9 pro 2cm 3 cm 4 cm hellip20 cm 10 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 11 Měřeniacute zopakujeme ve vertikaacutelniacute rovině magnetu (bdquoN ndash Sldquo) 12 Vysloviacuteme zaacutevěr
84
85
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
713 VLASTNOSTI FEROMAGNETICKYacuteCH
LAacuteTEK Fyzikaacutelniacute princip Budeme-li postupně zvětšovat proud I v ciacutevce s jaacutedrem z feromagnetickeacute laacutetky bude se postupně i magnetickaacute indukce B v jaacutedře zvětšovat
Relativniacute permeabilita μr feromagnetickyacutech laacutetek neniacute konstantniacute proto zaacutevislost B = f(I) neniacute lineaacuterniacute Grafem teacuteto zaacutevislosti je křivka ndash hystereacutezniacute smyčka
Hystereacutezniacute smyčka je důležitou charakteristikou feromagnetickyacutech laacutetek Podle tvaru křivky děliacuteme laacutetky na a) magneticky tvrdeacute - majiacute širokou hystereacutezniacute smyčku velkou hodnotu Br a jsou viacutece
odolnějšiacute vůči zmagnetovaacuteniacute (ocel s velkyacutem obsahem uhliacuteku hellip) Po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole zůstaacutevajiacute nadaacutele zmagnetovaacuteny a chovajiacute se jako permanentniacute magnet Jejich magnetickeacute pole lze zrušit pomociacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole opačneacute polarity (např do ciacutevky s jaacutedrem zavedeme proud opačneacuteho směru)
b) magneticky měkkeacute - materiaacutely s uacutezkou hystereacutezniacute smyčkou ktereacute se dajiacute snadno zmagnetovat (magnetofonoveacute paacutesky diskety hellip) Majiacute malou hodnotu Br což znamenaacute že po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole jejich vlastniacute magnetickeacute pole zanikaacute
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole ciacutevky s jaacutedrem v zaacutevislosti na velikosti proudu I Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT ampeacutermetr HCS-BTA stojan laboratorniacute ciacutevka 400 z různaacute jaacutedra regulovatelnyacute zdroj KXN 305D
86
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr plusmn140 mT ke vstupu CH1 LabQuestu Ke vstupu CH2 zapojiacuteme
ampeacutermetr HCS-BTA Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a připojiacuteme ho k USB PC 3 V programu LoggerPro v menu Data ndash Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme Naacutezev
magnetickaacute indukce Značka B Jednotka mT Rovnice Potential57 4 Na ose y zvoliacuteme magnetickaacute indukce a na ose x elektrickyacute proud 5 V menu Experiment ndash Sběr dat hellip zvoliacuteme bdquoNepřerušenyacute sběr datldquo Vzorkovaciacute
frekvence 10 vzorkůsekundu 6 Uvnitř ciacutevky je jaacutedro s feromagneticky měkkeacute oceli Vynulujeme senzor proudu a napětiacute
(teslametr plusmn140 mT) Teslametr přiložiacuteme těsně k jaacutedru (viz scheacutema) 7 Na regulovatelneacutem zdroji napětiacute zvětšujeme pomalu napětiacute až dosaacutehneme proud ciacutevkou
5 A Potom zase zmenšujeme napětiacute (proud) na bdquonululdquo Přepoacutelujeme poacutely zdroje pomociacute banaacutenků nebo dvojpoacutelovyacutem přepiacutenačem
87
8 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat v programu LoggerPro a opakujeme činnost v bodě 7 dvakraacutet Tiacutem se vykresliacute celaacute hystereacutezniacute smyčka Zastaviacuteme sběr dat tlačiacutetkem Stop v programu LoggerPro Uložiacuteme měřeniacute
9 Zopakujeme měřeniacute pro různaacute jaacutedra
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme různaacute jaacutedra z feromagneticky tvrdeacute oceli ndash např šroubovaacutek
2 Z grafu můžeme určit hodnotu zbytkoveacute magnetickeacute indukce Br 3 Proč je pro jaacutedra transformaacutetorů vyacutehodnějšiacute použiacutet feromagneticky měkkou ocel
88
89
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole 714 HALLŮV JEV
Fyzikaacutelniacute princip Hallův jev vznikaacute při průchodu proudu I tenkou polovodičovou destičkou (InSb InAs s odporem 001 až 20 Ohmů a tloušťky cca 01 mm jednaacute se o kompromis mezi maximem citlivost a mechanickeacute pevnosti) obdeacutelniacutekoveacuteho tvaru Při vloženiacute destičky do magnetickeacuteho pole skrze ni prochaacuteziacute indukčniacute tok a přeskupuje naacuteboje v destičce na jednu stranu Tak na bočniacutech stěnaacutech destičky vznikaacute napětiacute (tzv Hallovo napětiacute) ktereacute se daacute vypočiacutetat pomociacute vzorce UH = kIB kde k je konstanta (zahrnuje typ materiaacutelu a tloušťku destičky) I je stejnosměrnyacute proud a B je magnetickaacute indukce způsobenaacute magnetickyacutem polem
Ciacutel Pomociacute teslametru změřit jak zaacutevisiacute napětiacute UH na Hallově sondě na magnetickeacute indukci B magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA teslametr MG-BTA teslametr bdquoza paacuter korunldquo (viz doprovodnyacute text) permanentniacute magnet
90
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 a teslametr MG-BTA ke vstupu CH2
LabQuestu Na teslametru MG-BTA nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Voltmetr VP-BTA připojiacuteme k teslametru bdquoza paacuter korunldquo - je na něm zapojena Hallova sonda na napětiacute 3 V a protilehleacute vyacutevody z Hallovy sondy jsou vyvedeny pomociacute dvou vodičů Na nich budeme měřit UH pomociacute voltmetru VP-BTA LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 2 vzorkysekundu 4 Zapneme zdroj proudu na teslametru bdquoza paacuter korunldquo Vynulujeme oba senzory
Permanentniacute magnet přibliacutežiacuteme k teslametru MG-BTA a teslametru bdquoza paacuter korunldquo na vzdaacutelenost asi 2cm Digitaacutelniacute displej teslametru ukazuje hodnotu 5 mT (viz scheacutema)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem vzdalujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 1)
6 Pak otočiacuteme magnet o 180deg a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem přibližujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 2)
91
7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 8 Opakujeme měřeniacute pro různeacute Hallovy sondy
9 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash jakaacute je zaacutevislost UH na B jakaacute je citlivost
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kde se Hallova sonda použiacutevaacute 2 Jakyacute je rozsah teslametru MG-BTA a jakyacute teslametru bdquoza paacuter korunldquo 3 Zkus změřit magnetickou indukci magnetu bdquoparalelněldquo oběma teslametry U teslametru
bdquoza paacuter korunldquo vlož lineaacuterniacute funkci kteraacute přepočiacutetaacute UH na B
92
93
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
94
95
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr Z grafů je zřejmeacute že se jednaacute o přiacutemou uacuteměrnost Pro prvniacute (modryacute graf) Hallův senzor je rovnice přiacutemeacute uacuteměrnosti B=f(UH) = 333UH mT A pro druhyacute (červenyacute graf) Hallův senzor je rovnice B=f(UH) = 83UH mT
96
97
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
715 MAGNETICKYacute ZAacuteZNAM SIGNAacuteLŮ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickyacute zaacuteznam signaacutelů kteryacutem je uchovaacutevaacutena zvukovaacute či obrazovaacute informace nebo takeacute digitaacutelniacute informace zpracovanaacute počiacutetačem Magnetickyacute zaacuteznam je založen na trvaleacutem zmagnetovaacuteniacute vrstvy feromagnetika (např oxidu železa) naneseneacuteho na nosiči z plastickeacuteho materiaacutelu
Magnetickyacute zaacuteznam se uskutečňuje pomociacute zvlaacuteštniacuteho elektromagnetu ndash zaacuteznamoveacute hlavy
Ciacutel Proveacutest mazaacuteniacute magnetickyacute zaacuteznam sniacutemaacuteniacute a opětneacute mazaacuteniacute na nosič Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA permanentniacute magnet na mazaacuteniacute permanentniacute magnet na zaacuteznam svinovaciacute metr jako nosič zaznamenaneacuteho signaacutelu
98
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru MG-BTA
nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Deacutelka 10 s
Vzorkovaciacute frekvence 20 vzorkůsekunda 4 Nejdřiacuteve provedeme mazaacuteniacute na nosiči (svinovaciacute metr)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu (10 s) rovnoměrnyacutem
pohybem pomociacute teslametru provedeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů na nosiči
6 Provedeme zaacuteznam signaacutelů na nosiči (např čtyřikraacutet)
7 Zopakujeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů (jako v bodě 5) 8 Zopakujeme mazaacuteniacute a sniacutemaniacute (jako v bodě 4 a 5)
99
9 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej zaacuteznam různyacutem (S N) poacutelem permanentniacuteho magnetu Jak se změniacute průběh
signaacutelu 2 Vyzkoušej mazaacuteniacute a zaacuteznam na skutečnyacute nosič ndash paacutesek od videokazety 3 Vyzkoušej zaacuteznam na disketu
100
101
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
716 ELEKTROMAGNETICKAacute INDUKCE
Fyzikaacutelniacute princip Elektromagnetickaacute indukce je jev při ktereacutem vznikaacute elektrickeacute napětiacute ve vodiči změnou magnetickeacuteho pole v okoliacute vodiče (ciacutevky) Indukovaneacute napětiacute zaacutevisiacute na velikosti změny magnetickeacuteho pole i na rychlosti jeho změny
tU i
Indukovaneacute napětiacute maacute takovou polaritu že indukovanyacute proud vytvaacuteřiacute magnetickeacute pole s opačnyacutem směrem indukčniacutech čar než maacute magnetickeacute pole ktereacute indukci vyvolalo (Lenzův zaacutekon)
Ciacutel Změřit indukovaneacute napětiacute Ověřit na čem zaacutevisiacute Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA ciacutevka s jaacutedrem permanentniacute magnet
102
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu Roztočiacuteme permanentniacute magnet v těsneacutem okoliacute ciacutevky (jaacutedra)
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Opakujeme měřeniacute s rychlejšiacutem (pomalejšiacutem) otaacutečeniacutem magnetu 5 Vyměniacuteme magnet za bdquosilnějšiacuteldquo 6 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash na čem zaacutevisiacute indukovaneacute napětiacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkus ciacutevku s jinyacutem počtem zaacutevitů 2 Zkus pohybovat membraacutenou reproduktoru a měřit indukovaneacute napětiacute 3 Zkus napjatou strunu umiacutestit do magnetickeacuteho pole a na niacute měřit velikost indukovaneacuteho
napětiacute
103
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
717 DEMONSTRACE VOLNEacuteHO PAacuteDU MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Volnyacute paacuted je rovnoměrně zrychlenyacute pohyb volně padajiacuteciacuteho tělesa v bliacutezkosti země K měřeniacute pohybu volneacuteho paacutedu tělesa (magnetu) použijeme trubici z nevodiveacuteho materiaacutelu Na trubici jsou v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech navinuty ciacutevky ktereacute jsou navzaacutejem spojeneacute do seacuterie Spojeniacute ciacutevek připojiacuteme k voltmetru a zobraziacuteme časovyacute zaacuteznam napětiacute na jednotlivyacutech ciacutevkaacutech při pohybu magnetu trubiciacute vnitřkem jednotlivyacutech ciacutevek
Ciacutel Změřit časovyacute průběh indukovaneacuteho napětiacute při pohybu (volneacutem paacutedu) magnetu vnitřkem ciacutevek Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA neodymovyacute magnet (vaacuteleček) 2 m dlouhaacute PPR trubka 25x35 PN16 na ktereacute jsou navinuty ciacutevky (10 z) v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech
104
Scheacutema
105
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Sestaviacuteme obvod podle
scheacutema Voltmetr připojiacuteme ke koncům seacuterioveacuteho spojeniacute ciacutevek LabQuest připojiacuteme k PC přes USB
2 Zapneme LabQuest V programu Logger Pro v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 06 s Frekvence 1 000 vzorkůs Daacutele Trigger je rostouciacute přes 001 V
3 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat (měřeniacute) v programu Logger Pro Neodymovyacute magnet vložiacuteme do uacutestiacute PPR trubky a pustiacuteme
4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme časoveacute intervaly mezi jednotlivyacutemi průchody
magnetu Daacutele vypočiacutetaacuteme rychlosti v jednotlivyacutech intervalech Určiacuteme zrychleniacute mezi jednotlivyacutemi intervaly Přiacuteklad vyacutepočtu pro vyacuteše uvedeneacute měřeniacute
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyložte průběh zaacuteznamu z hlediska velikosti a polarity jednotlivyacutech napětiacute a jejich
umiacutestěniacute na ose času 2 Zopakuj měřeniacute s padajiacuteciacutem magnetem s opačnou orientaciacute poacutelů magnetu 3 Jak se změniacute časovyacute průběh při použitiacute delšiacuteho magnetu (viacutece vaacutelečků) 4 Zopakuj měřeniacute s tiacutem že konec trubky ucpeš gumovou zaacutetkou 5 Připoj k vyacutestupu signaacutelu z ciacutevek zesilovač a reproduktor a poslechem sleduj volnyacute paacuted
magnetu
106
107
Střiacutedavyacute proud 718 PŘECHODNYacute DĚJ Fyzikaacutelniacute princip Přechodnyacutem dějem v obvodu s kondenzaacutetorem nebo s ciacutevkou nazyacutevaacuteme skokovou změnu napětiacute a proudu na kondenzaacutetoru a ciacutevce Tuto změnu vyvolaacuteme sepnutiacutem nebo vypnutiacutem spiacutenače (přepiacutenače) Ciacutel Určit jak se měniacute napětiacute a proud v obvodu s kondenzaacutetorem a s ciacutevkou při přechodneacutem ději Pomůcky LabQuest ciacutevka 1 200 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr VP-BTA voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
a) b)
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr
DCP-BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema a)
108
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Zapojiacuteme obvod podle scheacutema b) 6 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 1 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 A Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a hned ho přepneme zpět
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zamysli se co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru (ciacutevky) ke zdroji
napětiacute a co se děje při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute k rezistoru Kde se to daacute využiacutet 2 Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Zkus to
vymyslet a potom ověř měřeniacutem
109
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
2 Doplňkoveacute otaacutezky a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k
rezistoru c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute
110
d) 4) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru
e) 5) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů f) 6) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
111
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 27 degC
Tlak 1008 hPa
Vlhkost 53
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
112
3 Doplňkoveacute otaacutezky
a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute dochaacuteziacute k jeho nabiacutejeniacute Na kondenzaacutetoru se akumuluje elektrickyacute naacuteboj (zvětšuje se jeho elektrickaacute energie) V okamžiku zapojeniacute bude obvodem prochaacutezet největšiacute elektrickyacute proud Nenabityacute kondenzaacutetor se zpočaacutetku chovaacute jako zkrat Čiacutem viacutece se však bude kondenzaacutetor nabiacutejet (bude v něm vzrůstat nahromaděnyacute naacuteboj) a poroste jeho napětiacute tiacutem menšiacute proud bude prochaacutezet obvodem
b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k rezistoru Po odpojeniacute obvodu od zdroje napětiacute se začiacutenaacute kondenzaacutetor vybiacutejet (chovaacute se jako zdroj) Elektrickaacute energie kterou kondenzaacutetor vybije se v rezistoru přeměniacute na teplo Teoreticky se kondenzaacutetor vybiacutejiacute nekonečně dlouhou dobu V okamžiku odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje napětiacute prochaacuteziacute obvodem velkyacute proud opačnyacutem směrem než při zapojeniacute ke zdroji napětiacute Napětiacute i proud postupně klesajiacute
c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute ciacutevky ke zdroji stejnosměrneacuteho napětiacute začne obvodem prochaacutezet proud kteryacute na ciacutevce způsobiacute indukovaacuteniacute napětiacute jež je uacuteměrneacute časoveacute změně magnetickeacuteho indukčniacuteho toku a s polaritou působiacuteciacute proti napětiacute zdroje Proud v obvodu se proto zvětšuje na svou maximaacutelniacute hodnotu jen postupně neboť čaacutest energie dodaacutevaneacute ze zdroje do obvodu se spotřebovaacutevaacute na vytvaacuteřeniacute magnetickeacuteho pole ciacutevky (indukovaneacute napětiacute na ciacutevce postupně klesaacute) Proud se ustaacuteliacute teprve v okamžiku kdy se časovaacute změna magnetickeacuteho indukčniacuteho toku bude rovna nule (to platiacute i pro indukovaneacute napětiacute na ciacutevce)
d) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru Po odpojeniacute ciacutevky od zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute se začne v ciacutevce indukovat napětiacute opačneacute polarity (může dosaacutehnout vyššiacutech hodnot než je napětiacute zdroje) než v předešleacute faacutezi ktereacute způsobiacute zpomaleniacute zaacuteniku magnetickeacuteho pole Směr toku proudu zůstaacutevaacute nezměněn Energie magnetickeacuteho pole ciacutevky se přeměniacute na rezistoru na teplo Proud i napětiacute tedy rychle ale postupně klesajiacute k nuloveacute hodnotě
e) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Kondenzaacutetor Čiacutem menšiacute odpor maacute rezistor tiacutem rychleji se kondenzaacutetor nabije a tiacutem rychleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor rychle vybije a vzniklyacute proud v obvodu rychle klesaacute Čiacutem většiacute odpor maacute rezistor tiacutem pomaleji se rezistor nabije a tiacutem pomaleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor vybije pomaleji a vzniklyacute proud v obvodu pozvolna klesaacute Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud Ciacutevka Čiacutem menšiacute odpor majiacute rezistory tiacutem pozvolněji klesaacute indukovaneacute napětiacute vznikleacute na ciacutevce při zapojeniacute ke zdroji Toteacutež platiacute pro elektrickyacute proud kteryacute se v tomto přiacutepadě ustaacuteliacute za delšiacute časovyacute okamžik Jinak je tomu v přiacutepadě že rezistory majiacute většiacute odpor Indukovaneacute napětiacute klesaacute rychleji a proud se v obvodu ustaacuteliacute na konstantniacute hodnotě za velmi kraacutetkou dobu Při odpojeniacute od zdroje klesajiacute proud a napětiacute v obou přiacutepadech přibližně stejně Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud
113
Kondenzaacutetor + rezistor 50 Ω + rezistor 200 ΩCiacutevka + rezistory 50 Ω + rezistory 200 Ω
114
f) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
Řada přechodnyacutech jevů je nežaacutedouciacute protože způsobiacute např kraacutetkodobeacute přetiacuteženiacute obvodu a tiacutem zkracujiacute životnost zařiacutezeniacute (zapnutiacute studeneacute žaacuterovky ndash naacuterazovyacute proud je až desetkraacutet většiacute než ustaacutelenyacute proud) Některeacute přechodneacute děje jsou však žaacutedouciacute a některeacute obvody jsou přiacutemo na využitiacute přechodnyacutech dějů založeny (generaacutetory klopneacute obvody) V elektronice existujiacute přechodneacute děje založeneacute na RC RL a RLC obvodech vzhledem k co možnaacute nejmenšiacutem použiacutevaacuteniacute ciacutevek majiacute největšiacute vyacuteznam při nabiacutejeniacute a vybiacutejeniacute kondenzaacutetory Obecně jsou v elektronice nejrozšiacuteřenějšiacute tepelneacute přechodneacute jevy V silnoproudeacute elektronice se měřiacute oteplovaciacute křivky elektrickyacutech strojů v počiacutetačoveacute technice se měřiacute otepleniacute hlavniacuteho procesoru měřeniacute teploty harddisku atd
115
Střiacutedavyacute proud 719 STŘIacuteDAVYacute PROUD S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem maacute časovyacute diagram napětiacute stejnou faacutezi (faacutezovyacute rozdiacutel je nulovyacute) jako časovyacute diagram proudu
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
116
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Um f Im T a (faacutezovyacute rozdiacutel) Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a u
5 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zakreslete faacutezorovyacute diagram 2 Určete z grafů velikost odporu rezistoru
117
Střiacutedavyacute proud 720 VYacuteKON STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem je okamžitaacute hodnota vyacutekonu p = ui = Ri2 = RIm
2sin2t
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem a zobrazit časovyacute diagram vyacutekonu Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
118
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Zvoliacuteme zaacuteložku tabulka V menu Tabulka zvoliacuteme Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec Naacutezev ndash
Vyacutekon Jednotka ndash W Tvar vyacuterazu XY Sloupec pro X ndash proud Sloupec pro Y ndash napětiacute
5 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Pm f Im T Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a p
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jakyacute je poměr frekvence okamžiteacute hodnoty vyacutekonu a okamžiteacute hodnoty proudu 2 Určete z grafu okamžiteacute hodnoty vyacutekonu středniacute hodnotu vyacutekonu P
119
Střiacutedavyacute proud 721 STŘIacuteDAVYacute PROUD S INDUKČNOSTIacute
Fyzikaacutelniacute princip
Induktance je veličina I
UX L Induktance XL je přiacutemo uacuteměrnaacute indukčnosti ciacutevky L a
frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute induktance indukčnost ciacutevky Ověřit že induktance na indukčnosti a frekvenci zaacutevisiacute přiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω voltmetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z a voltmetrem (ry) 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute
(Zesilovač)
120
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a indukčnosti Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z Vypočiacutetaacuteme induktanci XL Z induktance a frekvence vypočiacutetaacuteme indukčnost L
5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XL = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Miacutesto ciacutevky zapoj tlumivku (2times47 mH) a proveď stejneacute měřeniacute V čem se lišiacute zaacutevislost
XL = f(f) Proč se lišiacute
2 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na indukčnosti pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu
3 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty induktance pro vyššiacute frekvence 4 Zkus změřit přechodnyacute děj na indukčnosti
121
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900
1000 průměr
122
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr
2 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
123
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25degC
Tlak 1004 hPa
Vlhkost 53
3 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
RUL hellipstejnosměrnyacute obvod
IUL 22
ciacutevkyRZ fX L
2
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00364 01620 44510 (Rciacutevky) 00000 00000
100 09600 00096 00460 47917 17744 00028 200 09440 00094 00600 63559 45372 00036 300 09410 00094 00800 85016 72433 00038 400 09380 00094 00990 105544 95699 00038 500 09360 00094 01210 129274 121369 00039 600 09340 00093 01430 153105 146492 00039 700 09300 00093 01640 176344 170634 00039 800 09260 00093 01860 200864 195870 00039 900 09230 00092 02090 226436 222018 00039
1000 09160 00092 02290 250000 246006 00039 průměr 00037
124
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00367 00673 18338 (Rciacutevky) 00000 00000
100 63300 00633 15760 248973 248297 00395 200 59700 00597 26440 442881 442501 00352 300 55100 00551 35240 639564 639301 00339 400 49400 00494 43500 880567 880376 00350 500 42700 00427 50400 1180328 1180185 00376 600 34760 00348 56300 1619678 1619574 00430 700 26080 00261 61300 2350460 2350389 00534 800 15650 00157 65000 4153355 4153314 00826 900 07050 00071 66600 9446809 9446791 01671
1000 04850 00049 66800 13773196 13773184 02192 průměr 00747
4 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
Graf pro školniacute ciacutevku 400 zaacutevitů Ciacutevka neobsahuje jaacutedro induktance je teacuteměř přesně lineaacuterniacute funkciacute frekvence střiacutedaveacuteho napětiacute Konstantou uacuteměry je vyacuteraz 2πL kde L je indukčnost ciacutevky Indukčnost je teacutež konstantniacute Graf pro tlumivku 47 mH Induktance neniacute lineaacuterniacute funkciacute frekvence Přiacutečinou je jaacutedro na němž je namotaacuten vodivyacute draacutet ciacutevky Z toho důvodu nelze indukčnost ciacutevky L považovat za konstantniacute hodnotu
125
Střiacutedavyacute proud 722 STŘIacuteDAVYacute PROUD S KAPACITOU
Fyzikaacutelniacute princip
Kapacitance je veličina I
UX C Kapacitance XC je nepřiacutemo uacuteměrnaacute kapacitě
kondenzaacutetoru C a frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute kapacitance kapacitu kondenzaacutetoru Ověřit že kapacitance na kapacitě a frekvenci zaacutevisiacute nepřiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) rezistor 100 Ω voltmetr (y)
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetrem (ry)
126
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a kondenzaacutetoru Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme kapacitanci XC Z kapacitance a frekvence vypočiacutetaacuteme kapacitu C 5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XC = f(f) 8 Porovnej hodnotu kapacity vypočiacutetanou a jmenovitou
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru
2 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty kapacitance pro vyššiacute frekvence 3 Zkus změřit přechodnyacute děj na kondenzaacutetoru
127
Střiacutedavyacute proud 723 SLOŽENYacute OBVOD STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU
Fyzikaacutelniacute princip
Impedance je veličina I
UZ Při seacuterioveacutem spojeniacute prochaacuteziacute rezistorem ciacutevkou a
kondenzaacutetorem složenyacutem obvodem RLC stejnyacute proud i Ciacutel Určit pomociacute vyacutesledneacuteho napětiacute a proudu impedanci Z Určit jak zaacutevisiacute impedance Z na frekvenci f Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) voltmetr - multimetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetry
128
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a celkoveacute napětiacute Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z 5 Změniacuteme kmitočet na 400 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 800 Hz 1 200 Hz 10 000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti Z = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jak se měniacute impedance Z v zaacutevislosti na kmitočtu Zkus vysvětlit proč tomu tak je
2 Sestroj graf Z = f(f) podle vzorce 2
2 1
CLRZ
kde f (0 Hz 10 kHz)
R = 100 Ω C = 47 μF a L = 41 mH Porovnej grafy (naměřenyacute a teoretickyacute)
0000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
3 Kde se využiacutevaacute teacuteto zaacutevislosti Vysvětli Jak se změniacute tyto zaacutevislosti změniacuteme-li hodnotu kapacity nebo indukčnosti
4 Zkus změřit podobnou zaacutevislost Z = f(f) pro paralelniacute obvod RLC Pozor Vzhledem k maleacutemu vnitřniacutemu odporu ciacutevky L při niacutezkyacutech kmitočtech je potřeba zařadit k obvodu RLC seacuteriově rezistor 100 Ω
5 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute na rezistoru ciacutevce a kondenzaacutetoru a hodnotu proudu na rezistoru pomociacute druheacuteho LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute jednotlivyacutech napětiacute vzhledem k proudu
129
Střiacutedavyacute proud 724 USMĚRŇOVAČ Fyzikaacutelniacute princip V usměrňovači střiacutedaveacuteho proudu se využiacutevaacute zaacutekladniacute vlastnosti polovodičoveacute diody bdquopropustit proud pouze jedniacutem směremldquo K usměrněniacute se využiacutevaacute jednocestnyacute usměrňovač nebo dvoucestnyacute usměrňovač (Graetzovo zapojeniacute) K vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho zapojeniacute se použiacutevaacute kondenzaacutetor a tlumivka Ciacutel Určit průběh stejnosměrneacuteho pulzujiacuteciacuteho napětiacute po usměrněniacute jednocestnyacutem a dvoucestnyacutem usměrňovačem Daacutele pak určit průběh po vyhlazeniacute Pomůcky LabQuest ciacutevka 400 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF diody voltmetr VP-BTA multimetr zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute - transformaacutetor
Scheacutema
130
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Ke zdroji střiacutedaveacuteho napětiacute
(transformaacutetor ndash napětiacute maximaacutelně 6 V) připojiacuteme rezistor a k němu voltmetr (podle scheacutema) Multimetrem změřiacuteme efektivniacute hodnotu střiacutedaveacuteho napětiacute
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 004 s Frekvence 10 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V
3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Z grafu určiacuteme maximaacutelniacute
hodnotu (amplitudu) periodu a vypočiacutetaacuteme frekvenci Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 5 Zapojiacuteme jednocestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 6 Zapojiacuteme dvoucestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 7 Zapojiacuteme kondenzaacutetor a tlumivku a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty
131
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měniacuteme různeacute hodnoty kondenzaacutetorů a tlumivek 2 Proč v zapojeniacutech s diodou (diodami) dochaacuteziacute k poklesu napětiacute a jakou maacute tento pokles
velikost Čemu tato velikost odpoviacutedaacute 3 Popiš vliv kondenzaacutetoru a tlumivky na vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute Proč
se zapojujiacute paralelně (do seacuterie)
132
133
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
134
2 Tabulka Umax= Uef=
3 Zaacutevěr
135
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
2 Tabulka Umax= 45 V Uef= 32 V 3 Zaacutevěr Různeacute změny hodnot kondenzaacutetorů a tlumivek majiacute vliv na menšiacute nebo většiacute vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute V zapojeniacutech s diodami dochaacuteziacute k poklesu napětiacute přibližně 05 V a to z důvodu uacutebytku napětiacute na diodě (dvou diodaacutech u dvoucestneacuteho zapojeniacute) Kondenzaacutetor se při maximaacutelniacute hodnotě napětiacute nabiacutejiacute a při poklesu napětiacute vybiacutejiacute a dodaacutevaacute el energii v tomto okamžiku Tlumivka zapojenaacute v seacuterii braacuteniacute rychlyacutem změnaacutem napětiacute
136
137
Střiacutedavyacute proud v energetice
725 TROJFAacuteZOVAacute SOUSTAVA
Fyzikaacutelniacute princip Třiacutefaacutezoveacute napětiacute vznikaacute otaacutečeniacutem magnetu v soustavě třiacute ciacutevek (alternaacutetor) Maacuteme tedy tři zdroje střiacutedaveacuteho napětiacute ndash faacuteze Třiacutefaacutezovyacute rozvod lze využiacutet k zapojeniacute do hvězdy (a)) nebo k zapojeniacute do trojuacutehelniacuteku (b)) Faacutezoveacute napětiacute (u1 u2 u3) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 230 V) mezi středniacutem vodičem (N) a faacutezovyacutem vodičem (L1 L2 L3) Sdruženeacute napětiacute (u12 u13 u23) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 400 V) mezi libovolnyacutemi dvěma faacutezovyacutemi vodiči
Ciacutel Změřit časovyacute průběh napětiacute třiacute faacuteziacute v zapojeniacute do hvězdy Ověřit že součet napětiacute v každeacutem čase je nulovyacute Ověřit že poměr sdruženeacuteho a faacutezoveacuteho napětiacute je 173 times většiacute Pomůcky LabQuest zdroj třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute 3 rezistory 100 Ω 3 voltmetry VP-BTA
Scheacutema
138
Postup 1 Připojiacuteme 3 voltmetry VP-BTA ke vstupům CH1 CH2 a CH3 LabQuestu Zapojiacuteme
obvod podle scheacutema Na zdroji třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute nastaviacuteme hodnotu faacutezoveacuteho napětiacute do 5 V
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme v každeacutem časoveacutem okamžiku okamžiteacute hodnoty
napětiacute u1 u2 a u3 a provaacutediacuteme jejich součet ndash ověřujeme že součet je nulovyacute 6 Střiacutedavyacutem voltmetrem změřiacuteme sdruženeacute a faacutezoveacute napětiacute (efektivniacute hodnoty)
a vypočiacutetaacuteme jejich poměr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z grafu ndash časoveacuteho průběhu napětiacute urči o jakou čaacutest periody jsou posunuta napětiacute 2 Z grafu urči jakaacute je frekvence a perioda střiacutedavyacutech napětiacute 3 Jakyacute je poměr efektivniacute a maximaacutelniacute hodnoty faacutezoveacuteho střiacutedaveacuteho napětiacute ktereacute jsi
naměřil 4 Z grafu urči amplitudu sdruženeacuteho napětiacute a amplitudu faacutezoveacuteho napětiacute Jakyacute je jejich
poměr
139
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) =
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o helliphelliphellip periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = helliphelliphellip Hz Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = helliphelliphellip s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
140
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) =
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = V Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = helliphelliphellip
141
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = 0 V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = 410 V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) = 3 173
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o třetinu periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = 50 Hz
142
Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = 002 s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) = 2 14
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = 591 V
Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = 3 174
143
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
726 ELEKTROMAGNETICKYacute OSCILAacuteTOR
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacutem elektromagnetickyacutem oscilaacutetorem je obvod tvořenyacute ciacutevkou a kondenzaacutetorem - obvod LC nebo oscilačniacute obvod Kondenzaacutetor spojiacuteme se zdrojem stejnosměrneacuteho napětiacute 45 V (plochaacute baterie viz scheacutema) Přepiacutenačem připojiacuteme nabityacute kondenzaacutetorem k ciacutevce V obvodu vznikne elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Energie elektrickeacuteho pole kondenzaacutetoru se měniacute na energii magnetickeacuteho pole ciacutevky a naopak V oscilačniacutem obvodu nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute
Ciacutel Změřit napětiacute a proud v oscilačniacutem obvodu Ověřit elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute oscilačniacuteho obvodu je tlumeneacute Pomůcky LabQuest voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA kondenzaacutetor 2 200 microF ciacutevka s jaacutedrem 1 200 z přepiacutenač
Scheacutema
Postup 1 Voltmetr a ampeacutermetr zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Obvod zapojiacuteme podle scheacutema Přepiacutenač je v poloze bdquo1ldquo (kondenzaacutetor se nabiacutejiacute) 3 Zapneme LabQuest a připojiacuteme jej přes USB k PC
144
4 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Trvaacuteniacute 2 s Vzorkovaciacute frekvence 200 vzorkůsekundu Trigger zatrhneme Spuštěniacute triggeru když napětiacute je rostouciacute přes 005 V
5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme tlačiacutetko Sběr dat 6 Přepneme přepiacutenač do polohy bdquo2ldquo
7 Z grafu odečteme periodu kmitaacuteniacute Určiacuteme kmitočet 8 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změřiacuteme indukčnost L (multimetrem) a vypočiacutetaacuteme periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute
Porovnaacuteme s naměřenou hodnotou 2 Změň parametry součaacutestek (indukčnost kapacita) a zopakuj měřeniacute
145
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
T = helliphelliphellip s f = helliphelliphellip Hz 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
146
147
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
Naměřeneacute T = 0614 s f = 162 Hz Vypočiacutetaneacute L = 154 H C = 22 mF T= )(2 CL = 0366 s
3 Zaacutevěr V elektromagnetickeacutem oscilaacutetoru se přeměňuje elektrickaacute energie na energii magnetickeacuteho pole a naopak Nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Je zde patrnaacute analogie mezi ději mechanickyacutemi (kmitaacuteniacute) a elektromagnetickyacutemi
148
149
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
727 VLASTNOSTI ELEKTROMAGNETICKEacuteHO
VLNĚNIacute Fyzikaacutelniacute princip Magnetickeacute pole můžeme znaacutezornit pomociacute indukčniacutech čar
Elektrickeacute pole popisujeme elektrickyacutemi siločarami
Elektrickeacute a magnetickeacute pole spolu často souvisejiacute Mluviacuteme pak o elektromagnetickeacutem poli Elektromagnetickeacute vlny jsou přiacutečneacute a šiacuteřiacute se i ve vakuu Šiacuteřiacute se rychlostiacute světla Elektromagnetickyacutemi vlnami se přenaacutešejiacute signaacutely rozhlasu televize mobilniacutech telefonů atd I světlo je elektromagnetickeacute vlněniacute (zaacuteřeniacute)
Mezi frekvenciacute f vlnovou deacutelkou λ a rychlostiacute šiacuteřeniacute elektromagnetickeacuteho vlněniacute c (světla)
platiacute vzoreccf
Ciacutel Změřit vlnovou deacutelku elektromagnetickeacuteho vlněniacute Prokaacutezat polarizaci elektromagnetickeacute vlny
150
Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA bezdraacutetovyacute zvonek ndash tlačiacutetko pracujiacuteciacute na frekvenci 43392 MHz přijiacutemač s půlvlnnyacutem dipoacutelem (viz přiacutespěvek od Oldřicha Lepila)
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Pohybujeme rovnoměrnyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 1) 5 Z poloh maxim a minim určiacuteme vlnovou deacutelku 6 Uložiacuteme měřeniacute 7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Pohybujeme rovnoměrnyacutem otaacutečivyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 2) 9 Stejnou vlastnost můžeme ukaacutezat tak že mezi vysiacutelač a přijiacutemač vložiacuteme mřiacutežku kterou
otaacutečiacuteme v rovině kolmeacute ke směru šiacuteřeniacute vlněniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash vlnovaacute deacutelka a polarizace elektromagnetickeacuteho vlněniacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej jak zaacutevisiacute velikost naměřeneacuteho napětiacute na vzdaacutelenosti vysiacutelače od přijiacutemače 2 Pomociacute mřiacutežky nebo plechu vyzkoušej odraz vlněniacute (a interferenci)
11
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 71 Elektrickyacute naacuteboj Coulombův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf působeniacute elektrickyacutech sil po zapnutiacute zdroje vn
Velikost siacutely F = 17 mN 2 Vyacutepočet
221
02
21
41
rQQ
rQQ
kFr
e
= mN816
060)1082(109 2
299
1441
41 63
221
0 ra
ra
rQQ
Fr
e = 166 mN
3 Zaacutevěr Naměřenaacute hodnota elektrickeacute siacutely se shoduje s vypočiacutetanou
12
13
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole
72 KAPACITA KONDENZAacuteTORU
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q= f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Určit kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute přechodneacuteho děje ndash vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod dle scheacutema a)
14
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V těsně před přepnutiacutem přepiacutenače 6 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q =C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
7 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 2 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 1 000 Ω)
15
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty
a) U = Q =
b) UQC
3 Zaacutevěr
16
17
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25 degC
Tlak 998 hPa
Vlhkost 53
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty U = 481 V Q = 0010036 C
UQC F002150
814010360
3 Zaacutevěr
Jmenovitaacute hodnota kapacity kondenzaacutetoru je 2 200microF Změřenaacute a vypočiacutetanaacute je 2 150 microF
18
19
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole 73 VYBIacuteJENIacute KONDENZAacuteTORŮ
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q = f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Změřit vybiacutejeciacute křivku kondenzaacutetoru Určit kapacitu kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 1 kΩ 2 ks kondenzaacutetory 2 200 μF voltmetr VP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry DVP-BTA ke vstupu CH1 a CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod
podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 30 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 1 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
20
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač podle scheacutema a po sekundě (odhadneme) přepneme přepiacutenač opačně
5 Měřeniacute uložiacuteme Opakujeme pro dva kondenzaacutetory zapojeneacute paralelně a do seacuterie 6 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V (začaacutetek měřeniacute) 7 Vytvořiacuteme novou vypočiacutetaacutevanou veličinu I = UR (R = 1 000 Ω) 8 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q = C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
9 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči rovnici funkce U = f (t) přiacutepadně I = f (t) 2 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 3 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 10 kΩ)
21
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
CeAU tB = helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
22
23
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
598100324 23750 ttB eCeAU (červenyacute graf) 3 Zaacutevěr
Napětiacute na kondenzaacutetoru při vybiacutejeniacute klesaacute podle exponenciaacutelniacute funkce
24
25
Elektrickyacute proud v kovech 74 OHMŮV ZAacuteKON
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon Pokud maacute kovovyacute vodič staacutelou teplotu je proud prochaacutezejiacuteciacute vodičem přiacutemo uacuteměrnyacute napětiacute mezi konci vodiče (r 1826 GSOhm) Grafem přiacutemeacute uacuteměrnostiacute je přiacutemka prochaacutezejiacuteciacute počaacutetkem Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky a rezistory 12 Ω 33 Ω a 100 Ω Pomůcky LabQuest rezistor 33 Ω a 100 Ω žaacuterovka 6 V03 A voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 60 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme napětiacute
Vlevo 0 Vpravo 6 V Na ose y zvoliacuteme Elektrickyacute proud a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 06 A V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
26
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Reostatem pomalu zvyšujeme napětiacute a proud Hodnota napětiacute nesmiacute překročit 5 V a
proudu 06 A Zobrazuje se tzv voltampeacuterovaacute charakteristika Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro rezistor 33 Ω a pro žaacuterovku
7 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Platiacute Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky 2 Porovnej voltampeacuteroveacute charakteristiky rezistorů s různyacutemi hodnotami odporů 3 Zkus vymyslet jak ověřiacuteš že Ohmův zaacutekon platiacute i pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky
27
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
a) pro žaacuterovku
b) pro vodič
28
2 Zaacutevěr
29
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
pro žaacuterovku a pro vodič (rezistor)
2 Zaacutevěr Pro žaacuterovku nevychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) protože se teplota wolframoveacuteho vlaacutekna měniacute a tiacutem i jeho odpor Pro rezistory (vodič) vychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) Sklon polopřiacutemky zaacutevisiacute na odporu vodiče ndash čiacutem je odpor většiacute tiacutem je sklon menšiacute
30
31
Elektrickyacute proud v kovech
75 OHMŮV ZAacuteKON PRO UZAVŘENYacute OBVOD
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Proud v uzavřeneacutem obvodu je roven podiacutelu elektromotorickeacuteho napětiacute Ue zdroje a celkoveacuteho odporu R + Ri kde Ri je vnitřniacute odpor zdroje
i
e
RRUI
Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat 100 Ω a 10 kΩ
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema
32
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Elektrickeacute napětiacute a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 V V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat - Ampeacutermetr Reostat 100 Ω a 10 kΩ nastaviacuteme na max hodnoty odporu
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Sepneme spiacutenač 5 Reostatem 10 kΩ pomalu (10 s) zvětšujeme proud (hodnota odporu na min) Jakmile
reostat 10 kΩ vytočiacuteme do krajniacute polohy (min) pokračujeme stejně reostatem 100 Ω do krajniacute polohy (min) Hodnota proudu nesmiacute překročit 06 A což při napětiacute 45 V zajistiacute rezistor 10 Ω Zobrazuje se tzv zatěžovaciacute charakteristika zdroje Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro různě stareacute plocheacute baterie
7 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku Napětiacute
Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute Určiacuteme koeficienty lineaacuterniacute funkce Opakujeme pro všechny grafy
8 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona pro uzavřenyacute obvod)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z koeficientů lineaacuterniacutech funkciacute určete napětiacute napraacutezdno U0 a zkratovyacute proud Ik Daacutele
určete vnitřniacute odpor Ri plocheacute baterie noveacute a stareacute 2 Vnitřniacute odpor plocheacute baterie se staacuteřiacutem zvětšuje Jak se to projevuje na zatěžovaciacute
charakteristice
33
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
1 Vyacutepočet a) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip
b) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip 2 Zaacutevěr
34
35
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
2 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
3 Vyacutepočet a) U = f(I)= -09126I+4925 U0=4925 V Ik=54 A Ri=09126 b) U = f(I)= -5011I+445 U0=445 V Ik=089 A Ri=5011 c) U = f(I)= -RiI+U0= -4244I+4132 U0=4132V Ik=097 A Ri=4244 4 Zaacutevěr Novaacute plochaacute baterie maacute většiacute svorkoveacute napětiacute na praacutezdno U0 většiacute zkratovyacute proud Ik a menšiacute vnitřniacute odpor Ri U staršiacute (reacute) plocheacute baterie je to naopak
36
37
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 76 TERMISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Termistor je polovodičovaacute součaacutestka jejiacutež odpor zaacutevisiacute na teplotě
Z teorie vyplyacutevaacute že zaacutevislost odporu termistoru na teplotě je daacutena vztahem
16273 tT eAeAR
(1) T hellip termodynamickaacute teplota R hellip odpor termistoru při daneacute teplotě T A hellip lineaacuterniacute koeficient β hellip index citlivosti materiaacutelu termistoru Pokud bychom chtěli využiacutevat termistor jako teploměr budeme potřebovat znaacutet inverzniacute funkci (2) tedy funkci vyjadřujiacuteciacute zaacutevislost teploty na odporu Tuto funkci ziacuteskaacuteme z rovnice (1) aplikovaacuteniacutem přirozeneacuteho logaritmu naacuteslednou uacutepravou a převedeniacutem do Celsiovy stupnice
15273ln
15273lnln
ARAR
t (2)
t hellip teplota ve degC R hellip odpor termistoru v Ω Ciacutel Změř zaacutevislost odporu termistoru na teplotě Z grafu urči konstanty A a β
38
Pomůcky LabQuest ohmmetr (musiacute byacutet nainstalovaacuten) teploměr TMP-BTA rychlovarnaacute konvice s horkou vodou termistory se jmenovitou hodnotou odporu 47 kΩ 10 kΩ 15 kΩ počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 V konvici si ohřejeme vodu 2 Teploměr TMP-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 2 a ohmmetr do konektoru CH 1
LabQuestu 3 K ohmmetru připojiacuteme termistor (10 kΩ) kteryacute zastrčiacuteme společně s teploměrem do
kaacutedinky 4 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 5 Zapneme LabQuest 6 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko
zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance) 7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s
Frekvence 1 čteniacutes 8 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a
na osu x Teplotu
39
9 Nalejeme horkou vodu z konvice do kaacutedinky s teploměrem a termistorem a zapneme Sběr dat v programu LoggerPro
10 Voda postupně chladne a počiacutetač vykresluje graf zaacutevislosti R = f(t) Ochlazovaacuteniacute můžeme pomalu urychlovat opatrnyacutem přileacutevaacuteniacutem studeneacute vody a současnyacutem miacutechaacuteniacutem Pro hlubšiacute ochlazeniacute můžeme použiacutet kousek ledu
11 Po skončeniacute měřeniacute (300 s) uložiacuteme toto měřeniacute do paměti ndash menu Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute a můžeme opakovat měřeniacute pro dalšiacute termistor Nebo při měřeniacute použiacutet současně dva ohmmetry (CH 2 a CH 3) a dva termistory
12 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash sestrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a β
2 V programu Logger Pro můžeme v menu Analyacuteza ndash Curve Fit zkusit proložit funkci kterou si vybereme ze seznamu A určiacuteme koeficienty A a β Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že zvolenaacute funkce bdquofungujeldquo
3 Zdůvodněte proč odpor termistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
40
41
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
3 Jakaacute je to funkce
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R )
Termistor
Termistor
Termistor
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
42
43
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
Termistory 15k 10k a 4k7 dosahujiacute jmenoviteacute hodnoty přibližně při 25 degC Termistory s většiacutem jmenovityacutem odporem majiacute při stejně velkeacute změně teploty většiacute změnu odporu Index citlivosti materiaacutelu je přibližně stejnyacute
3 Jakaacute je to funkce
Exponenciaacutelniacute klesajiacuteciacute 16273 tT eAeAR
44
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R ) Termistor 15000Ω 3285 02388 15273
3285
23880 teR 15273
23880lnln3285
R
t
Termistor 10000Ω 3592 005836 15273
3592
058360 teR 15273
058360lnln3592
R
t
Termistor 4700 Ω 3545 003204 15273
3545
032040 teR 15273
032040lnln3545
R
t
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
S rostouciacute teplotou se rychle zvětšuje hustota volnyacutech bdquovytřesenyacutechldquo elektronů z vazeb a tiacutem rezistivita rychle klesaacute
45
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 77 FOTOREZISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Fotorezistor (dřiacuteve označovaacuten jako fotoodpor) je pasivniacute elektrotechnickaacute součaacutestka bez PN přechodu jejiacutež elektrickyacute odpor R se snižuje se zvyšujiacuteciacutem se osvětleniacutem E resp elektrickaacute vodivost G se zvyšuje
Princip fotorezistoru je založen na vnitřniacutem fotoelektrickeacutem jevu světlo (foton) naraziacute do elektronu ve valenčniacute sfeacuteře a předaacute mu svoji energii tiacutem elektron ziacuteskaacute dostatek energie k překonaacuteniacute zakaacutezaneacuteho paacutesu a skočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho Tiacutem opustiacute svůj atom a pohybuje se jako volnyacute elektron prostorem krystaloveacute mřiacutežky Na jeho miacutestě vznikla diacutera Takto vznikleacute volneacute elektrony přispiacutevajiacute ke sniacuteženiacute elektrickeacuteho odporu R (zvyacutešeniacute elektrickeacute vodivosti G) Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost Funkce R = f(E) je funkce mocninnaacute R = AmiddotE-B Tuto funkci můžeme zlogaritmovat a převeacutest
na funkci lineaacuterniacute lnR= -BmiddotlnE + lnA nebo určit inverzniacute funkci BB RAE11
Inverzniacute
funkce může sloužit ke konstrukci luxmetru z fotorezistoru Ciacutel Změřit zaacutevislost odporu fotorezistoru na osvětleniacute Z grafu určit konstanty A a B
46
Pomůcky LabQuest 3 ohmmetry (ohmmetr musiacute byacutet nainstalovaacuten) luxmetr LS-BTA fotorezistory počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 Luxmetr LS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 Ohmmetry zapojiacuteme do konektorů
CH 2 CH 3 a CH4 LabQuestu 2 K ohmmetrům připojiacuteme fotorezistory 3 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 4 Zapneme LabQuest
47
5 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance)
6 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s Frekvence 1 čteniacutes
7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a na osu x Osvětleniacute
8 Těsně vedle fotorezistorů umiacutestiacuteme luxmetr 9 Budeme postupně viacutece a viacutece zakryacutevat papiacutery fotorezistory s luxmetrem Tiacutem dosaacutehneme
změnu osvětleniacute a odporu fotorezistorů Zastaviacuteme měřeniacute 10 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů 11 Provedeme analyacutezu grafů Určiacuteme konstanty mocninneacute funkce A a B Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash setrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a B
2 Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že určenaacute funkce bdquofungujeldquo 3 Zdůvodněte proč odpor fotorezistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
48
49
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy 3 Jakaacute je to funkce 4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute Fotorezistor středniacute Fotorezistor velkyacute
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E
50
51
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy Pro tři měřeneacute fotorezistory jsou průběhy funkciacute podobneacute U maleacuteho a středniacuteho fotorezistoru je pokles odporu R většiacute něž u velkeacuteho fotorezistoru při stejně velkeacute změně osvětleniacute E 3 Jakaacute je to funkce Funkce R=f(E) je funkce mocninnaacute R=AmiddotE-B Je to funkce klesajiacuteciacute
52
4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute 100100 07246 R=100100middotE-07246 381
11
7960821 RRAE BB
Fotorezistor středniacute 97030 08379 R=97030middotE-08379 1931
11
894688 RRAE BB
Fotorezistor velkyacute 30350 06885 R=30350middotE-06885 4521
11
3236193 RRAE BB
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem viacutece elektronů přeskočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho a tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost ndash zmenšuje se odpor R
53
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech
78 TRANZISTOR JAKO SPIacuteNAČ A ZESILOVAČ
Fyzikaacutelniacute princip Tranzistor je polovodičovaacute součaacutestka se dvěma přechody PN Středniacute čaacutest krystalu polovodiče je baacuteze B a přechody PN ji oddělujiacute od oblasti s opačnyacutem typem vodivosti kolektorem C a emitorem E Podle druhu vodivosti jednotlivyacutech čaacutestiacute označujeme tranzistory jako typy NPN a PNP
Zaacutekladniacute funkce tranzistoru Maleacute napětiacute v obvodu baacuteze vzbuzuje proud kteryacute je přiacutečinou mnohokraacutet většiacuteho proudu v obvodu kolektoroveacutem Tranzistor se použiacutevaacute jako bdquoelektronickyacute spiacutenačldquo a bdquozesilovačldquo
Ciacutel Ověřit činnost tranzistoroveacuteho spiacutenače a tranzistoroveacuteho zesilovače Pomůcky LabQuest dva voltmetry VP-BTA zapojeniacute tranzistoru jako spiacutenače a zesilovače (podle scheacutema) generaacutetor signaacutelu (může byacutet použit i druhyacute LabQuest se zesilovačem) baterie 45 V
54
Scheacutema
a) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquospiacutenačeldquo
b) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquozesilovačeldquo
55
Postup 1 Voltmetry zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquospiacutenačldquo podle scheacutema a) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1) a
UCE (U2) 3 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme trojuacutehelniacutekovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 5 V
4 Voltmetr U1 připojiacuteme mezi baacutezi a emitor (UBE) Voltmetr U2 připojiacuteme mezi kolektor a
emitor (UCE) 5 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 3 s Frekvence
10 000 čteniacutes 6 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
Tranzistor jako bdquospiacutenačldquo
7 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 8 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquozesilovačldquo podle scheacutema b) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1)
a UCE (U2) Potenciometrem P nastaviacuteme bdquopracovniacute bod tranzistoruldquo ndash UCE bude miacutet přibližně polovičniacute hodnotu napaacutejeciacuteho napětiacute (jestliže napětiacute zdroje je UB= 45 V rarr UCE= 225 V)
9 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme sinusovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 015 V 10 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 01 s Frekvence 10 000 čteniacutes
56
Tranzistor jako bdquozesilovačldquo
11 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 12 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 13 Určiacuteme jakyacute je poměr UCEUBE 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Při jakeacutem napětiacute UBE tranzistor bdquosepneldquo Jak dlouho probiacutehaacute bdquosepnutiacuteldquo (tranzistor jako
spiacutenač) 2 Zkus měnit kmitočet vstupniacuteho napětiacute zesilovače 3 Zkus měnit nastaveniacute pracovniacuteho bodu Jakyacute to maacute vliv na vyacutestupniacute signaacutel 4 Zkus měnit velikost střiacutedaveacuteho vstupniacuteho napětiacute Jakyacute to maacute vliv na tvar vyacutestupniacuteho
napětiacute 5 Urči zesilovaciacute činitel 6 Je vyacutestupniacute signaacutel bdquozkreslenyacuteldquo Co je přiacutečinou
57
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
58
59
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač
2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač
60
b) Tranzistor jako zesilovač
3 Zaacutevěr a)Tranzistor jako spiacutenač ndash z měřeniacute je patrneacute že se tranzistor otevře při překročeniacute napětiacute asi 07 V mezi baacuteziacute a editorem b)Tranzistor jako zesilovač ndash změřeniacute je patrneacute že tranzistor zesiluje napětiacute přibližně 23times Z měřeniacute je daacutele patrneacute že dochaacuteziacute ke zkresleniacute vstupniacuteho signaacutelu
61
Elektrickyacute proud v kapalinaacutech 79 ELEKTROLYacuteZA
Fyzikaacutelniacute princip Elektrolyacutezou nazyacutevaacuteme laacutetkoveacute změny vyvolaneacute při průchodu proudu elektrolytem na elektrodaacutech Faradayův zaacutekon Hmotnost m vyloučeneacute laacutetky je přiacutemo uacuteměrnaacute naacuteboji Q kteryacute prošel elektrolytem M = AQ = AmiddotImiddott Konstanta uacuteměrnosti A kteraacute je pro danou laacutetku charakteristickaacute se nazyacutevaacute elektrochemickyacute ekvivalent laacutetky Ciacutel Určit elektrochemickyacute ekvivalent mědi v roztoku siacuteranu měďnateacuteho CuSO4 Pomůcky LabQuest ampeacutermetr HCS-BTA žaacuterovka 24 V40 W naacutedoba s roztokem Cu2SO4 zdroj stejnosměrneacuteho napětiacute 24 V digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001
Scheacutema
62
Postup 1 Sestaviacuteme měřeniacute podle scheacutema Katodu připevniacuteme na stativ kteryacute stojiacute na digitaacutelniacutech
vahaacutech 2 Ampeacutermetr HCS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 LabQuestu a ten připojiacuteme přes
USB k PC 3 Digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001 připojiacuteme přes USB k PC 4 Zapneme LabQuest 5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 1 vzoreksekundu 6 Zapneme zdroj proudu 7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a nechaacuteme určitou dobu probiacutehat
měřeniacute
8 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 9 V grafu I = f (t) určiacuteme velikost naacuteboje Q kteryacute prošel obvodem pomociacute volby v menu
Analyacuteza - Integraacutel 10 Vypočiacutetaacuteme elektrochemickyacute ekvivalent mědi A (při elektrolyacuteze roztoku Cu2SO4)
zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pomociacute elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi spočiacutetejte Avogadrovu a Faradayovu
konstantu 2 Naměřeneacute hodnoty porovnejte s tabulkovyacutemi hodnotami 3 Zkus zopakovat měřeniacute s jinyacutem elektrolytem 4 Co může byacutet přiacutečinou naacuterůstu elektrickeacuteho proudu v průběhu měřeniacute (viz vyacuteše)
63
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu
3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
64
65
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu 0000002480
1210103 4
3 Zaacutevěr Elektrochemickyacute ekvivalent mědi měřeniacutem a vyacutepočtem vychaacuteziacute 0000000248 kgmiddotC-1 Tabulkovaacute hodnota elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi je A = 03310-6 kgC-1 Chyba měřeniacute je způsobenaacute nepřesnostiacute měřeniacute
66
67
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
710 MAGNETICKEacute POLE CIacuteVKY
Fyzikaacutelniacute princip
Magnetickaacute indukce uvnitř velmi dlouheacute ciacutevky maacute velikost l
INB kde I je velikost
proudu N je celkovyacute počet zaacutevitů a l je deacutelka ciacutevky
Ciacutel Ověřit zaacutevislost magnetickeacute indukce na velikosti proudu prochaacutezejiacuteciacuteho ciacutevkou Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω ampeacutermetr DCP-BTA teslametr MG-BTA ciacutevka 166 a 332 zaacutevitů regulovatelnyacute zdroj proudu a napětiacute BK 127
Scheacutema
68
Postup 1 Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme teslametr MG-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud
Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Magnetickou indukci a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 mT V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Regulovatelnyacutem zdrojem zvyšujeme napětiacute Kontrolujeme proud ndash max 06 A
Teslametrem měřiacuteme magnetickou indukci uvnitř ciacutevky
6 Vysloviacuteme zaacutevěr - jak zaacutevisiacute magnetickaacute indukce B na velikosti elektrickeacute proudu I
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Ze znalosti počtu zaacutevitů deacutelky ciacutevky a proudu spočiacutetej magnetickou indukci 2 Změň ciacutevku a opakuj měřeniacute 3 Změř jak se měniacute magnetickaacute indukce po podeacutelneacute ose ciacutevky při daneacute hodnotě proudu
69
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = helliphellip A N= 332 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
b) I = helliphellip A N= 166 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
70
3 Zaacutevěr
Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = helliphelliphelliphellip mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je měřeniacutem B = helliphelliphelliphellip mT Tyto hodnoty helliphelliphelliphelliphellip s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Jejich rovnice jsou B = helliphelliphelliphellipmiddotI a B = helliphelliphellipmiddotI
71
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = 05807 A N = 332 z l = 15 cm
mTl
INB 615115058070133104 7
b) I = 061 A N = 166 z l = 15 cm mT
lINB 8480
150610166104 7
72
3 Zaacutevěr Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = 1734 mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je B= 0835 mT Tyto hodnoty souhlasiacute s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je přiacutemaacute uacuteměrnost Jejich rovnice jsou B = 2906middotI a B = 1445middotI
73
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
711 MAGNETICKEacute POLE ZEMĚ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Stejně i Země maacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Zemskeacute magnetickeacute pole v ČR maacute magnetickou indukci 0048 mT Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole Země Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA stojan laboratorniacute uacutehloměr
74
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 03 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve vodorovneacute rovině
otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum (N a S magnetickyacute poacutel) Z maximaacutelniacutech hodnot odečteme vodorovnou amplitudu magnetickeacute indukce B Země
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve svisleacute rovině (N-S směr) otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum Maximaacutelniacute hodnota je hodnotou magnetickeacute indukce B Země
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči sklon indukčniacute čaacutery magnetickeacuteho pole u naacutes v ČR vzhledem k povrchu země 2 Teslametr upevniacuteme do stojanu Pod teslametr položiacuteme uacutehloměr
75
3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev Uacutehel Jednotky deg
4 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Podle kompasu nastaviacuteme teslametr na sever 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 7 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0deg a stiskneme OK 8 Teslametr otočiacuteme o 10deg 9 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 10 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 10deg a stiskneme OK 11 Opakujeme body 8 9 a 10 pro 20deg 30deg 40deg hellip 360deg 12 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 13 Měřeniacute zopakujeme v horizontaacutelniacute rovině v bdquoN ndash Sldquo směru 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
76
77
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
78
79
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(t)
2 Zaacutevěr Velikost vektoru magnetickeacute indukce vychaacuteziacute přibližně B = 005 mT Tento vektor maacute vzhledem k vodorovneacutemu směru uacutehel sklonu 60deg
80
81
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
712 MAGNETICKEacute POLE MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT stojan laboratorniacute permanentniacute magnet
82
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně
přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k severniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně pohybujeme (asi 5 sekund) teslametrem kolmo k podeacutelneacute ose magnetu k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund) Uložiacuteme měřeniacute
83
6 Otevřeme novyacute soubor a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf
7 Zopakujeme měřeniacute pro magnet tvaru podkovy s teslametrem plusmn 140 mT
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev deacutelka
Jednotky cm 2 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Teslametr upevniacuteme do stojanu a postaviacuteme na okraj
magnetickeacuteho pole magnetu tvaru podkovy 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 5 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK 6 Teslametr posuneme o 1 cm 7 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 8 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 1 cm a stiskneme OK 9 Opakujeme body 7 8 a 9 pro 2cm 3 cm 4 cm hellip20 cm 10 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 11 Měřeniacute zopakujeme ve vertikaacutelniacute rovině magnetu (bdquoN ndash Sldquo) 12 Vysloviacuteme zaacutevěr
84
85
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
713 VLASTNOSTI FEROMAGNETICKYacuteCH
LAacuteTEK Fyzikaacutelniacute princip Budeme-li postupně zvětšovat proud I v ciacutevce s jaacutedrem z feromagnetickeacute laacutetky bude se postupně i magnetickaacute indukce B v jaacutedře zvětšovat
Relativniacute permeabilita μr feromagnetickyacutech laacutetek neniacute konstantniacute proto zaacutevislost B = f(I) neniacute lineaacuterniacute Grafem teacuteto zaacutevislosti je křivka ndash hystereacutezniacute smyčka
Hystereacutezniacute smyčka je důležitou charakteristikou feromagnetickyacutech laacutetek Podle tvaru křivky děliacuteme laacutetky na a) magneticky tvrdeacute - majiacute širokou hystereacutezniacute smyčku velkou hodnotu Br a jsou viacutece
odolnějšiacute vůči zmagnetovaacuteniacute (ocel s velkyacutem obsahem uhliacuteku hellip) Po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole zůstaacutevajiacute nadaacutele zmagnetovaacuteny a chovajiacute se jako permanentniacute magnet Jejich magnetickeacute pole lze zrušit pomociacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole opačneacute polarity (např do ciacutevky s jaacutedrem zavedeme proud opačneacuteho směru)
b) magneticky měkkeacute - materiaacutely s uacutezkou hystereacutezniacute smyčkou ktereacute se dajiacute snadno zmagnetovat (magnetofonoveacute paacutesky diskety hellip) Majiacute malou hodnotu Br což znamenaacute že po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole jejich vlastniacute magnetickeacute pole zanikaacute
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole ciacutevky s jaacutedrem v zaacutevislosti na velikosti proudu I Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT ampeacutermetr HCS-BTA stojan laboratorniacute ciacutevka 400 z různaacute jaacutedra regulovatelnyacute zdroj KXN 305D
86
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr plusmn140 mT ke vstupu CH1 LabQuestu Ke vstupu CH2 zapojiacuteme
ampeacutermetr HCS-BTA Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a připojiacuteme ho k USB PC 3 V programu LoggerPro v menu Data ndash Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme Naacutezev
magnetickaacute indukce Značka B Jednotka mT Rovnice Potential57 4 Na ose y zvoliacuteme magnetickaacute indukce a na ose x elektrickyacute proud 5 V menu Experiment ndash Sběr dat hellip zvoliacuteme bdquoNepřerušenyacute sběr datldquo Vzorkovaciacute
frekvence 10 vzorkůsekundu 6 Uvnitř ciacutevky je jaacutedro s feromagneticky měkkeacute oceli Vynulujeme senzor proudu a napětiacute
(teslametr plusmn140 mT) Teslametr přiložiacuteme těsně k jaacutedru (viz scheacutema) 7 Na regulovatelneacutem zdroji napětiacute zvětšujeme pomalu napětiacute až dosaacutehneme proud ciacutevkou
5 A Potom zase zmenšujeme napětiacute (proud) na bdquonululdquo Přepoacutelujeme poacutely zdroje pomociacute banaacutenků nebo dvojpoacutelovyacutem přepiacutenačem
87
8 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat v programu LoggerPro a opakujeme činnost v bodě 7 dvakraacutet Tiacutem se vykresliacute celaacute hystereacutezniacute smyčka Zastaviacuteme sběr dat tlačiacutetkem Stop v programu LoggerPro Uložiacuteme měřeniacute
9 Zopakujeme měřeniacute pro různaacute jaacutedra
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme různaacute jaacutedra z feromagneticky tvrdeacute oceli ndash např šroubovaacutek
2 Z grafu můžeme určit hodnotu zbytkoveacute magnetickeacute indukce Br 3 Proč je pro jaacutedra transformaacutetorů vyacutehodnějšiacute použiacutet feromagneticky měkkou ocel
88
89
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole 714 HALLŮV JEV
Fyzikaacutelniacute princip Hallův jev vznikaacute při průchodu proudu I tenkou polovodičovou destičkou (InSb InAs s odporem 001 až 20 Ohmů a tloušťky cca 01 mm jednaacute se o kompromis mezi maximem citlivost a mechanickeacute pevnosti) obdeacutelniacutekoveacuteho tvaru Při vloženiacute destičky do magnetickeacuteho pole skrze ni prochaacuteziacute indukčniacute tok a přeskupuje naacuteboje v destičce na jednu stranu Tak na bočniacutech stěnaacutech destičky vznikaacute napětiacute (tzv Hallovo napětiacute) ktereacute se daacute vypočiacutetat pomociacute vzorce UH = kIB kde k je konstanta (zahrnuje typ materiaacutelu a tloušťku destičky) I je stejnosměrnyacute proud a B je magnetickaacute indukce způsobenaacute magnetickyacutem polem
Ciacutel Pomociacute teslametru změřit jak zaacutevisiacute napětiacute UH na Hallově sondě na magnetickeacute indukci B magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA teslametr MG-BTA teslametr bdquoza paacuter korunldquo (viz doprovodnyacute text) permanentniacute magnet
90
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 a teslametr MG-BTA ke vstupu CH2
LabQuestu Na teslametru MG-BTA nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Voltmetr VP-BTA připojiacuteme k teslametru bdquoza paacuter korunldquo - je na něm zapojena Hallova sonda na napětiacute 3 V a protilehleacute vyacutevody z Hallovy sondy jsou vyvedeny pomociacute dvou vodičů Na nich budeme měřit UH pomociacute voltmetru VP-BTA LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 2 vzorkysekundu 4 Zapneme zdroj proudu na teslametru bdquoza paacuter korunldquo Vynulujeme oba senzory
Permanentniacute magnet přibliacutežiacuteme k teslametru MG-BTA a teslametru bdquoza paacuter korunldquo na vzdaacutelenost asi 2cm Digitaacutelniacute displej teslametru ukazuje hodnotu 5 mT (viz scheacutema)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem vzdalujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 1)
6 Pak otočiacuteme magnet o 180deg a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem přibližujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 2)
91
7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 8 Opakujeme měřeniacute pro různeacute Hallovy sondy
9 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash jakaacute je zaacutevislost UH na B jakaacute je citlivost
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kde se Hallova sonda použiacutevaacute 2 Jakyacute je rozsah teslametru MG-BTA a jakyacute teslametru bdquoza paacuter korunldquo 3 Zkus změřit magnetickou indukci magnetu bdquoparalelněldquo oběma teslametry U teslametru
bdquoza paacuter korunldquo vlož lineaacuterniacute funkci kteraacute přepočiacutetaacute UH na B
92
93
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
94
95
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr Z grafů je zřejmeacute že se jednaacute o přiacutemou uacuteměrnost Pro prvniacute (modryacute graf) Hallův senzor je rovnice přiacutemeacute uacuteměrnosti B=f(UH) = 333UH mT A pro druhyacute (červenyacute graf) Hallův senzor je rovnice B=f(UH) = 83UH mT
96
97
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
715 MAGNETICKYacute ZAacuteZNAM SIGNAacuteLŮ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickyacute zaacuteznam signaacutelů kteryacutem je uchovaacutevaacutena zvukovaacute či obrazovaacute informace nebo takeacute digitaacutelniacute informace zpracovanaacute počiacutetačem Magnetickyacute zaacuteznam je založen na trvaleacutem zmagnetovaacuteniacute vrstvy feromagnetika (např oxidu železa) naneseneacuteho na nosiči z plastickeacuteho materiaacutelu
Magnetickyacute zaacuteznam se uskutečňuje pomociacute zvlaacuteštniacuteho elektromagnetu ndash zaacuteznamoveacute hlavy
Ciacutel Proveacutest mazaacuteniacute magnetickyacute zaacuteznam sniacutemaacuteniacute a opětneacute mazaacuteniacute na nosič Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA permanentniacute magnet na mazaacuteniacute permanentniacute magnet na zaacuteznam svinovaciacute metr jako nosič zaznamenaneacuteho signaacutelu
98
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru MG-BTA
nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Deacutelka 10 s
Vzorkovaciacute frekvence 20 vzorkůsekunda 4 Nejdřiacuteve provedeme mazaacuteniacute na nosiči (svinovaciacute metr)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu (10 s) rovnoměrnyacutem
pohybem pomociacute teslametru provedeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů na nosiči
6 Provedeme zaacuteznam signaacutelů na nosiči (např čtyřikraacutet)
7 Zopakujeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů (jako v bodě 5) 8 Zopakujeme mazaacuteniacute a sniacutemaniacute (jako v bodě 4 a 5)
99
9 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej zaacuteznam různyacutem (S N) poacutelem permanentniacuteho magnetu Jak se změniacute průběh
signaacutelu 2 Vyzkoušej mazaacuteniacute a zaacuteznam na skutečnyacute nosič ndash paacutesek od videokazety 3 Vyzkoušej zaacuteznam na disketu
100
101
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
716 ELEKTROMAGNETICKAacute INDUKCE
Fyzikaacutelniacute princip Elektromagnetickaacute indukce je jev při ktereacutem vznikaacute elektrickeacute napětiacute ve vodiči změnou magnetickeacuteho pole v okoliacute vodiče (ciacutevky) Indukovaneacute napětiacute zaacutevisiacute na velikosti změny magnetickeacuteho pole i na rychlosti jeho změny
tU i
Indukovaneacute napětiacute maacute takovou polaritu že indukovanyacute proud vytvaacuteřiacute magnetickeacute pole s opačnyacutem směrem indukčniacutech čar než maacute magnetickeacute pole ktereacute indukci vyvolalo (Lenzův zaacutekon)
Ciacutel Změřit indukovaneacute napětiacute Ověřit na čem zaacutevisiacute Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA ciacutevka s jaacutedrem permanentniacute magnet
102
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu Roztočiacuteme permanentniacute magnet v těsneacutem okoliacute ciacutevky (jaacutedra)
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Opakujeme měřeniacute s rychlejšiacutem (pomalejšiacutem) otaacutečeniacutem magnetu 5 Vyměniacuteme magnet za bdquosilnějšiacuteldquo 6 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash na čem zaacutevisiacute indukovaneacute napětiacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkus ciacutevku s jinyacutem počtem zaacutevitů 2 Zkus pohybovat membraacutenou reproduktoru a měřit indukovaneacute napětiacute 3 Zkus napjatou strunu umiacutestit do magnetickeacuteho pole a na niacute měřit velikost indukovaneacuteho
napětiacute
103
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
717 DEMONSTRACE VOLNEacuteHO PAacuteDU MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Volnyacute paacuted je rovnoměrně zrychlenyacute pohyb volně padajiacuteciacuteho tělesa v bliacutezkosti země K měřeniacute pohybu volneacuteho paacutedu tělesa (magnetu) použijeme trubici z nevodiveacuteho materiaacutelu Na trubici jsou v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech navinuty ciacutevky ktereacute jsou navzaacutejem spojeneacute do seacuterie Spojeniacute ciacutevek připojiacuteme k voltmetru a zobraziacuteme časovyacute zaacuteznam napětiacute na jednotlivyacutech ciacutevkaacutech při pohybu magnetu trubiciacute vnitřkem jednotlivyacutech ciacutevek
Ciacutel Změřit časovyacute průběh indukovaneacuteho napětiacute při pohybu (volneacutem paacutedu) magnetu vnitřkem ciacutevek Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA neodymovyacute magnet (vaacuteleček) 2 m dlouhaacute PPR trubka 25x35 PN16 na ktereacute jsou navinuty ciacutevky (10 z) v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech
104
Scheacutema
105
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Sestaviacuteme obvod podle
scheacutema Voltmetr připojiacuteme ke koncům seacuterioveacuteho spojeniacute ciacutevek LabQuest připojiacuteme k PC přes USB
2 Zapneme LabQuest V programu Logger Pro v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 06 s Frekvence 1 000 vzorkůs Daacutele Trigger je rostouciacute přes 001 V
3 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat (měřeniacute) v programu Logger Pro Neodymovyacute magnet vložiacuteme do uacutestiacute PPR trubky a pustiacuteme
4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme časoveacute intervaly mezi jednotlivyacutemi průchody
magnetu Daacutele vypočiacutetaacuteme rychlosti v jednotlivyacutech intervalech Určiacuteme zrychleniacute mezi jednotlivyacutemi intervaly Přiacuteklad vyacutepočtu pro vyacuteše uvedeneacute měřeniacute
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyložte průběh zaacuteznamu z hlediska velikosti a polarity jednotlivyacutech napětiacute a jejich
umiacutestěniacute na ose času 2 Zopakuj měřeniacute s padajiacuteciacutem magnetem s opačnou orientaciacute poacutelů magnetu 3 Jak se změniacute časovyacute průběh při použitiacute delšiacuteho magnetu (viacutece vaacutelečků) 4 Zopakuj měřeniacute s tiacutem že konec trubky ucpeš gumovou zaacutetkou 5 Připoj k vyacutestupu signaacutelu z ciacutevek zesilovač a reproduktor a poslechem sleduj volnyacute paacuted
magnetu
106
107
Střiacutedavyacute proud 718 PŘECHODNYacute DĚJ Fyzikaacutelniacute princip Přechodnyacutem dějem v obvodu s kondenzaacutetorem nebo s ciacutevkou nazyacutevaacuteme skokovou změnu napětiacute a proudu na kondenzaacutetoru a ciacutevce Tuto změnu vyvolaacuteme sepnutiacutem nebo vypnutiacutem spiacutenače (přepiacutenače) Ciacutel Určit jak se měniacute napětiacute a proud v obvodu s kondenzaacutetorem a s ciacutevkou při přechodneacutem ději Pomůcky LabQuest ciacutevka 1 200 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr VP-BTA voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
a) b)
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr
DCP-BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema a)
108
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Zapojiacuteme obvod podle scheacutema b) 6 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 1 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 A Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a hned ho přepneme zpět
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zamysli se co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru (ciacutevky) ke zdroji
napětiacute a co se děje při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute k rezistoru Kde se to daacute využiacutet 2 Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Zkus to
vymyslet a potom ověř měřeniacutem
109
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
2 Doplňkoveacute otaacutezky a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k
rezistoru c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute
110
d) 4) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru
e) 5) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů f) 6) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
111
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 27 degC
Tlak 1008 hPa
Vlhkost 53
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
112
3 Doplňkoveacute otaacutezky
a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute dochaacuteziacute k jeho nabiacutejeniacute Na kondenzaacutetoru se akumuluje elektrickyacute naacuteboj (zvětšuje se jeho elektrickaacute energie) V okamžiku zapojeniacute bude obvodem prochaacutezet největšiacute elektrickyacute proud Nenabityacute kondenzaacutetor se zpočaacutetku chovaacute jako zkrat Čiacutem viacutece se však bude kondenzaacutetor nabiacutejet (bude v něm vzrůstat nahromaděnyacute naacuteboj) a poroste jeho napětiacute tiacutem menšiacute proud bude prochaacutezet obvodem
b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k rezistoru Po odpojeniacute obvodu od zdroje napětiacute se začiacutenaacute kondenzaacutetor vybiacutejet (chovaacute se jako zdroj) Elektrickaacute energie kterou kondenzaacutetor vybije se v rezistoru přeměniacute na teplo Teoreticky se kondenzaacutetor vybiacutejiacute nekonečně dlouhou dobu V okamžiku odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje napětiacute prochaacuteziacute obvodem velkyacute proud opačnyacutem směrem než při zapojeniacute ke zdroji napětiacute Napětiacute i proud postupně klesajiacute
c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute ciacutevky ke zdroji stejnosměrneacuteho napětiacute začne obvodem prochaacutezet proud kteryacute na ciacutevce způsobiacute indukovaacuteniacute napětiacute jež je uacuteměrneacute časoveacute změně magnetickeacuteho indukčniacuteho toku a s polaritou působiacuteciacute proti napětiacute zdroje Proud v obvodu se proto zvětšuje na svou maximaacutelniacute hodnotu jen postupně neboť čaacutest energie dodaacutevaneacute ze zdroje do obvodu se spotřebovaacutevaacute na vytvaacuteřeniacute magnetickeacuteho pole ciacutevky (indukovaneacute napětiacute na ciacutevce postupně klesaacute) Proud se ustaacuteliacute teprve v okamžiku kdy se časovaacute změna magnetickeacuteho indukčniacuteho toku bude rovna nule (to platiacute i pro indukovaneacute napětiacute na ciacutevce)
d) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru Po odpojeniacute ciacutevky od zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute se začne v ciacutevce indukovat napětiacute opačneacute polarity (může dosaacutehnout vyššiacutech hodnot než je napětiacute zdroje) než v předešleacute faacutezi ktereacute způsobiacute zpomaleniacute zaacuteniku magnetickeacuteho pole Směr toku proudu zůstaacutevaacute nezměněn Energie magnetickeacuteho pole ciacutevky se přeměniacute na rezistoru na teplo Proud i napětiacute tedy rychle ale postupně klesajiacute k nuloveacute hodnotě
e) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Kondenzaacutetor Čiacutem menšiacute odpor maacute rezistor tiacutem rychleji se kondenzaacutetor nabije a tiacutem rychleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor rychle vybije a vzniklyacute proud v obvodu rychle klesaacute Čiacutem většiacute odpor maacute rezistor tiacutem pomaleji se rezistor nabije a tiacutem pomaleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor vybije pomaleji a vzniklyacute proud v obvodu pozvolna klesaacute Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud Ciacutevka Čiacutem menšiacute odpor majiacute rezistory tiacutem pozvolněji klesaacute indukovaneacute napětiacute vznikleacute na ciacutevce při zapojeniacute ke zdroji Toteacutež platiacute pro elektrickyacute proud kteryacute se v tomto přiacutepadě ustaacuteliacute za delšiacute časovyacute okamžik Jinak je tomu v přiacutepadě že rezistory majiacute většiacute odpor Indukovaneacute napětiacute klesaacute rychleji a proud se v obvodu ustaacuteliacute na konstantniacute hodnotě za velmi kraacutetkou dobu Při odpojeniacute od zdroje klesajiacute proud a napětiacute v obou přiacutepadech přibližně stejně Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud
113
Kondenzaacutetor + rezistor 50 Ω + rezistor 200 ΩCiacutevka + rezistory 50 Ω + rezistory 200 Ω
114
f) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
Řada přechodnyacutech jevů je nežaacutedouciacute protože způsobiacute např kraacutetkodobeacute přetiacuteženiacute obvodu a tiacutem zkracujiacute životnost zařiacutezeniacute (zapnutiacute studeneacute žaacuterovky ndash naacuterazovyacute proud je až desetkraacutet většiacute než ustaacutelenyacute proud) Některeacute přechodneacute děje jsou však žaacutedouciacute a některeacute obvody jsou přiacutemo na využitiacute přechodnyacutech dějů založeny (generaacutetory klopneacute obvody) V elektronice existujiacute přechodneacute děje založeneacute na RC RL a RLC obvodech vzhledem k co možnaacute nejmenšiacutem použiacutevaacuteniacute ciacutevek majiacute největšiacute vyacuteznam při nabiacutejeniacute a vybiacutejeniacute kondenzaacutetory Obecně jsou v elektronice nejrozšiacuteřenějšiacute tepelneacute přechodneacute jevy V silnoproudeacute elektronice se měřiacute oteplovaciacute křivky elektrickyacutech strojů v počiacutetačoveacute technice se měřiacute otepleniacute hlavniacuteho procesoru měřeniacute teploty harddisku atd
115
Střiacutedavyacute proud 719 STŘIacuteDAVYacute PROUD S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem maacute časovyacute diagram napětiacute stejnou faacutezi (faacutezovyacute rozdiacutel je nulovyacute) jako časovyacute diagram proudu
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
116
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Um f Im T a (faacutezovyacute rozdiacutel) Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a u
5 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zakreslete faacutezorovyacute diagram 2 Určete z grafů velikost odporu rezistoru
117
Střiacutedavyacute proud 720 VYacuteKON STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem je okamžitaacute hodnota vyacutekonu p = ui = Ri2 = RIm
2sin2t
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem a zobrazit časovyacute diagram vyacutekonu Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
118
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Zvoliacuteme zaacuteložku tabulka V menu Tabulka zvoliacuteme Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec Naacutezev ndash
Vyacutekon Jednotka ndash W Tvar vyacuterazu XY Sloupec pro X ndash proud Sloupec pro Y ndash napětiacute
5 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Pm f Im T Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a p
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jakyacute je poměr frekvence okamžiteacute hodnoty vyacutekonu a okamžiteacute hodnoty proudu 2 Určete z grafu okamžiteacute hodnoty vyacutekonu středniacute hodnotu vyacutekonu P
119
Střiacutedavyacute proud 721 STŘIacuteDAVYacute PROUD S INDUKČNOSTIacute
Fyzikaacutelniacute princip
Induktance je veličina I
UX L Induktance XL je přiacutemo uacuteměrnaacute indukčnosti ciacutevky L a
frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute induktance indukčnost ciacutevky Ověřit že induktance na indukčnosti a frekvenci zaacutevisiacute přiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω voltmetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z a voltmetrem (ry) 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute
(Zesilovač)
120
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a indukčnosti Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z Vypočiacutetaacuteme induktanci XL Z induktance a frekvence vypočiacutetaacuteme indukčnost L
5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XL = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Miacutesto ciacutevky zapoj tlumivku (2times47 mH) a proveď stejneacute měřeniacute V čem se lišiacute zaacutevislost
XL = f(f) Proč se lišiacute
2 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na indukčnosti pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu
3 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty induktance pro vyššiacute frekvence 4 Zkus změřit přechodnyacute děj na indukčnosti
121
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900
1000 průměr
122
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr
2 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
123
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25degC
Tlak 1004 hPa
Vlhkost 53
3 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
RUL hellipstejnosměrnyacute obvod
IUL 22
ciacutevkyRZ fX L
2
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00364 01620 44510 (Rciacutevky) 00000 00000
100 09600 00096 00460 47917 17744 00028 200 09440 00094 00600 63559 45372 00036 300 09410 00094 00800 85016 72433 00038 400 09380 00094 00990 105544 95699 00038 500 09360 00094 01210 129274 121369 00039 600 09340 00093 01430 153105 146492 00039 700 09300 00093 01640 176344 170634 00039 800 09260 00093 01860 200864 195870 00039 900 09230 00092 02090 226436 222018 00039
1000 09160 00092 02290 250000 246006 00039 průměr 00037
124
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00367 00673 18338 (Rciacutevky) 00000 00000
100 63300 00633 15760 248973 248297 00395 200 59700 00597 26440 442881 442501 00352 300 55100 00551 35240 639564 639301 00339 400 49400 00494 43500 880567 880376 00350 500 42700 00427 50400 1180328 1180185 00376 600 34760 00348 56300 1619678 1619574 00430 700 26080 00261 61300 2350460 2350389 00534 800 15650 00157 65000 4153355 4153314 00826 900 07050 00071 66600 9446809 9446791 01671
1000 04850 00049 66800 13773196 13773184 02192 průměr 00747
4 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
Graf pro školniacute ciacutevku 400 zaacutevitů Ciacutevka neobsahuje jaacutedro induktance je teacuteměř přesně lineaacuterniacute funkciacute frekvence střiacutedaveacuteho napětiacute Konstantou uacuteměry je vyacuteraz 2πL kde L je indukčnost ciacutevky Indukčnost je teacutež konstantniacute Graf pro tlumivku 47 mH Induktance neniacute lineaacuterniacute funkciacute frekvence Přiacutečinou je jaacutedro na němž je namotaacuten vodivyacute draacutet ciacutevky Z toho důvodu nelze indukčnost ciacutevky L považovat za konstantniacute hodnotu
125
Střiacutedavyacute proud 722 STŘIacuteDAVYacute PROUD S KAPACITOU
Fyzikaacutelniacute princip
Kapacitance je veličina I
UX C Kapacitance XC je nepřiacutemo uacuteměrnaacute kapacitě
kondenzaacutetoru C a frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute kapacitance kapacitu kondenzaacutetoru Ověřit že kapacitance na kapacitě a frekvenci zaacutevisiacute nepřiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) rezistor 100 Ω voltmetr (y)
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetrem (ry)
126
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a kondenzaacutetoru Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme kapacitanci XC Z kapacitance a frekvence vypočiacutetaacuteme kapacitu C 5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XC = f(f) 8 Porovnej hodnotu kapacity vypočiacutetanou a jmenovitou
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru
2 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty kapacitance pro vyššiacute frekvence 3 Zkus změřit přechodnyacute děj na kondenzaacutetoru
127
Střiacutedavyacute proud 723 SLOŽENYacute OBVOD STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU
Fyzikaacutelniacute princip
Impedance je veličina I
UZ Při seacuterioveacutem spojeniacute prochaacuteziacute rezistorem ciacutevkou a
kondenzaacutetorem složenyacutem obvodem RLC stejnyacute proud i Ciacutel Určit pomociacute vyacutesledneacuteho napětiacute a proudu impedanci Z Určit jak zaacutevisiacute impedance Z na frekvenci f Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) voltmetr - multimetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetry
128
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a celkoveacute napětiacute Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z 5 Změniacuteme kmitočet na 400 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 800 Hz 1 200 Hz 10 000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti Z = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jak se měniacute impedance Z v zaacutevislosti na kmitočtu Zkus vysvětlit proč tomu tak je
2 Sestroj graf Z = f(f) podle vzorce 2
2 1
CLRZ
kde f (0 Hz 10 kHz)
R = 100 Ω C = 47 μF a L = 41 mH Porovnej grafy (naměřenyacute a teoretickyacute)
0000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
3 Kde se využiacutevaacute teacuteto zaacutevislosti Vysvětli Jak se změniacute tyto zaacutevislosti změniacuteme-li hodnotu kapacity nebo indukčnosti
4 Zkus změřit podobnou zaacutevislost Z = f(f) pro paralelniacute obvod RLC Pozor Vzhledem k maleacutemu vnitřniacutemu odporu ciacutevky L při niacutezkyacutech kmitočtech je potřeba zařadit k obvodu RLC seacuteriově rezistor 100 Ω
5 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute na rezistoru ciacutevce a kondenzaacutetoru a hodnotu proudu na rezistoru pomociacute druheacuteho LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute jednotlivyacutech napětiacute vzhledem k proudu
129
Střiacutedavyacute proud 724 USMĚRŇOVAČ Fyzikaacutelniacute princip V usměrňovači střiacutedaveacuteho proudu se využiacutevaacute zaacutekladniacute vlastnosti polovodičoveacute diody bdquopropustit proud pouze jedniacutem směremldquo K usměrněniacute se využiacutevaacute jednocestnyacute usměrňovač nebo dvoucestnyacute usměrňovač (Graetzovo zapojeniacute) K vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho zapojeniacute se použiacutevaacute kondenzaacutetor a tlumivka Ciacutel Určit průběh stejnosměrneacuteho pulzujiacuteciacuteho napětiacute po usměrněniacute jednocestnyacutem a dvoucestnyacutem usměrňovačem Daacutele pak určit průběh po vyhlazeniacute Pomůcky LabQuest ciacutevka 400 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF diody voltmetr VP-BTA multimetr zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute - transformaacutetor
Scheacutema
130
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Ke zdroji střiacutedaveacuteho napětiacute
(transformaacutetor ndash napětiacute maximaacutelně 6 V) připojiacuteme rezistor a k němu voltmetr (podle scheacutema) Multimetrem změřiacuteme efektivniacute hodnotu střiacutedaveacuteho napětiacute
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 004 s Frekvence 10 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V
3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Z grafu určiacuteme maximaacutelniacute
hodnotu (amplitudu) periodu a vypočiacutetaacuteme frekvenci Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 5 Zapojiacuteme jednocestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 6 Zapojiacuteme dvoucestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 7 Zapojiacuteme kondenzaacutetor a tlumivku a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty
131
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měniacuteme různeacute hodnoty kondenzaacutetorů a tlumivek 2 Proč v zapojeniacutech s diodou (diodami) dochaacuteziacute k poklesu napětiacute a jakou maacute tento pokles
velikost Čemu tato velikost odpoviacutedaacute 3 Popiš vliv kondenzaacutetoru a tlumivky na vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute Proč
se zapojujiacute paralelně (do seacuterie)
132
133
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
134
2 Tabulka Umax= Uef=
3 Zaacutevěr
135
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
2 Tabulka Umax= 45 V Uef= 32 V 3 Zaacutevěr Různeacute změny hodnot kondenzaacutetorů a tlumivek majiacute vliv na menšiacute nebo většiacute vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute V zapojeniacutech s diodami dochaacuteziacute k poklesu napětiacute přibližně 05 V a to z důvodu uacutebytku napětiacute na diodě (dvou diodaacutech u dvoucestneacuteho zapojeniacute) Kondenzaacutetor se při maximaacutelniacute hodnotě napětiacute nabiacutejiacute a při poklesu napětiacute vybiacutejiacute a dodaacutevaacute el energii v tomto okamžiku Tlumivka zapojenaacute v seacuterii braacuteniacute rychlyacutem změnaacutem napětiacute
136
137
Střiacutedavyacute proud v energetice
725 TROJFAacuteZOVAacute SOUSTAVA
Fyzikaacutelniacute princip Třiacutefaacutezoveacute napětiacute vznikaacute otaacutečeniacutem magnetu v soustavě třiacute ciacutevek (alternaacutetor) Maacuteme tedy tři zdroje střiacutedaveacuteho napětiacute ndash faacuteze Třiacutefaacutezovyacute rozvod lze využiacutet k zapojeniacute do hvězdy (a)) nebo k zapojeniacute do trojuacutehelniacuteku (b)) Faacutezoveacute napětiacute (u1 u2 u3) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 230 V) mezi středniacutem vodičem (N) a faacutezovyacutem vodičem (L1 L2 L3) Sdruženeacute napětiacute (u12 u13 u23) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 400 V) mezi libovolnyacutemi dvěma faacutezovyacutemi vodiči
Ciacutel Změřit časovyacute průběh napětiacute třiacute faacuteziacute v zapojeniacute do hvězdy Ověřit že součet napětiacute v každeacutem čase je nulovyacute Ověřit že poměr sdruženeacuteho a faacutezoveacuteho napětiacute je 173 times většiacute Pomůcky LabQuest zdroj třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute 3 rezistory 100 Ω 3 voltmetry VP-BTA
Scheacutema
138
Postup 1 Připojiacuteme 3 voltmetry VP-BTA ke vstupům CH1 CH2 a CH3 LabQuestu Zapojiacuteme
obvod podle scheacutema Na zdroji třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute nastaviacuteme hodnotu faacutezoveacuteho napětiacute do 5 V
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme v každeacutem časoveacutem okamžiku okamžiteacute hodnoty
napětiacute u1 u2 a u3 a provaacutediacuteme jejich součet ndash ověřujeme že součet je nulovyacute 6 Střiacutedavyacutem voltmetrem změřiacuteme sdruženeacute a faacutezoveacute napětiacute (efektivniacute hodnoty)
a vypočiacutetaacuteme jejich poměr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z grafu ndash časoveacuteho průběhu napětiacute urči o jakou čaacutest periody jsou posunuta napětiacute 2 Z grafu urči jakaacute je frekvence a perioda střiacutedavyacutech napětiacute 3 Jakyacute je poměr efektivniacute a maximaacutelniacute hodnoty faacutezoveacuteho střiacutedaveacuteho napětiacute ktereacute jsi
naměřil 4 Z grafu urči amplitudu sdruženeacuteho napětiacute a amplitudu faacutezoveacuteho napětiacute Jakyacute je jejich
poměr
139
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) =
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o helliphelliphellip periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = helliphelliphellip Hz Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = helliphelliphellip s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
140
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) =
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = V Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = helliphelliphellip
141
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = 0 V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = 410 V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) = 3 173
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o třetinu periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = 50 Hz
142
Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = 002 s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) = 2 14
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = 591 V
Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = 3 174
143
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
726 ELEKTROMAGNETICKYacute OSCILAacuteTOR
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacutem elektromagnetickyacutem oscilaacutetorem je obvod tvořenyacute ciacutevkou a kondenzaacutetorem - obvod LC nebo oscilačniacute obvod Kondenzaacutetor spojiacuteme se zdrojem stejnosměrneacuteho napětiacute 45 V (plochaacute baterie viz scheacutema) Přepiacutenačem připojiacuteme nabityacute kondenzaacutetorem k ciacutevce V obvodu vznikne elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Energie elektrickeacuteho pole kondenzaacutetoru se měniacute na energii magnetickeacuteho pole ciacutevky a naopak V oscilačniacutem obvodu nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute
Ciacutel Změřit napětiacute a proud v oscilačniacutem obvodu Ověřit elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute oscilačniacuteho obvodu je tlumeneacute Pomůcky LabQuest voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA kondenzaacutetor 2 200 microF ciacutevka s jaacutedrem 1 200 z přepiacutenač
Scheacutema
Postup 1 Voltmetr a ampeacutermetr zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Obvod zapojiacuteme podle scheacutema Přepiacutenač je v poloze bdquo1ldquo (kondenzaacutetor se nabiacutejiacute) 3 Zapneme LabQuest a připojiacuteme jej přes USB k PC
144
4 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Trvaacuteniacute 2 s Vzorkovaciacute frekvence 200 vzorkůsekundu Trigger zatrhneme Spuštěniacute triggeru když napětiacute je rostouciacute přes 005 V
5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme tlačiacutetko Sběr dat 6 Přepneme přepiacutenač do polohy bdquo2ldquo
7 Z grafu odečteme periodu kmitaacuteniacute Určiacuteme kmitočet 8 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změřiacuteme indukčnost L (multimetrem) a vypočiacutetaacuteme periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute
Porovnaacuteme s naměřenou hodnotou 2 Změň parametry součaacutestek (indukčnost kapacita) a zopakuj měřeniacute
145
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
T = helliphelliphellip s f = helliphelliphellip Hz 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
146
147
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
Naměřeneacute T = 0614 s f = 162 Hz Vypočiacutetaneacute L = 154 H C = 22 mF T= )(2 CL = 0366 s
3 Zaacutevěr V elektromagnetickeacutem oscilaacutetoru se přeměňuje elektrickaacute energie na energii magnetickeacuteho pole a naopak Nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Je zde patrnaacute analogie mezi ději mechanickyacutemi (kmitaacuteniacute) a elektromagnetickyacutemi
148
149
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
727 VLASTNOSTI ELEKTROMAGNETICKEacuteHO
VLNĚNIacute Fyzikaacutelniacute princip Magnetickeacute pole můžeme znaacutezornit pomociacute indukčniacutech čar
Elektrickeacute pole popisujeme elektrickyacutemi siločarami
Elektrickeacute a magnetickeacute pole spolu často souvisejiacute Mluviacuteme pak o elektromagnetickeacutem poli Elektromagnetickeacute vlny jsou přiacutečneacute a šiacuteřiacute se i ve vakuu Šiacuteřiacute se rychlostiacute světla Elektromagnetickyacutemi vlnami se přenaacutešejiacute signaacutely rozhlasu televize mobilniacutech telefonů atd I světlo je elektromagnetickeacute vlněniacute (zaacuteřeniacute)
Mezi frekvenciacute f vlnovou deacutelkou λ a rychlostiacute šiacuteřeniacute elektromagnetickeacuteho vlněniacute c (světla)
platiacute vzoreccf
Ciacutel Změřit vlnovou deacutelku elektromagnetickeacuteho vlněniacute Prokaacutezat polarizaci elektromagnetickeacute vlny
150
Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA bezdraacutetovyacute zvonek ndash tlačiacutetko pracujiacuteciacute na frekvenci 43392 MHz přijiacutemač s půlvlnnyacutem dipoacutelem (viz přiacutespěvek od Oldřicha Lepila)
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Pohybujeme rovnoměrnyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 1) 5 Z poloh maxim a minim určiacuteme vlnovou deacutelku 6 Uložiacuteme měřeniacute 7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Pohybujeme rovnoměrnyacutem otaacutečivyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 2) 9 Stejnou vlastnost můžeme ukaacutezat tak že mezi vysiacutelač a přijiacutemač vložiacuteme mřiacutežku kterou
otaacutečiacuteme v rovině kolmeacute ke směru šiacuteřeniacute vlněniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash vlnovaacute deacutelka a polarizace elektromagnetickeacuteho vlněniacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej jak zaacutevisiacute velikost naměřeneacuteho napětiacute na vzdaacutelenosti vysiacutelače od přijiacutemače 2 Pomociacute mřiacutežky nebo plechu vyzkoušej odraz vlněniacute (a interferenci)
12
13
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole
72 KAPACITA KONDENZAacuteTORU
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q= f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Určit kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute přechodneacuteho děje ndash vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod dle scheacutema a)
14
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V těsně před přepnutiacutem přepiacutenače 6 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q =C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
7 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 2 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 1 000 Ω)
15
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty
a) U = Q =
b) UQC
3 Zaacutevěr
16
17
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25 degC
Tlak 998 hPa
Vlhkost 53
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty U = 481 V Q = 0010036 C
UQC F002150
814010360
3 Zaacutevěr
Jmenovitaacute hodnota kapacity kondenzaacutetoru je 2 200microF Změřenaacute a vypočiacutetanaacute je 2 150 microF
18
19
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole 73 VYBIacuteJENIacute KONDENZAacuteTORŮ
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q = f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Změřit vybiacutejeciacute křivku kondenzaacutetoru Určit kapacitu kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 1 kΩ 2 ks kondenzaacutetory 2 200 μF voltmetr VP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry DVP-BTA ke vstupu CH1 a CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod
podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 30 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 1 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
20
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač podle scheacutema a po sekundě (odhadneme) přepneme přepiacutenač opačně
5 Měřeniacute uložiacuteme Opakujeme pro dva kondenzaacutetory zapojeneacute paralelně a do seacuterie 6 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V (začaacutetek měřeniacute) 7 Vytvořiacuteme novou vypočiacutetaacutevanou veličinu I = UR (R = 1 000 Ω) 8 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q = C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
9 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči rovnici funkce U = f (t) přiacutepadně I = f (t) 2 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 3 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 10 kΩ)
21
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
CeAU tB = helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
22
23
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
598100324 23750 ttB eCeAU (červenyacute graf) 3 Zaacutevěr
Napětiacute na kondenzaacutetoru při vybiacutejeniacute klesaacute podle exponenciaacutelniacute funkce
24
25
Elektrickyacute proud v kovech 74 OHMŮV ZAacuteKON
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon Pokud maacute kovovyacute vodič staacutelou teplotu je proud prochaacutezejiacuteciacute vodičem přiacutemo uacuteměrnyacute napětiacute mezi konci vodiče (r 1826 GSOhm) Grafem přiacutemeacute uacuteměrnostiacute je přiacutemka prochaacutezejiacuteciacute počaacutetkem Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky a rezistory 12 Ω 33 Ω a 100 Ω Pomůcky LabQuest rezistor 33 Ω a 100 Ω žaacuterovka 6 V03 A voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 60 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme napětiacute
Vlevo 0 Vpravo 6 V Na ose y zvoliacuteme Elektrickyacute proud a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 06 A V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
26
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Reostatem pomalu zvyšujeme napětiacute a proud Hodnota napětiacute nesmiacute překročit 5 V a
proudu 06 A Zobrazuje se tzv voltampeacuterovaacute charakteristika Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro rezistor 33 Ω a pro žaacuterovku
7 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Platiacute Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky 2 Porovnej voltampeacuteroveacute charakteristiky rezistorů s různyacutemi hodnotami odporů 3 Zkus vymyslet jak ověřiacuteš že Ohmův zaacutekon platiacute i pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky
27
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
a) pro žaacuterovku
b) pro vodič
28
2 Zaacutevěr
29
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
pro žaacuterovku a pro vodič (rezistor)
2 Zaacutevěr Pro žaacuterovku nevychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) protože se teplota wolframoveacuteho vlaacutekna měniacute a tiacutem i jeho odpor Pro rezistory (vodič) vychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) Sklon polopřiacutemky zaacutevisiacute na odporu vodiče ndash čiacutem je odpor většiacute tiacutem je sklon menšiacute
30
31
Elektrickyacute proud v kovech
75 OHMŮV ZAacuteKON PRO UZAVŘENYacute OBVOD
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Proud v uzavřeneacutem obvodu je roven podiacutelu elektromotorickeacuteho napětiacute Ue zdroje a celkoveacuteho odporu R + Ri kde Ri je vnitřniacute odpor zdroje
i
e
RRUI
Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat 100 Ω a 10 kΩ
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema
32
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Elektrickeacute napětiacute a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 V V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat - Ampeacutermetr Reostat 100 Ω a 10 kΩ nastaviacuteme na max hodnoty odporu
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Sepneme spiacutenač 5 Reostatem 10 kΩ pomalu (10 s) zvětšujeme proud (hodnota odporu na min) Jakmile
reostat 10 kΩ vytočiacuteme do krajniacute polohy (min) pokračujeme stejně reostatem 100 Ω do krajniacute polohy (min) Hodnota proudu nesmiacute překročit 06 A což při napětiacute 45 V zajistiacute rezistor 10 Ω Zobrazuje se tzv zatěžovaciacute charakteristika zdroje Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro různě stareacute plocheacute baterie
7 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku Napětiacute
Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute Určiacuteme koeficienty lineaacuterniacute funkce Opakujeme pro všechny grafy
8 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona pro uzavřenyacute obvod)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z koeficientů lineaacuterniacutech funkciacute určete napětiacute napraacutezdno U0 a zkratovyacute proud Ik Daacutele
určete vnitřniacute odpor Ri plocheacute baterie noveacute a stareacute 2 Vnitřniacute odpor plocheacute baterie se staacuteřiacutem zvětšuje Jak se to projevuje na zatěžovaciacute
charakteristice
33
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
1 Vyacutepočet a) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip
b) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip 2 Zaacutevěr
34
35
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
2 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
3 Vyacutepočet a) U = f(I)= -09126I+4925 U0=4925 V Ik=54 A Ri=09126 b) U = f(I)= -5011I+445 U0=445 V Ik=089 A Ri=5011 c) U = f(I)= -RiI+U0= -4244I+4132 U0=4132V Ik=097 A Ri=4244 4 Zaacutevěr Novaacute plochaacute baterie maacute většiacute svorkoveacute napětiacute na praacutezdno U0 většiacute zkratovyacute proud Ik a menšiacute vnitřniacute odpor Ri U staršiacute (reacute) plocheacute baterie je to naopak
36
37
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 76 TERMISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Termistor je polovodičovaacute součaacutestka jejiacutež odpor zaacutevisiacute na teplotě
Z teorie vyplyacutevaacute že zaacutevislost odporu termistoru na teplotě je daacutena vztahem
16273 tT eAeAR
(1) T hellip termodynamickaacute teplota R hellip odpor termistoru při daneacute teplotě T A hellip lineaacuterniacute koeficient β hellip index citlivosti materiaacutelu termistoru Pokud bychom chtěli využiacutevat termistor jako teploměr budeme potřebovat znaacutet inverzniacute funkci (2) tedy funkci vyjadřujiacuteciacute zaacutevislost teploty na odporu Tuto funkci ziacuteskaacuteme z rovnice (1) aplikovaacuteniacutem přirozeneacuteho logaritmu naacuteslednou uacutepravou a převedeniacutem do Celsiovy stupnice
15273ln
15273lnln
ARAR
t (2)
t hellip teplota ve degC R hellip odpor termistoru v Ω Ciacutel Změř zaacutevislost odporu termistoru na teplotě Z grafu urči konstanty A a β
38
Pomůcky LabQuest ohmmetr (musiacute byacutet nainstalovaacuten) teploměr TMP-BTA rychlovarnaacute konvice s horkou vodou termistory se jmenovitou hodnotou odporu 47 kΩ 10 kΩ 15 kΩ počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 V konvici si ohřejeme vodu 2 Teploměr TMP-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 2 a ohmmetr do konektoru CH 1
LabQuestu 3 K ohmmetru připojiacuteme termistor (10 kΩ) kteryacute zastrčiacuteme společně s teploměrem do
kaacutedinky 4 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 5 Zapneme LabQuest 6 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko
zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance) 7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s
Frekvence 1 čteniacutes 8 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a
na osu x Teplotu
39
9 Nalejeme horkou vodu z konvice do kaacutedinky s teploměrem a termistorem a zapneme Sběr dat v programu LoggerPro
10 Voda postupně chladne a počiacutetač vykresluje graf zaacutevislosti R = f(t) Ochlazovaacuteniacute můžeme pomalu urychlovat opatrnyacutem přileacutevaacuteniacutem studeneacute vody a současnyacutem miacutechaacuteniacutem Pro hlubšiacute ochlazeniacute můžeme použiacutet kousek ledu
11 Po skončeniacute měřeniacute (300 s) uložiacuteme toto měřeniacute do paměti ndash menu Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute a můžeme opakovat měřeniacute pro dalšiacute termistor Nebo při měřeniacute použiacutet současně dva ohmmetry (CH 2 a CH 3) a dva termistory
12 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash sestrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a β
2 V programu Logger Pro můžeme v menu Analyacuteza ndash Curve Fit zkusit proložit funkci kterou si vybereme ze seznamu A určiacuteme koeficienty A a β Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že zvolenaacute funkce bdquofungujeldquo
3 Zdůvodněte proč odpor termistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
40
41
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
3 Jakaacute je to funkce
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R )
Termistor
Termistor
Termistor
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
42
43
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
Termistory 15k 10k a 4k7 dosahujiacute jmenoviteacute hodnoty přibližně při 25 degC Termistory s většiacutem jmenovityacutem odporem majiacute při stejně velkeacute změně teploty většiacute změnu odporu Index citlivosti materiaacutelu je přibližně stejnyacute
3 Jakaacute je to funkce
Exponenciaacutelniacute klesajiacuteciacute 16273 tT eAeAR
44
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R ) Termistor 15000Ω 3285 02388 15273
3285
23880 teR 15273
23880lnln3285
R
t
Termistor 10000Ω 3592 005836 15273
3592
058360 teR 15273
058360lnln3592
R
t
Termistor 4700 Ω 3545 003204 15273
3545
032040 teR 15273
032040lnln3545
R
t
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
S rostouciacute teplotou se rychle zvětšuje hustota volnyacutech bdquovytřesenyacutechldquo elektronů z vazeb a tiacutem rezistivita rychle klesaacute
45
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 77 FOTOREZISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Fotorezistor (dřiacuteve označovaacuten jako fotoodpor) je pasivniacute elektrotechnickaacute součaacutestka bez PN přechodu jejiacutež elektrickyacute odpor R se snižuje se zvyšujiacuteciacutem se osvětleniacutem E resp elektrickaacute vodivost G se zvyšuje
Princip fotorezistoru je založen na vnitřniacutem fotoelektrickeacutem jevu světlo (foton) naraziacute do elektronu ve valenčniacute sfeacuteře a předaacute mu svoji energii tiacutem elektron ziacuteskaacute dostatek energie k překonaacuteniacute zakaacutezaneacuteho paacutesu a skočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho Tiacutem opustiacute svůj atom a pohybuje se jako volnyacute elektron prostorem krystaloveacute mřiacutežky Na jeho miacutestě vznikla diacutera Takto vznikleacute volneacute elektrony přispiacutevajiacute ke sniacuteženiacute elektrickeacuteho odporu R (zvyacutešeniacute elektrickeacute vodivosti G) Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost Funkce R = f(E) je funkce mocninnaacute R = AmiddotE-B Tuto funkci můžeme zlogaritmovat a převeacutest
na funkci lineaacuterniacute lnR= -BmiddotlnE + lnA nebo určit inverzniacute funkci BB RAE11
Inverzniacute
funkce může sloužit ke konstrukci luxmetru z fotorezistoru Ciacutel Změřit zaacutevislost odporu fotorezistoru na osvětleniacute Z grafu určit konstanty A a B
46
Pomůcky LabQuest 3 ohmmetry (ohmmetr musiacute byacutet nainstalovaacuten) luxmetr LS-BTA fotorezistory počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 Luxmetr LS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 Ohmmetry zapojiacuteme do konektorů
CH 2 CH 3 a CH4 LabQuestu 2 K ohmmetrům připojiacuteme fotorezistory 3 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 4 Zapneme LabQuest
47
5 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance)
6 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s Frekvence 1 čteniacutes
7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a na osu x Osvětleniacute
8 Těsně vedle fotorezistorů umiacutestiacuteme luxmetr 9 Budeme postupně viacutece a viacutece zakryacutevat papiacutery fotorezistory s luxmetrem Tiacutem dosaacutehneme
změnu osvětleniacute a odporu fotorezistorů Zastaviacuteme měřeniacute 10 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů 11 Provedeme analyacutezu grafů Určiacuteme konstanty mocninneacute funkce A a B Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash setrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a B
2 Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že určenaacute funkce bdquofungujeldquo 3 Zdůvodněte proč odpor fotorezistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
48
49
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy 3 Jakaacute je to funkce 4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute Fotorezistor středniacute Fotorezistor velkyacute
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E
50
51
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy Pro tři měřeneacute fotorezistory jsou průběhy funkciacute podobneacute U maleacuteho a středniacuteho fotorezistoru je pokles odporu R většiacute něž u velkeacuteho fotorezistoru při stejně velkeacute změně osvětleniacute E 3 Jakaacute je to funkce Funkce R=f(E) je funkce mocninnaacute R=AmiddotE-B Je to funkce klesajiacuteciacute
52
4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute 100100 07246 R=100100middotE-07246 381
11
7960821 RRAE BB
Fotorezistor středniacute 97030 08379 R=97030middotE-08379 1931
11
894688 RRAE BB
Fotorezistor velkyacute 30350 06885 R=30350middotE-06885 4521
11
3236193 RRAE BB
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem viacutece elektronů přeskočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho a tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost ndash zmenšuje se odpor R
53
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech
78 TRANZISTOR JAKO SPIacuteNAČ A ZESILOVAČ
Fyzikaacutelniacute princip Tranzistor je polovodičovaacute součaacutestka se dvěma přechody PN Středniacute čaacutest krystalu polovodiče je baacuteze B a přechody PN ji oddělujiacute od oblasti s opačnyacutem typem vodivosti kolektorem C a emitorem E Podle druhu vodivosti jednotlivyacutech čaacutestiacute označujeme tranzistory jako typy NPN a PNP
Zaacutekladniacute funkce tranzistoru Maleacute napětiacute v obvodu baacuteze vzbuzuje proud kteryacute je přiacutečinou mnohokraacutet většiacuteho proudu v obvodu kolektoroveacutem Tranzistor se použiacutevaacute jako bdquoelektronickyacute spiacutenačldquo a bdquozesilovačldquo
Ciacutel Ověřit činnost tranzistoroveacuteho spiacutenače a tranzistoroveacuteho zesilovače Pomůcky LabQuest dva voltmetry VP-BTA zapojeniacute tranzistoru jako spiacutenače a zesilovače (podle scheacutema) generaacutetor signaacutelu (může byacutet použit i druhyacute LabQuest se zesilovačem) baterie 45 V
54
Scheacutema
a) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquospiacutenačeldquo
b) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquozesilovačeldquo
55
Postup 1 Voltmetry zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquospiacutenačldquo podle scheacutema a) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1) a
UCE (U2) 3 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme trojuacutehelniacutekovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 5 V
4 Voltmetr U1 připojiacuteme mezi baacutezi a emitor (UBE) Voltmetr U2 připojiacuteme mezi kolektor a
emitor (UCE) 5 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 3 s Frekvence
10 000 čteniacutes 6 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
Tranzistor jako bdquospiacutenačldquo
7 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 8 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquozesilovačldquo podle scheacutema b) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1)
a UCE (U2) Potenciometrem P nastaviacuteme bdquopracovniacute bod tranzistoruldquo ndash UCE bude miacutet přibližně polovičniacute hodnotu napaacutejeciacuteho napětiacute (jestliže napětiacute zdroje je UB= 45 V rarr UCE= 225 V)
9 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme sinusovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 015 V 10 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 01 s Frekvence 10 000 čteniacutes
56
Tranzistor jako bdquozesilovačldquo
11 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 12 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 13 Určiacuteme jakyacute je poměr UCEUBE 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Při jakeacutem napětiacute UBE tranzistor bdquosepneldquo Jak dlouho probiacutehaacute bdquosepnutiacuteldquo (tranzistor jako
spiacutenač) 2 Zkus měnit kmitočet vstupniacuteho napětiacute zesilovače 3 Zkus měnit nastaveniacute pracovniacuteho bodu Jakyacute to maacute vliv na vyacutestupniacute signaacutel 4 Zkus měnit velikost střiacutedaveacuteho vstupniacuteho napětiacute Jakyacute to maacute vliv na tvar vyacutestupniacuteho
napětiacute 5 Urči zesilovaciacute činitel 6 Je vyacutestupniacute signaacutel bdquozkreslenyacuteldquo Co je přiacutečinou
57
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
58
59
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač
2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač
60
b) Tranzistor jako zesilovač
3 Zaacutevěr a)Tranzistor jako spiacutenač ndash z měřeniacute je patrneacute že se tranzistor otevře při překročeniacute napětiacute asi 07 V mezi baacuteziacute a editorem b)Tranzistor jako zesilovač ndash změřeniacute je patrneacute že tranzistor zesiluje napětiacute přibližně 23times Z měřeniacute je daacutele patrneacute že dochaacuteziacute ke zkresleniacute vstupniacuteho signaacutelu
61
Elektrickyacute proud v kapalinaacutech 79 ELEKTROLYacuteZA
Fyzikaacutelniacute princip Elektrolyacutezou nazyacutevaacuteme laacutetkoveacute změny vyvolaneacute při průchodu proudu elektrolytem na elektrodaacutech Faradayův zaacutekon Hmotnost m vyloučeneacute laacutetky je přiacutemo uacuteměrnaacute naacuteboji Q kteryacute prošel elektrolytem M = AQ = AmiddotImiddott Konstanta uacuteměrnosti A kteraacute je pro danou laacutetku charakteristickaacute se nazyacutevaacute elektrochemickyacute ekvivalent laacutetky Ciacutel Určit elektrochemickyacute ekvivalent mědi v roztoku siacuteranu měďnateacuteho CuSO4 Pomůcky LabQuest ampeacutermetr HCS-BTA žaacuterovka 24 V40 W naacutedoba s roztokem Cu2SO4 zdroj stejnosměrneacuteho napětiacute 24 V digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001
Scheacutema
62
Postup 1 Sestaviacuteme měřeniacute podle scheacutema Katodu připevniacuteme na stativ kteryacute stojiacute na digitaacutelniacutech
vahaacutech 2 Ampeacutermetr HCS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 LabQuestu a ten připojiacuteme přes
USB k PC 3 Digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001 připojiacuteme přes USB k PC 4 Zapneme LabQuest 5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 1 vzoreksekundu 6 Zapneme zdroj proudu 7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a nechaacuteme určitou dobu probiacutehat
měřeniacute
8 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 9 V grafu I = f (t) určiacuteme velikost naacuteboje Q kteryacute prošel obvodem pomociacute volby v menu
Analyacuteza - Integraacutel 10 Vypočiacutetaacuteme elektrochemickyacute ekvivalent mědi A (při elektrolyacuteze roztoku Cu2SO4)
zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pomociacute elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi spočiacutetejte Avogadrovu a Faradayovu
konstantu 2 Naměřeneacute hodnoty porovnejte s tabulkovyacutemi hodnotami 3 Zkus zopakovat měřeniacute s jinyacutem elektrolytem 4 Co může byacutet přiacutečinou naacuterůstu elektrickeacuteho proudu v průběhu měřeniacute (viz vyacuteše)
63
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu
3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
64
65
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu 0000002480
1210103 4
3 Zaacutevěr Elektrochemickyacute ekvivalent mědi měřeniacutem a vyacutepočtem vychaacuteziacute 0000000248 kgmiddotC-1 Tabulkovaacute hodnota elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi je A = 03310-6 kgC-1 Chyba měřeniacute je způsobenaacute nepřesnostiacute měřeniacute
66
67
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
710 MAGNETICKEacute POLE CIacuteVKY
Fyzikaacutelniacute princip
Magnetickaacute indukce uvnitř velmi dlouheacute ciacutevky maacute velikost l
INB kde I je velikost
proudu N je celkovyacute počet zaacutevitů a l je deacutelka ciacutevky
Ciacutel Ověřit zaacutevislost magnetickeacute indukce na velikosti proudu prochaacutezejiacuteciacuteho ciacutevkou Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω ampeacutermetr DCP-BTA teslametr MG-BTA ciacutevka 166 a 332 zaacutevitů regulovatelnyacute zdroj proudu a napětiacute BK 127
Scheacutema
68
Postup 1 Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme teslametr MG-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud
Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Magnetickou indukci a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 mT V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Regulovatelnyacutem zdrojem zvyšujeme napětiacute Kontrolujeme proud ndash max 06 A
Teslametrem měřiacuteme magnetickou indukci uvnitř ciacutevky
6 Vysloviacuteme zaacutevěr - jak zaacutevisiacute magnetickaacute indukce B na velikosti elektrickeacute proudu I
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Ze znalosti počtu zaacutevitů deacutelky ciacutevky a proudu spočiacutetej magnetickou indukci 2 Změň ciacutevku a opakuj měřeniacute 3 Změř jak se měniacute magnetickaacute indukce po podeacutelneacute ose ciacutevky při daneacute hodnotě proudu
69
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = helliphellip A N= 332 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
b) I = helliphellip A N= 166 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
70
3 Zaacutevěr
Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = helliphelliphelliphellip mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je měřeniacutem B = helliphelliphelliphellip mT Tyto hodnoty helliphelliphelliphelliphellip s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Jejich rovnice jsou B = helliphelliphelliphellipmiddotI a B = helliphelliphellipmiddotI
71
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = 05807 A N = 332 z l = 15 cm
mTl
INB 615115058070133104 7
b) I = 061 A N = 166 z l = 15 cm mT
lINB 8480
150610166104 7
72
3 Zaacutevěr Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = 1734 mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je B= 0835 mT Tyto hodnoty souhlasiacute s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je přiacutemaacute uacuteměrnost Jejich rovnice jsou B = 2906middotI a B = 1445middotI
73
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
711 MAGNETICKEacute POLE ZEMĚ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Stejně i Země maacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Zemskeacute magnetickeacute pole v ČR maacute magnetickou indukci 0048 mT Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole Země Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA stojan laboratorniacute uacutehloměr
74
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 03 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve vodorovneacute rovině
otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum (N a S magnetickyacute poacutel) Z maximaacutelniacutech hodnot odečteme vodorovnou amplitudu magnetickeacute indukce B Země
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve svisleacute rovině (N-S směr) otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum Maximaacutelniacute hodnota je hodnotou magnetickeacute indukce B Země
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči sklon indukčniacute čaacutery magnetickeacuteho pole u naacutes v ČR vzhledem k povrchu země 2 Teslametr upevniacuteme do stojanu Pod teslametr položiacuteme uacutehloměr
75
3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev Uacutehel Jednotky deg
4 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Podle kompasu nastaviacuteme teslametr na sever 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 7 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0deg a stiskneme OK 8 Teslametr otočiacuteme o 10deg 9 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 10 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 10deg a stiskneme OK 11 Opakujeme body 8 9 a 10 pro 20deg 30deg 40deg hellip 360deg 12 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 13 Měřeniacute zopakujeme v horizontaacutelniacute rovině v bdquoN ndash Sldquo směru 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
76
77
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
78
79
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(t)
2 Zaacutevěr Velikost vektoru magnetickeacute indukce vychaacuteziacute přibližně B = 005 mT Tento vektor maacute vzhledem k vodorovneacutemu směru uacutehel sklonu 60deg
80
81
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
712 MAGNETICKEacute POLE MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT stojan laboratorniacute permanentniacute magnet
82
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně
přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k severniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně pohybujeme (asi 5 sekund) teslametrem kolmo k podeacutelneacute ose magnetu k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund) Uložiacuteme měřeniacute
83
6 Otevřeme novyacute soubor a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf
7 Zopakujeme měřeniacute pro magnet tvaru podkovy s teslametrem plusmn 140 mT
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev deacutelka
Jednotky cm 2 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Teslametr upevniacuteme do stojanu a postaviacuteme na okraj
magnetickeacuteho pole magnetu tvaru podkovy 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 5 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK 6 Teslametr posuneme o 1 cm 7 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 8 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 1 cm a stiskneme OK 9 Opakujeme body 7 8 a 9 pro 2cm 3 cm 4 cm hellip20 cm 10 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 11 Měřeniacute zopakujeme ve vertikaacutelniacute rovině magnetu (bdquoN ndash Sldquo) 12 Vysloviacuteme zaacutevěr
84
85
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
713 VLASTNOSTI FEROMAGNETICKYacuteCH
LAacuteTEK Fyzikaacutelniacute princip Budeme-li postupně zvětšovat proud I v ciacutevce s jaacutedrem z feromagnetickeacute laacutetky bude se postupně i magnetickaacute indukce B v jaacutedře zvětšovat
Relativniacute permeabilita μr feromagnetickyacutech laacutetek neniacute konstantniacute proto zaacutevislost B = f(I) neniacute lineaacuterniacute Grafem teacuteto zaacutevislosti je křivka ndash hystereacutezniacute smyčka
Hystereacutezniacute smyčka je důležitou charakteristikou feromagnetickyacutech laacutetek Podle tvaru křivky děliacuteme laacutetky na a) magneticky tvrdeacute - majiacute širokou hystereacutezniacute smyčku velkou hodnotu Br a jsou viacutece
odolnějšiacute vůči zmagnetovaacuteniacute (ocel s velkyacutem obsahem uhliacuteku hellip) Po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole zůstaacutevajiacute nadaacutele zmagnetovaacuteny a chovajiacute se jako permanentniacute magnet Jejich magnetickeacute pole lze zrušit pomociacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole opačneacute polarity (např do ciacutevky s jaacutedrem zavedeme proud opačneacuteho směru)
b) magneticky měkkeacute - materiaacutely s uacutezkou hystereacutezniacute smyčkou ktereacute se dajiacute snadno zmagnetovat (magnetofonoveacute paacutesky diskety hellip) Majiacute malou hodnotu Br což znamenaacute že po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole jejich vlastniacute magnetickeacute pole zanikaacute
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole ciacutevky s jaacutedrem v zaacutevislosti na velikosti proudu I Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT ampeacutermetr HCS-BTA stojan laboratorniacute ciacutevka 400 z různaacute jaacutedra regulovatelnyacute zdroj KXN 305D
86
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr plusmn140 mT ke vstupu CH1 LabQuestu Ke vstupu CH2 zapojiacuteme
ampeacutermetr HCS-BTA Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a připojiacuteme ho k USB PC 3 V programu LoggerPro v menu Data ndash Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme Naacutezev
magnetickaacute indukce Značka B Jednotka mT Rovnice Potential57 4 Na ose y zvoliacuteme magnetickaacute indukce a na ose x elektrickyacute proud 5 V menu Experiment ndash Sběr dat hellip zvoliacuteme bdquoNepřerušenyacute sběr datldquo Vzorkovaciacute
frekvence 10 vzorkůsekundu 6 Uvnitř ciacutevky je jaacutedro s feromagneticky měkkeacute oceli Vynulujeme senzor proudu a napětiacute
(teslametr plusmn140 mT) Teslametr přiložiacuteme těsně k jaacutedru (viz scheacutema) 7 Na regulovatelneacutem zdroji napětiacute zvětšujeme pomalu napětiacute až dosaacutehneme proud ciacutevkou
5 A Potom zase zmenšujeme napětiacute (proud) na bdquonululdquo Přepoacutelujeme poacutely zdroje pomociacute banaacutenků nebo dvojpoacutelovyacutem přepiacutenačem
87
8 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat v programu LoggerPro a opakujeme činnost v bodě 7 dvakraacutet Tiacutem se vykresliacute celaacute hystereacutezniacute smyčka Zastaviacuteme sběr dat tlačiacutetkem Stop v programu LoggerPro Uložiacuteme měřeniacute
9 Zopakujeme měřeniacute pro různaacute jaacutedra
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme různaacute jaacutedra z feromagneticky tvrdeacute oceli ndash např šroubovaacutek
2 Z grafu můžeme určit hodnotu zbytkoveacute magnetickeacute indukce Br 3 Proč je pro jaacutedra transformaacutetorů vyacutehodnějšiacute použiacutet feromagneticky měkkou ocel
88
89
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole 714 HALLŮV JEV
Fyzikaacutelniacute princip Hallův jev vznikaacute při průchodu proudu I tenkou polovodičovou destičkou (InSb InAs s odporem 001 až 20 Ohmů a tloušťky cca 01 mm jednaacute se o kompromis mezi maximem citlivost a mechanickeacute pevnosti) obdeacutelniacutekoveacuteho tvaru Při vloženiacute destičky do magnetickeacuteho pole skrze ni prochaacuteziacute indukčniacute tok a přeskupuje naacuteboje v destičce na jednu stranu Tak na bočniacutech stěnaacutech destičky vznikaacute napětiacute (tzv Hallovo napětiacute) ktereacute se daacute vypočiacutetat pomociacute vzorce UH = kIB kde k je konstanta (zahrnuje typ materiaacutelu a tloušťku destičky) I je stejnosměrnyacute proud a B je magnetickaacute indukce způsobenaacute magnetickyacutem polem
Ciacutel Pomociacute teslametru změřit jak zaacutevisiacute napětiacute UH na Hallově sondě na magnetickeacute indukci B magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA teslametr MG-BTA teslametr bdquoza paacuter korunldquo (viz doprovodnyacute text) permanentniacute magnet
90
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 a teslametr MG-BTA ke vstupu CH2
LabQuestu Na teslametru MG-BTA nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Voltmetr VP-BTA připojiacuteme k teslametru bdquoza paacuter korunldquo - je na něm zapojena Hallova sonda na napětiacute 3 V a protilehleacute vyacutevody z Hallovy sondy jsou vyvedeny pomociacute dvou vodičů Na nich budeme měřit UH pomociacute voltmetru VP-BTA LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 2 vzorkysekundu 4 Zapneme zdroj proudu na teslametru bdquoza paacuter korunldquo Vynulujeme oba senzory
Permanentniacute magnet přibliacutežiacuteme k teslametru MG-BTA a teslametru bdquoza paacuter korunldquo na vzdaacutelenost asi 2cm Digitaacutelniacute displej teslametru ukazuje hodnotu 5 mT (viz scheacutema)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem vzdalujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 1)
6 Pak otočiacuteme magnet o 180deg a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem přibližujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 2)
91
7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 8 Opakujeme měřeniacute pro různeacute Hallovy sondy
9 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash jakaacute je zaacutevislost UH na B jakaacute je citlivost
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kde se Hallova sonda použiacutevaacute 2 Jakyacute je rozsah teslametru MG-BTA a jakyacute teslametru bdquoza paacuter korunldquo 3 Zkus změřit magnetickou indukci magnetu bdquoparalelněldquo oběma teslametry U teslametru
bdquoza paacuter korunldquo vlož lineaacuterniacute funkci kteraacute přepočiacutetaacute UH na B
92
93
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
94
95
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr Z grafů je zřejmeacute že se jednaacute o přiacutemou uacuteměrnost Pro prvniacute (modryacute graf) Hallův senzor je rovnice přiacutemeacute uacuteměrnosti B=f(UH) = 333UH mT A pro druhyacute (červenyacute graf) Hallův senzor je rovnice B=f(UH) = 83UH mT
96
97
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
715 MAGNETICKYacute ZAacuteZNAM SIGNAacuteLŮ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickyacute zaacuteznam signaacutelů kteryacutem je uchovaacutevaacutena zvukovaacute či obrazovaacute informace nebo takeacute digitaacutelniacute informace zpracovanaacute počiacutetačem Magnetickyacute zaacuteznam je založen na trvaleacutem zmagnetovaacuteniacute vrstvy feromagnetika (např oxidu železa) naneseneacuteho na nosiči z plastickeacuteho materiaacutelu
Magnetickyacute zaacuteznam se uskutečňuje pomociacute zvlaacuteštniacuteho elektromagnetu ndash zaacuteznamoveacute hlavy
Ciacutel Proveacutest mazaacuteniacute magnetickyacute zaacuteznam sniacutemaacuteniacute a opětneacute mazaacuteniacute na nosič Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA permanentniacute magnet na mazaacuteniacute permanentniacute magnet na zaacuteznam svinovaciacute metr jako nosič zaznamenaneacuteho signaacutelu
98
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru MG-BTA
nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Deacutelka 10 s
Vzorkovaciacute frekvence 20 vzorkůsekunda 4 Nejdřiacuteve provedeme mazaacuteniacute na nosiči (svinovaciacute metr)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu (10 s) rovnoměrnyacutem
pohybem pomociacute teslametru provedeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů na nosiči
6 Provedeme zaacuteznam signaacutelů na nosiči (např čtyřikraacutet)
7 Zopakujeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů (jako v bodě 5) 8 Zopakujeme mazaacuteniacute a sniacutemaniacute (jako v bodě 4 a 5)
99
9 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej zaacuteznam různyacutem (S N) poacutelem permanentniacuteho magnetu Jak se změniacute průběh
signaacutelu 2 Vyzkoušej mazaacuteniacute a zaacuteznam na skutečnyacute nosič ndash paacutesek od videokazety 3 Vyzkoušej zaacuteznam na disketu
100
101
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
716 ELEKTROMAGNETICKAacute INDUKCE
Fyzikaacutelniacute princip Elektromagnetickaacute indukce je jev při ktereacutem vznikaacute elektrickeacute napětiacute ve vodiči změnou magnetickeacuteho pole v okoliacute vodiče (ciacutevky) Indukovaneacute napětiacute zaacutevisiacute na velikosti změny magnetickeacuteho pole i na rychlosti jeho změny
tU i
Indukovaneacute napětiacute maacute takovou polaritu že indukovanyacute proud vytvaacuteřiacute magnetickeacute pole s opačnyacutem směrem indukčniacutech čar než maacute magnetickeacute pole ktereacute indukci vyvolalo (Lenzův zaacutekon)
Ciacutel Změřit indukovaneacute napětiacute Ověřit na čem zaacutevisiacute Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA ciacutevka s jaacutedrem permanentniacute magnet
102
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu Roztočiacuteme permanentniacute magnet v těsneacutem okoliacute ciacutevky (jaacutedra)
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Opakujeme měřeniacute s rychlejšiacutem (pomalejšiacutem) otaacutečeniacutem magnetu 5 Vyměniacuteme magnet za bdquosilnějšiacuteldquo 6 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash na čem zaacutevisiacute indukovaneacute napětiacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkus ciacutevku s jinyacutem počtem zaacutevitů 2 Zkus pohybovat membraacutenou reproduktoru a měřit indukovaneacute napětiacute 3 Zkus napjatou strunu umiacutestit do magnetickeacuteho pole a na niacute měřit velikost indukovaneacuteho
napětiacute
103
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
717 DEMONSTRACE VOLNEacuteHO PAacuteDU MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Volnyacute paacuted je rovnoměrně zrychlenyacute pohyb volně padajiacuteciacuteho tělesa v bliacutezkosti země K měřeniacute pohybu volneacuteho paacutedu tělesa (magnetu) použijeme trubici z nevodiveacuteho materiaacutelu Na trubici jsou v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech navinuty ciacutevky ktereacute jsou navzaacutejem spojeneacute do seacuterie Spojeniacute ciacutevek připojiacuteme k voltmetru a zobraziacuteme časovyacute zaacuteznam napětiacute na jednotlivyacutech ciacutevkaacutech při pohybu magnetu trubiciacute vnitřkem jednotlivyacutech ciacutevek
Ciacutel Změřit časovyacute průběh indukovaneacuteho napětiacute při pohybu (volneacutem paacutedu) magnetu vnitřkem ciacutevek Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA neodymovyacute magnet (vaacuteleček) 2 m dlouhaacute PPR trubka 25x35 PN16 na ktereacute jsou navinuty ciacutevky (10 z) v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech
104
Scheacutema
105
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Sestaviacuteme obvod podle
scheacutema Voltmetr připojiacuteme ke koncům seacuterioveacuteho spojeniacute ciacutevek LabQuest připojiacuteme k PC přes USB
2 Zapneme LabQuest V programu Logger Pro v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 06 s Frekvence 1 000 vzorkůs Daacutele Trigger je rostouciacute přes 001 V
3 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat (měřeniacute) v programu Logger Pro Neodymovyacute magnet vložiacuteme do uacutestiacute PPR trubky a pustiacuteme
4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme časoveacute intervaly mezi jednotlivyacutemi průchody
magnetu Daacutele vypočiacutetaacuteme rychlosti v jednotlivyacutech intervalech Určiacuteme zrychleniacute mezi jednotlivyacutemi intervaly Přiacuteklad vyacutepočtu pro vyacuteše uvedeneacute měřeniacute
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyložte průběh zaacuteznamu z hlediska velikosti a polarity jednotlivyacutech napětiacute a jejich
umiacutestěniacute na ose času 2 Zopakuj měřeniacute s padajiacuteciacutem magnetem s opačnou orientaciacute poacutelů magnetu 3 Jak se změniacute časovyacute průběh při použitiacute delšiacuteho magnetu (viacutece vaacutelečků) 4 Zopakuj měřeniacute s tiacutem že konec trubky ucpeš gumovou zaacutetkou 5 Připoj k vyacutestupu signaacutelu z ciacutevek zesilovač a reproduktor a poslechem sleduj volnyacute paacuted
magnetu
106
107
Střiacutedavyacute proud 718 PŘECHODNYacute DĚJ Fyzikaacutelniacute princip Přechodnyacutem dějem v obvodu s kondenzaacutetorem nebo s ciacutevkou nazyacutevaacuteme skokovou změnu napětiacute a proudu na kondenzaacutetoru a ciacutevce Tuto změnu vyvolaacuteme sepnutiacutem nebo vypnutiacutem spiacutenače (přepiacutenače) Ciacutel Určit jak se měniacute napětiacute a proud v obvodu s kondenzaacutetorem a s ciacutevkou při přechodneacutem ději Pomůcky LabQuest ciacutevka 1 200 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr VP-BTA voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
a) b)
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr
DCP-BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema a)
108
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Zapojiacuteme obvod podle scheacutema b) 6 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 1 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 A Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a hned ho přepneme zpět
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zamysli se co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru (ciacutevky) ke zdroji
napětiacute a co se děje při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute k rezistoru Kde se to daacute využiacutet 2 Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Zkus to
vymyslet a potom ověř měřeniacutem
109
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
2 Doplňkoveacute otaacutezky a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k
rezistoru c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute
110
d) 4) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru
e) 5) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů f) 6) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
111
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 27 degC
Tlak 1008 hPa
Vlhkost 53
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
112
3 Doplňkoveacute otaacutezky
a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute dochaacuteziacute k jeho nabiacutejeniacute Na kondenzaacutetoru se akumuluje elektrickyacute naacuteboj (zvětšuje se jeho elektrickaacute energie) V okamžiku zapojeniacute bude obvodem prochaacutezet největšiacute elektrickyacute proud Nenabityacute kondenzaacutetor se zpočaacutetku chovaacute jako zkrat Čiacutem viacutece se však bude kondenzaacutetor nabiacutejet (bude v něm vzrůstat nahromaděnyacute naacuteboj) a poroste jeho napětiacute tiacutem menšiacute proud bude prochaacutezet obvodem
b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k rezistoru Po odpojeniacute obvodu od zdroje napětiacute se začiacutenaacute kondenzaacutetor vybiacutejet (chovaacute se jako zdroj) Elektrickaacute energie kterou kondenzaacutetor vybije se v rezistoru přeměniacute na teplo Teoreticky se kondenzaacutetor vybiacutejiacute nekonečně dlouhou dobu V okamžiku odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje napětiacute prochaacuteziacute obvodem velkyacute proud opačnyacutem směrem než při zapojeniacute ke zdroji napětiacute Napětiacute i proud postupně klesajiacute
c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute ciacutevky ke zdroji stejnosměrneacuteho napětiacute začne obvodem prochaacutezet proud kteryacute na ciacutevce způsobiacute indukovaacuteniacute napětiacute jež je uacuteměrneacute časoveacute změně magnetickeacuteho indukčniacuteho toku a s polaritou působiacuteciacute proti napětiacute zdroje Proud v obvodu se proto zvětšuje na svou maximaacutelniacute hodnotu jen postupně neboť čaacutest energie dodaacutevaneacute ze zdroje do obvodu se spotřebovaacutevaacute na vytvaacuteřeniacute magnetickeacuteho pole ciacutevky (indukovaneacute napětiacute na ciacutevce postupně klesaacute) Proud se ustaacuteliacute teprve v okamžiku kdy se časovaacute změna magnetickeacuteho indukčniacuteho toku bude rovna nule (to platiacute i pro indukovaneacute napětiacute na ciacutevce)
d) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru Po odpojeniacute ciacutevky od zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute se začne v ciacutevce indukovat napětiacute opačneacute polarity (může dosaacutehnout vyššiacutech hodnot než je napětiacute zdroje) než v předešleacute faacutezi ktereacute způsobiacute zpomaleniacute zaacuteniku magnetickeacuteho pole Směr toku proudu zůstaacutevaacute nezměněn Energie magnetickeacuteho pole ciacutevky se přeměniacute na rezistoru na teplo Proud i napětiacute tedy rychle ale postupně klesajiacute k nuloveacute hodnotě
e) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Kondenzaacutetor Čiacutem menšiacute odpor maacute rezistor tiacutem rychleji se kondenzaacutetor nabije a tiacutem rychleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor rychle vybije a vzniklyacute proud v obvodu rychle klesaacute Čiacutem většiacute odpor maacute rezistor tiacutem pomaleji se rezistor nabije a tiacutem pomaleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor vybije pomaleji a vzniklyacute proud v obvodu pozvolna klesaacute Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud Ciacutevka Čiacutem menšiacute odpor majiacute rezistory tiacutem pozvolněji klesaacute indukovaneacute napětiacute vznikleacute na ciacutevce při zapojeniacute ke zdroji Toteacutež platiacute pro elektrickyacute proud kteryacute se v tomto přiacutepadě ustaacuteliacute za delšiacute časovyacute okamžik Jinak je tomu v přiacutepadě že rezistory majiacute většiacute odpor Indukovaneacute napětiacute klesaacute rychleji a proud se v obvodu ustaacuteliacute na konstantniacute hodnotě za velmi kraacutetkou dobu Při odpojeniacute od zdroje klesajiacute proud a napětiacute v obou přiacutepadech přibližně stejně Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud
113
Kondenzaacutetor + rezistor 50 Ω + rezistor 200 ΩCiacutevka + rezistory 50 Ω + rezistory 200 Ω
114
f) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
Řada přechodnyacutech jevů je nežaacutedouciacute protože způsobiacute např kraacutetkodobeacute přetiacuteženiacute obvodu a tiacutem zkracujiacute životnost zařiacutezeniacute (zapnutiacute studeneacute žaacuterovky ndash naacuterazovyacute proud je až desetkraacutet většiacute než ustaacutelenyacute proud) Některeacute přechodneacute děje jsou však žaacutedouciacute a některeacute obvody jsou přiacutemo na využitiacute přechodnyacutech dějů založeny (generaacutetory klopneacute obvody) V elektronice existujiacute přechodneacute děje založeneacute na RC RL a RLC obvodech vzhledem k co možnaacute nejmenšiacutem použiacutevaacuteniacute ciacutevek majiacute největšiacute vyacuteznam při nabiacutejeniacute a vybiacutejeniacute kondenzaacutetory Obecně jsou v elektronice nejrozšiacuteřenějšiacute tepelneacute přechodneacute jevy V silnoproudeacute elektronice se měřiacute oteplovaciacute křivky elektrickyacutech strojů v počiacutetačoveacute technice se měřiacute otepleniacute hlavniacuteho procesoru měřeniacute teploty harddisku atd
115
Střiacutedavyacute proud 719 STŘIacuteDAVYacute PROUD S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem maacute časovyacute diagram napětiacute stejnou faacutezi (faacutezovyacute rozdiacutel je nulovyacute) jako časovyacute diagram proudu
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
116
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Um f Im T a (faacutezovyacute rozdiacutel) Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a u
5 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zakreslete faacutezorovyacute diagram 2 Určete z grafů velikost odporu rezistoru
117
Střiacutedavyacute proud 720 VYacuteKON STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem je okamžitaacute hodnota vyacutekonu p = ui = Ri2 = RIm
2sin2t
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem a zobrazit časovyacute diagram vyacutekonu Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
118
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Zvoliacuteme zaacuteložku tabulka V menu Tabulka zvoliacuteme Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec Naacutezev ndash
Vyacutekon Jednotka ndash W Tvar vyacuterazu XY Sloupec pro X ndash proud Sloupec pro Y ndash napětiacute
5 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Pm f Im T Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a p
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jakyacute je poměr frekvence okamžiteacute hodnoty vyacutekonu a okamžiteacute hodnoty proudu 2 Určete z grafu okamžiteacute hodnoty vyacutekonu středniacute hodnotu vyacutekonu P
119
Střiacutedavyacute proud 721 STŘIacuteDAVYacute PROUD S INDUKČNOSTIacute
Fyzikaacutelniacute princip
Induktance je veličina I
UX L Induktance XL je přiacutemo uacuteměrnaacute indukčnosti ciacutevky L a
frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute induktance indukčnost ciacutevky Ověřit že induktance na indukčnosti a frekvenci zaacutevisiacute přiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω voltmetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z a voltmetrem (ry) 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute
(Zesilovač)
120
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a indukčnosti Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z Vypočiacutetaacuteme induktanci XL Z induktance a frekvence vypočiacutetaacuteme indukčnost L
5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XL = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Miacutesto ciacutevky zapoj tlumivku (2times47 mH) a proveď stejneacute měřeniacute V čem se lišiacute zaacutevislost
XL = f(f) Proč se lišiacute
2 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na indukčnosti pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu
3 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty induktance pro vyššiacute frekvence 4 Zkus změřit přechodnyacute děj na indukčnosti
121
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900
1000 průměr
122
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr
2 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
123
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25degC
Tlak 1004 hPa
Vlhkost 53
3 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
RUL hellipstejnosměrnyacute obvod
IUL 22
ciacutevkyRZ fX L
2
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00364 01620 44510 (Rciacutevky) 00000 00000
100 09600 00096 00460 47917 17744 00028 200 09440 00094 00600 63559 45372 00036 300 09410 00094 00800 85016 72433 00038 400 09380 00094 00990 105544 95699 00038 500 09360 00094 01210 129274 121369 00039 600 09340 00093 01430 153105 146492 00039 700 09300 00093 01640 176344 170634 00039 800 09260 00093 01860 200864 195870 00039 900 09230 00092 02090 226436 222018 00039
1000 09160 00092 02290 250000 246006 00039 průměr 00037
124
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00367 00673 18338 (Rciacutevky) 00000 00000
100 63300 00633 15760 248973 248297 00395 200 59700 00597 26440 442881 442501 00352 300 55100 00551 35240 639564 639301 00339 400 49400 00494 43500 880567 880376 00350 500 42700 00427 50400 1180328 1180185 00376 600 34760 00348 56300 1619678 1619574 00430 700 26080 00261 61300 2350460 2350389 00534 800 15650 00157 65000 4153355 4153314 00826 900 07050 00071 66600 9446809 9446791 01671
1000 04850 00049 66800 13773196 13773184 02192 průměr 00747
4 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
Graf pro školniacute ciacutevku 400 zaacutevitů Ciacutevka neobsahuje jaacutedro induktance je teacuteměř přesně lineaacuterniacute funkciacute frekvence střiacutedaveacuteho napětiacute Konstantou uacuteměry je vyacuteraz 2πL kde L je indukčnost ciacutevky Indukčnost je teacutež konstantniacute Graf pro tlumivku 47 mH Induktance neniacute lineaacuterniacute funkciacute frekvence Přiacutečinou je jaacutedro na němž je namotaacuten vodivyacute draacutet ciacutevky Z toho důvodu nelze indukčnost ciacutevky L považovat za konstantniacute hodnotu
125
Střiacutedavyacute proud 722 STŘIacuteDAVYacute PROUD S KAPACITOU
Fyzikaacutelniacute princip
Kapacitance je veličina I
UX C Kapacitance XC je nepřiacutemo uacuteměrnaacute kapacitě
kondenzaacutetoru C a frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute kapacitance kapacitu kondenzaacutetoru Ověřit že kapacitance na kapacitě a frekvenci zaacutevisiacute nepřiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) rezistor 100 Ω voltmetr (y)
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetrem (ry)
126
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a kondenzaacutetoru Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme kapacitanci XC Z kapacitance a frekvence vypočiacutetaacuteme kapacitu C 5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XC = f(f) 8 Porovnej hodnotu kapacity vypočiacutetanou a jmenovitou
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru
2 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty kapacitance pro vyššiacute frekvence 3 Zkus změřit přechodnyacute děj na kondenzaacutetoru
127
Střiacutedavyacute proud 723 SLOŽENYacute OBVOD STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU
Fyzikaacutelniacute princip
Impedance je veličina I
UZ Při seacuterioveacutem spojeniacute prochaacuteziacute rezistorem ciacutevkou a
kondenzaacutetorem složenyacutem obvodem RLC stejnyacute proud i Ciacutel Určit pomociacute vyacutesledneacuteho napětiacute a proudu impedanci Z Určit jak zaacutevisiacute impedance Z na frekvenci f Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) voltmetr - multimetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetry
128
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a celkoveacute napětiacute Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z 5 Změniacuteme kmitočet na 400 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 800 Hz 1 200 Hz 10 000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti Z = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jak se měniacute impedance Z v zaacutevislosti na kmitočtu Zkus vysvětlit proč tomu tak je
2 Sestroj graf Z = f(f) podle vzorce 2
2 1
CLRZ
kde f (0 Hz 10 kHz)
R = 100 Ω C = 47 μF a L = 41 mH Porovnej grafy (naměřenyacute a teoretickyacute)
0000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
3 Kde se využiacutevaacute teacuteto zaacutevislosti Vysvětli Jak se změniacute tyto zaacutevislosti změniacuteme-li hodnotu kapacity nebo indukčnosti
4 Zkus změřit podobnou zaacutevislost Z = f(f) pro paralelniacute obvod RLC Pozor Vzhledem k maleacutemu vnitřniacutemu odporu ciacutevky L při niacutezkyacutech kmitočtech je potřeba zařadit k obvodu RLC seacuteriově rezistor 100 Ω
5 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute na rezistoru ciacutevce a kondenzaacutetoru a hodnotu proudu na rezistoru pomociacute druheacuteho LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute jednotlivyacutech napětiacute vzhledem k proudu
129
Střiacutedavyacute proud 724 USMĚRŇOVAČ Fyzikaacutelniacute princip V usměrňovači střiacutedaveacuteho proudu se využiacutevaacute zaacutekladniacute vlastnosti polovodičoveacute diody bdquopropustit proud pouze jedniacutem směremldquo K usměrněniacute se využiacutevaacute jednocestnyacute usměrňovač nebo dvoucestnyacute usměrňovač (Graetzovo zapojeniacute) K vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho zapojeniacute se použiacutevaacute kondenzaacutetor a tlumivka Ciacutel Určit průběh stejnosměrneacuteho pulzujiacuteciacuteho napětiacute po usměrněniacute jednocestnyacutem a dvoucestnyacutem usměrňovačem Daacutele pak určit průběh po vyhlazeniacute Pomůcky LabQuest ciacutevka 400 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF diody voltmetr VP-BTA multimetr zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute - transformaacutetor
Scheacutema
130
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Ke zdroji střiacutedaveacuteho napětiacute
(transformaacutetor ndash napětiacute maximaacutelně 6 V) připojiacuteme rezistor a k němu voltmetr (podle scheacutema) Multimetrem změřiacuteme efektivniacute hodnotu střiacutedaveacuteho napětiacute
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 004 s Frekvence 10 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V
3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Z grafu určiacuteme maximaacutelniacute
hodnotu (amplitudu) periodu a vypočiacutetaacuteme frekvenci Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 5 Zapojiacuteme jednocestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 6 Zapojiacuteme dvoucestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 7 Zapojiacuteme kondenzaacutetor a tlumivku a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty
131
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měniacuteme různeacute hodnoty kondenzaacutetorů a tlumivek 2 Proč v zapojeniacutech s diodou (diodami) dochaacuteziacute k poklesu napětiacute a jakou maacute tento pokles
velikost Čemu tato velikost odpoviacutedaacute 3 Popiš vliv kondenzaacutetoru a tlumivky na vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute Proč
se zapojujiacute paralelně (do seacuterie)
132
133
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
134
2 Tabulka Umax= Uef=
3 Zaacutevěr
135
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
2 Tabulka Umax= 45 V Uef= 32 V 3 Zaacutevěr Různeacute změny hodnot kondenzaacutetorů a tlumivek majiacute vliv na menšiacute nebo většiacute vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute V zapojeniacutech s diodami dochaacuteziacute k poklesu napětiacute přibližně 05 V a to z důvodu uacutebytku napětiacute na diodě (dvou diodaacutech u dvoucestneacuteho zapojeniacute) Kondenzaacutetor se při maximaacutelniacute hodnotě napětiacute nabiacutejiacute a při poklesu napětiacute vybiacutejiacute a dodaacutevaacute el energii v tomto okamžiku Tlumivka zapojenaacute v seacuterii braacuteniacute rychlyacutem změnaacutem napětiacute
136
137
Střiacutedavyacute proud v energetice
725 TROJFAacuteZOVAacute SOUSTAVA
Fyzikaacutelniacute princip Třiacutefaacutezoveacute napětiacute vznikaacute otaacutečeniacutem magnetu v soustavě třiacute ciacutevek (alternaacutetor) Maacuteme tedy tři zdroje střiacutedaveacuteho napětiacute ndash faacuteze Třiacutefaacutezovyacute rozvod lze využiacutet k zapojeniacute do hvězdy (a)) nebo k zapojeniacute do trojuacutehelniacuteku (b)) Faacutezoveacute napětiacute (u1 u2 u3) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 230 V) mezi středniacutem vodičem (N) a faacutezovyacutem vodičem (L1 L2 L3) Sdruženeacute napětiacute (u12 u13 u23) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 400 V) mezi libovolnyacutemi dvěma faacutezovyacutemi vodiči
Ciacutel Změřit časovyacute průběh napětiacute třiacute faacuteziacute v zapojeniacute do hvězdy Ověřit že součet napětiacute v každeacutem čase je nulovyacute Ověřit že poměr sdruženeacuteho a faacutezoveacuteho napětiacute je 173 times většiacute Pomůcky LabQuest zdroj třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute 3 rezistory 100 Ω 3 voltmetry VP-BTA
Scheacutema
138
Postup 1 Připojiacuteme 3 voltmetry VP-BTA ke vstupům CH1 CH2 a CH3 LabQuestu Zapojiacuteme
obvod podle scheacutema Na zdroji třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute nastaviacuteme hodnotu faacutezoveacuteho napětiacute do 5 V
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme v každeacutem časoveacutem okamžiku okamžiteacute hodnoty
napětiacute u1 u2 a u3 a provaacutediacuteme jejich součet ndash ověřujeme že součet je nulovyacute 6 Střiacutedavyacutem voltmetrem změřiacuteme sdruženeacute a faacutezoveacute napětiacute (efektivniacute hodnoty)
a vypočiacutetaacuteme jejich poměr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z grafu ndash časoveacuteho průběhu napětiacute urči o jakou čaacutest periody jsou posunuta napětiacute 2 Z grafu urči jakaacute je frekvence a perioda střiacutedavyacutech napětiacute 3 Jakyacute je poměr efektivniacute a maximaacutelniacute hodnoty faacutezoveacuteho střiacutedaveacuteho napětiacute ktereacute jsi
naměřil 4 Z grafu urči amplitudu sdruženeacuteho napětiacute a amplitudu faacutezoveacuteho napětiacute Jakyacute je jejich
poměr
139
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) =
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o helliphelliphellip periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = helliphelliphellip Hz Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = helliphelliphellip s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
140
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) =
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = V Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = helliphelliphellip
141
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = 0 V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = 410 V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) = 3 173
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o třetinu periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = 50 Hz
142
Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = 002 s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) = 2 14
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = 591 V
Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = 3 174
143
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
726 ELEKTROMAGNETICKYacute OSCILAacuteTOR
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacutem elektromagnetickyacutem oscilaacutetorem je obvod tvořenyacute ciacutevkou a kondenzaacutetorem - obvod LC nebo oscilačniacute obvod Kondenzaacutetor spojiacuteme se zdrojem stejnosměrneacuteho napětiacute 45 V (plochaacute baterie viz scheacutema) Přepiacutenačem připojiacuteme nabityacute kondenzaacutetorem k ciacutevce V obvodu vznikne elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Energie elektrickeacuteho pole kondenzaacutetoru se měniacute na energii magnetickeacuteho pole ciacutevky a naopak V oscilačniacutem obvodu nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute
Ciacutel Změřit napětiacute a proud v oscilačniacutem obvodu Ověřit elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute oscilačniacuteho obvodu je tlumeneacute Pomůcky LabQuest voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA kondenzaacutetor 2 200 microF ciacutevka s jaacutedrem 1 200 z přepiacutenač
Scheacutema
Postup 1 Voltmetr a ampeacutermetr zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Obvod zapojiacuteme podle scheacutema Přepiacutenač je v poloze bdquo1ldquo (kondenzaacutetor se nabiacutejiacute) 3 Zapneme LabQuest a připojiacuteme jej přes USB k PC
144
4 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Trvaacuteniacute 2 s Vzorkovaciacute frekvence 200 vzorkůsekundu Trigger zatrhneme Spuštěniacute triggeru když napětiacute je rostouciacute přes 005 V
5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme tlačiacutetko Sběr dat 6 Přepneme přepiacutenač do polohy bdquo2ldquo
7 Z grafu odečteme periodu kmitaacuteniacute Určiacuteme kmitočet 8 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změřiacuteme indukčnost L (multimetrem) a vypočiacutetaacuteme periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute
Porovnaacuteme s naměřenou hodnotou 2 Změň parametry součaacutestek (indukčnost kapacita) a zopakuj měřeniacute
145
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
T = helliphelliphellip s f = helliphelliphellip Hz 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
146
147
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
Naměřeneacute T = 0614 s f = 162 Hz Vypočiacutetaneacute L = 154 H C = 22 mF T= )(2 CL = 0366 s
3 Zaacutevěr V elektromagnetickeacutem oscilaacutetoru se přeměňuje elektrickaacute energie na energii magnetickeacuteho pole a naopak Nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Je zde patrnaacute analogie mezi ději mechanickyacutemi (kmitaacuteniacute) a elektromagnetickyacutemi
148
149
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
727 VLASTNOSTI ELEKTROMAGNETICKEacuteHO
VLNĚNIacute Fyzikaacutelniacute princip Magnetickeacute pole můžeme znaacutezornit pomociacute indukčniacutech čar
Elektrickeacute pole popisujeme elektrickyacutemi siločarami
Elektrickeacute a magnetickeacute pole spolu často souvisejiacute Mluviacuteme pak o elektromagnetickeacutem poli Elektromagnetickeacute vlny jsou přiacutečneacute a šiacuteřiacute se i ve vakuu Šiacuteřiacute se rychlostiacute světla Elektromagnetickyacutemi vlnami se přenaacutešejiacute signaacutely rozhlasu televize mobilniacutech telefonů atd I světlo je elektromagnetickeacute vlněniacute (zaacuteřeniacute)
Mezi frekvenciacute f vlnovou deacutelkou λ a rychlostiacute šiacuteřeniacute elektromagnetickeacuteho vlněniacute c (světla)
platiacute vzoreccf
Ciacutel Změřit vlnovou deacutelku elektromagnetickeacuteho vlněniacute Prokaacutezat polarizaci elektromagnetickeacute vlny
150
Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA bezdraacutetovyacute zvonek ndash tlačiacutetko pracujiacuteciacute na frekvenci 43392 MHz přijiacutemač s půlvlnnyacutem dipoacutelem (viz přiacutespěvek od Oldřicha Lepila)
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Pohybujeme rovnoměrnyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 1) 5 Z poloh maxim a minim určiacuteme vlnovou deacutelku 6 Uložiacuteme měřeniacute 7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Pohybujeme rovnoměrnyacutem otaacutečivyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 2) 9 Stejnou vlastnost můžeme ukaacutezat tak že mezi vysiacutelač a přijiacutemač vložiacuteme mřiacutežku kterou
otaacutečiacuteme v rovině kolmeacute ke směru šiacuteřeniacute vlněniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash vlnovaacute deacutelka a polarizace elektromagnetickeacuteho vlněniacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej jak zaacutevisiacute velikost naměřeneacuteho napětiacute na vzdaacutelenosti vysiacutelače od přijiacutemače 2 Pomociacute mřiacutežky nebo plechu vyzkoušej odraz vlněniacute (a interferenci)
13
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole
72 KAPACITA KONDENZAacuteTORU
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q= f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Určit kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute přechodneacuteho děje ndash vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod dle scheacutema a)
14
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V těsně před přepnutiacutem přepiacutenače 6 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q =C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
7 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 2 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 1 000 Ω)
15
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty
a) U = Q =
b) UQC
3 Zaacutevěr
16
17
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25 degC
Tlak 998 hPa
Vlhkost 53
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty U = 481 V Q = 0010036 C
UQC F002150
814010360
3 Zaacutevěr
Jmenovitaacute hodnota kapacity kondenzaacutetoru je 2 200microF Změřenaacute a vypočiacutetanaacute je 2 150 microF
18
19
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole 73 VYBIacuteJENIacute KONDENZAacuteTORŮ
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q = f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Změřit vybiacutejeciacute křivku kondenzaacutetoru Určit kapacitu kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 1 kΩ 2 ks kondenzaacutetory 2 200 μF voltmetr VP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry DVP-BTA ke vstupu CH1 a CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod
podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 30 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 1 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
20
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač podle scheacutema a po sekundě (odhadneme) přepneme přepiacutenač opačně
5 Měřeniacute uložiacuteme Opakujeme pro dva kondenzaacutetory zapojeneacute paralelně a do seacuterie 6 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V (začaacutetek měřeniacute) 7 Vytvořiacuteme novou vypočiacutetaacutevanou veličinu I = UR (R = 1 000 Ω) 8 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q = C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
9 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči rovnici funkce U = f (t) přiacutepadně I = f (t) 2 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 3 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 10 kΩ)
21
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
CeAU tB = helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
22
23
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
598100324 23750 ttB eCeAU (červenyacute graf) 3 Zaacutevěr
Napětiacute na kondenzaacutetoru při vybiacutejeniacute klesaacute podle exponenciaacutelniacute funkce
24
25
Elektrickyacute proud v kovech 74 OHMŮV ZAacuteKON
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon Pokud maacute kovovyacute vodič staacutelou teplotu je proud prochaacutezejiacuteciacute vodičem přiacutemo uacuteměrnyacute napětiacute mezi konci vodiče (r 1826 GSOhm) Grafem přiacutemeacute uacuteměrnostiacute je přiacutemka prochaacutezejiacuteciacute počaacutetkem Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky a rezistory 12 Ω 33 Ω a 100 Ω Pomůcky LabQuest rezistor 33 Ω a 100 Ω žaacuterovka 6 V03 A voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 60 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme napětiacute
Vlevo 0 Vpravo 6 V Na ose y zvoliacuteme Elektrickyacute proud a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 06 A V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
26
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Reostatem pomalu zvyšujeme napětiacute a proud Hodnota napětiacute nesmiacute překročit 5 V a
proudu 06 A Zobrazuje se tzv voltampeacuterovaacute charakteristika Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro rezistor 33 Ω a pro žaacuterovku
7 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Platiacute Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky 2 Porovnej voltampeacuteroveacute charakteristiky rezistorů s různyacutemi hodnotami odporů 3 Zkus vymyslet jak ověřiacuteš že Ohmův zaacutekon platiacute i pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky
27
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
a) pro žaacuterovku
b) pro vodič
28
2 Zaacutevěr
29
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
pro žaacuterovku a pro vodič (rezistor)
2 Zaacutevěr Pro žaacuterovku nevychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) protože se teplota wolframoveacuteho vlaacutekna měniacute a tiacutem i jeho odpor Pro rezistory (vodič) vychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) Sklon polopřiacutemky zaacutevisiacute na odporu vodiče ndash čiacutem je odpor většiacute tiacutem je sklon menšiacute
30
31
Elektrickyacute proud v kovech
75 OHMŮV ZAacuteKON PRO UZAVŘENYacute OBVOD
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Proud v uzavřeneacutem obvodu je roven podiacutelu elektromotorickeacuteho napětiacute Ue zdroje a celkoveacuteho odporu R + Ri kde Ri je vnitřniacute odpor zdroje
i
e
RRUI
Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat 100 Ω a 10 kΩ
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema
32
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Elektrickeacute napětiacute a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 V V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat - Ampeacutermetr Reostat 100 Ω a 10 kΩ nastaviacuteme na max hodnoty odporu
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Sepneme spiacutenač 5 Reostatem 10 kΩ pomalu (10 s) zvětšujeme proud (hodnota odporu na min) Jakmile
reostat 10 kΩ vytočiacuteme do krajniacute polohy (min) pokračujeme stejně reostatem 100 Ω do krajniacute polohy (min) Hodnota proudu nesmiacute překročit 06 A což při napětiacute 45 V zajistiacute rezistor 10 Ω Zobrazuje se tzv zatěžovaciacute charakteristika zdroje Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro různě stareacute plocheacute baterie
7 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku Napětiacute
Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute Určiacuteme koeficienty lineaacuterniacute funkce Opakujeme pro všechny grafy
8 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona pro uzavřenyacute obvod)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z koeficientů lineaacuterniacutech funkciacute určete napětiacute napraacutezdno U0 a zkratovyacute proud Ik Daacutele
určete vnitřniacute odpor Ri plocheacute baterie noveacute a stareacute 2 Vnitřniacute odpor plocheacute baterie se staacuteřiacutem zvětšuje Jak se to projevuje na zatěžovaciacute
charakteristice
33
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
1 Vyacutepočet a) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip
b) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip 2 Zaacutevěr
34
35
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
2 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
3 Vyacutepočet a) U = f(I)= -09126I+4925 U0=4925 V Ik=54 A Ri=09126 b) U = f(I)= -5011I+445 U0=445 V Ik=089 A Ri=5011 c) U = f(I)= -RiI+U0= -4244I+4132 U0=4132V Ik=097 A Ri=4244 4 Zaacutevěr Novaacute plochaacute baterie maacute většiacute svorkoveacute napětiacute na praacutezdno U0 většiacute zkratovyacute proud Ik a menšiacute vnitřniacute odpor Ri U staršiacute (reacute) plocheacute baterie je to naopak
36
37
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 76 TERMISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Termistor je polovodičovaacute součaacutestka jejiacutež odpor zaacutevisiacute na teplotě
Z teorie vyplyacutevaacute že zaacutevislost odporu termistoru na teplotě je daacutena vztahem
16273 tT eAeAR
(1) T hellip termodynamickaacute teplota R hellip odpor termistoru při daneacute teplotě T A hellip lineaacuterniacute koeficient β hellip index citlivosti materiaacutelu termistoru Pokud bychom chtěli využiacutevat termistor jako teploměr budeme potřebovat znaacutet inverzniacute funkci (2) tedy funkci vyjadřujiacuteciacute zaacutevislost teploty na odporu Tuto funkci ziacuteskaacuteme z rovnice (1) aplikovaacuteniacutem přirozeneacuteho logaritmu naacuteslednou uacutepravou a převedeniacutem do Celsiovy stupnice
15273ln
15273lnln
ARAR
t (2)
t hellip teplota ve degC R hellip odpor termistoru v Ω Ciacutel Změř zaacutevislost odporu termistoru na teplotě Z grafu urči konstanty A a β
38
Pomůcky LabQuest ohmmetr (musiacute byacutet nainstalovaacuten) teploměr TMP-BTA rychlovarnaacute konvice s horkou vodou termistory se jmenovitou hodnotou odporu 47 kΩ 10 kΩ 15 kΩ počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 V konvici si ohřejeme vodu 2 Teploměr TMP-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 2 a ohmmetr do konektoru CH 1
LabQuestu 3 K ohmmetru připojiacuteme termistor (10 kΩ) kteryacute zastrčiacuteme společně s teploměrem do
kaacutedinky 4 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 5 Zapneme LabQuest 6 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko
zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance) 7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s
Frekvence 1 čteniacutes 8 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a
na osu x Teplotu
39
9 Nalejeme horkou vodu z konvice do kaacutedinky s teploměrem a termistorem a zapneme Sběr dat v programu LoggerPro
10 Voda postupně chladne a počiacutetač vykresluje graf zaacutevislosti R = f(t) Ochlazovaacuteniacute můžeme pomalu urychlovat opatrnyacutem přileacutevaacuteniacutem studeneacute vody a současnyacutem miacutechaacuteniacutem Pro hlubšiacute ochlazeniacute můžeme použiacutet kousek ledu
11 Po skončeniacute měřeniacute (300 s) uložiacuteme toto měřeniacute do paměti ndash menu Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute a můžeme opakovat měřeniacute pro dalšiacute termistor Nebo při měřeniacute použiacutet současně dva ohmmetry (CH 2 a CH 3) a dva termistory
12 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash sestrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a β
2 V programu Logger Pro můžeme v menu Analyacuteza ndash Curve Fit zkusit proložit funkci kterou si vybereme ze seznamu A určiacuteme koeficienty A a β Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že zvolenaacute funkce bdquofungujeldquo
3 Zdůvodněte proč odpor termistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
40
41
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
3 Jakaacute je to funkce
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R )
Termistor
Termistor
Termistor
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
42
43
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
Termistory 15k 10k a 4k7 dosahujiacute jmenoviteacute hodnoty přibližně při 25 degC Termistory s většiacutem jmenovityacutem odporem majiacute při stejně velkeacute změně teploty většiacute změnu odporu Index citlivosti materiaacutelu je přibližně stejnyacute
3 Jakaacute je to funkce
Exponenciaacutelniacute klesajiacuteciacute 16273 tT eAeAR
44
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R ) Termistor 15000Ω 3285 02388 15273
3285
23880 teR 15273
23880lnln3285
R
t
Termistor 10000Ω 3592 005836 15273
3592
058360 teR 15273
058360lnln3592
R
t
Termistor 4700 Ω 3545 003204 15273
3545
032040 teR 15273
032040lnln3545
R
t
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
S rostouciacute teplotou se rychle zvětšuje hustota volnyacutech bdquovytřesenyacutechldquo elektronů z vazeb a tiacutem rezistivita rychle klesaacute
45
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 77 FOTOREZISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Fotorezistor (dřiacuteve označovaacuten jako fotoodpor) je pasivniacute elektrotechnickaacute součaacutestka bez PN přechodu jejiacutež elektrickyacute odpor R se snižuje se zvyšujiacuteciacutem se osvětleniacutem E resp elektrickaacute vodivost G se zvyšuje
Princip fotorezistoru je založen na vnitřniacutem fotoelektrickeacutem jevu světlo (foton) naraziacute do elektronu ve valenčniacute sfeacuteře a předaacute mu svoji energii tiacutem elektron ziacuteskaacute dostatek energie k překonaacuteniacute zakaacutezaneacuteho paacutesu a skočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho Tiacutem opustiacute svůj atom a pohybuje se jako volnyacute elektron prostorem krystaloveacute mřiacutežky Na jeho miacutestě vznikla diacutera Takto vznikleacute volneacute elektrony přispiacutevajiacute ke sniacuteženiacute elektrickeacuteho odporu R (zvyacutešeniacute elektrickeacute vodivosti G) Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost Funkce R = f(E) je funkce mocninnaacute R = AmiddotE-B Tuto funkci můžeme zlogaritmovat a převeacutest
na funkci lineaacuterniacute lnR= -BmiddotlnE + lnA nebo určit inverzniacute funkci BB RAE11
Inverzniacute
funkce může sloužit ke konstrukci luxmetru z fotorezistoru Ciacutel Změřit zaacutevislost odporu fotorezistoru na osvětleniacute Z grafu určit konstanty A a B
46
Pomůcky LabQuest 3 ohmmetry (ohmmetr musiacute byacutet nainstalovaacuten) luxmetr LS-BTA fotorezistory počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 Luxmetr LS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 Ohmmetry zapojiacuteme do konektorů
CH 2 CH 3 a CH4 LabQuestu 2 K ohmmetrům připojiacuteme fotorezistory 3 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 4 Zapneme LabQuest
47
5 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance)
6 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s Frekvence 1 čteniacutes
7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a na osu x Osvětleniacute
8 Těsně vedle fotorezistorů umiacutestiacuteme luxmetr 9 Budeme postupně viacutece a viacutece zakryacutevat papiacutery fotorezistory s luxmetrem Tiacutem dosaacutehneme
změnu osvětleniacute a odporu fotorezistorů Zastaviacuteme měřeniacute 10 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů 11 Provedeme analyacutezu grafů Určiacuteme konstanty mocninneacute funkce A a B Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash setrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a B
2 Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že určenaacute funkce bdquofungujeldquo 3 Zdůvodněte proč odpor fotorezistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
48
49
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy 3 Jakaacute je to funkce 4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute Fotorezistor středniacute Fotorezistor velkyacute
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E
50
51
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy Pro tři měřeneacute fotorezistory jsou průběhy funkciacute podobneacute U maleacuteho a středniacuteho fotorezistoru je pokles odporu R většiacute něž u velkeacuteho fotorezistoru při stejně velkeacute změně osvětleniacute E 3 Jakaacute je to funkce Funkce R=f(E) je funkce mocninnaacute R=AmiddotE-B Je to funkce klesajiacuteciacute
52
4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute 100100 07246 R=100100middotE-07246 381
11
7960821 RRAE BB
Fotorezistor středniacute 97030 08379 R=97030middotE-08379 1931
11
894688 RRAE BB
Fotorezistor velkyacute 30350 06885 R=30350middotE-06885 4521
11
3236193 RRAE BB
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem viacutece elektronů přeskočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho a tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost ndash zmenšuje se odpor R
53
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech
78 TRANZISTOR JAKO SPIacuteNAČ A ZESILOVAČ
Fyzikaacutelniacute princip Tranzistor je polovodičovaacute součaacutestka se dvěma přechody PN Středniacute čaacutest krystalu polovodiče je baacuteze B a přechody PN ji oddělujiacute od oblasti s opačnyacutem typem vodivosti kolektorem C a emitorem E Podle druhu vodivosti jednotlivyacutech čaacutestiacute označujeme tranzistory jako typy NPN a PNP
Zaacutekladniacute funkce tranzistoru Maleacute napětiacute v obvodu baacuteze vzbuzuje proud kteryacute je přiacutečinou mnohokraacutet většiacuteho proudu v obvodu kolektoroveacutem Tranzistor se použiacutevaacute jako bdquoelektronickyacute spiacutenačldquo a bdquozesilovačldquo
Ciacutel Ověřit činnost tranzistoroveacuteho spiacutenače a tranzistoroveacuteho zesilovače Pomůcky LabQuest dva voltmetry VP-BTA zapojeniacute tranzistoru jako spiacutenače a zesilovače (podle scheacutema) generaacutetor signaacutelu (může byacutet použit i druhyacute LabQuest se zesilovačem) baterie 45 V
54
Scheacutema
a) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquospiacutenačeldquo
b) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquozesilovačeldquo
55
Postup 1 Voltmetry zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquospiacutenačldquo podle scheacutema a) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1) a
UCE (U2) 3 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme trojuacutehelniacutekovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 5 V
4 Voltmetr U1 připojiacuteme mezi baacutezi a emitor (UBE) Voltmetr U2 připojiacuteme mezi kolektor a
emitor (UCE) 5 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 3 s Frekvence
10 000 čteniacutes 6 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
Tranzistor jako bdquospiacutenačldquo
7 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 8 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquozesilovačldquo podle scheacutema b) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1)
a UCE (U2) Potenciometrem P nastaviacuteme bdquopracovniacute bod tranzistoruldquo ndash UCE bude miacutet přibližně polovičniacute hodnotu napaacutejeciacuteho napětiacute (jestliže napětiacute zdroje je UB= 45 V rarr UCE= 225 V)
9 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme sinusovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 015 V 10 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 01 s Frekvence 10 000 čteniacutes
56
Tranzistor jako bdquozesilovačldquo
11 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 12 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 13 Určiacuteme jakyacute je poměr UCEUBE 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Při jakeacutem napětiacute UBE tranzistor bdquosepneldquo Jak dlouho probiacutehaacute bdquosepnutiacuteldquo (tranzistor jako
spiacutenač) 2 Zkus měnit kmitočet vstupniacuteho napětiacute zesilovače 3 Zkus měnit nastaveniacute pracovniacuteho bodu Jakyacute to maacute vliv na vyacutestupniacute signaacutel 4 Zkus měnit velikost střiacutedaveacuteho vstupniacuteho napětiacute Jakyacute to maacute vliv na tvar vyacutestupniacuteho
napětiacute 5 Urči zesilovaciacute činitel 6 Je vyacutestupniacute signaacutel bdquozkreslenyacuteldquo Co je přiacutečinou
57
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
58
59
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač
2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač
60
b) Tranzistor jako zesilovač
3 Zaacutevěr a)Tranzistor jako spiacutenač ndash z měřeniacute je patrneacute že se tranzistor otevře při překročeniacute napětiacute asi 07 V mezi baacuteziacute a editorem b)Tranzistor jako zesilovač ndash změřeniacute je patrneacute že tranzistor zesiluje napětiacute přibližně 23times Z měřeniacute je daacutele patrneacute že dochaacuteziacute ke zkresleniacute vstupniacuteho signaacutelu
61
Elektrickyacute proud v kapalinaacutech 79 ELEKTROLYacuteZA
Fyzikaacutelniacute princip Elektrolyacutezou nazyacutevaacuteme laacutetkoveacute změny vyvolaneacute při průchodu proudu elektrolytem na elektrodaacutech Faradayův zaacutekon Hmotnost m vyloučeneacute laacutetky je přiacutemo uacuteměrnaacute naacuteboji Q kteryacute prošel elektrolytem M = AQ = AmiddotImiddott Konstanta uacuteměrnosti A kteraacute je pro danou laacutetku charakteristickaacute se nazyacutevaacute elektrochemickyacute ekvivalent laacutetky Ciacutel Určit elektrochemickyacute ekvivalent mědi v roztoku siacuteranu měďnateacuteho CuSO4 Pomůcky LabQuest ampeacutermetr HCS-BTA žaacuterovka 24 V40 W naacutedoba s roztokem Cu2SO4 zdroj stejnosměrneacuteho napětiacute 24 V digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001
Scheacutema
62
Postup 1 Sestaviacuteme měřeniacute podle scheacutema Katodu připevniacuteme na stativ kteryacute stojiacute na digitaacutelniacutech
vahaacutech 2 Ampeacutermetr HCS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 LabQuestu a ten připojiacuteme přes
USB k PC 3 Digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001 připojiacuteme přes USB k PC 4 Zapneme LabQuest 5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 1 vzoreksekundu 6 Zapneme zdroj proudu 7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a nechaacuteme určitou dobu probiacutehat
měřeniacute
8 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 9 V grafu I = f (t) určiacuteme velikost naacuteboje Q kteryacute prošel obvodem pomociacute volby v menu
Analyacuteza - Integraacutel 10 Vypočiacutetaacuteme elektrochemickyacute ekvivalent mědi A (při elektrolyacuteze roztoku Cu2SO4)
zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pomociacute elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi spočiacutetejte Avogadrovu a Faradayovu
konstantu 2 Naměřeneacute hodnoty porovnejte s tabulkovyacutemi hodnotami 3 Zkus zopakovat měřeniacute s jinyacutem elektrolytem 4 Co může byacutet přiacutečinou naacuterůstu elektrickeacuteho proudu v průběhu měřeniacute (viz vyacuteše)
63
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu
3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
64
65
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu 0000002480
1210103 4
3 Zaacutevěr Elektrochemickyacute ekvivalent mědi měřeniacutem a vyacutepočtem vychaacuteziacute 0000000248 kgmiddotC-1 Tabulkovaacute hodnota elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi je A = 03310-6 kgC-1 Chyba měřeniacute je způsobenaacute nepřesnostiacute měřeniacute
66
67
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
710 MAGNETICKEacute POLE CIacuteVKY
Fyzikaacutelniacute princip
Magnetickaacute indukce uvnitř velmi dlouheacute ciacutevky maacute velikost l
INB kde I je velikost
proudu N je celkovyacute počet zaacutevitů a l je deacutelka ciacutevky
Ciacutel Ověřit zaacutevislost magnetickeacute indukce na velikosti proudu prochaacutezejiacuteciacuteho ciacutevkou Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω ampeacutermetr DCP-BTA teslametr MG-BTA ciacutevka 166 a 332 zaacutevitů regulovatelnyacute zdroj proudu a napětiacute BK 127
Scheacutema
68
Postup 1 Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme teslametr MG-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud
Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Magnetickou indukci a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 mT V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Regulovatelnyacutem zdrojem zvyšujeme napětiacute Kontrolujeme proud ndash max 06 A
Teslametrem měřiacuteme magnetickou indukci uvnitř ciacutevky
6 Vysloviacuteme zaacutevěr - jak zaacutevisiacute magnetickaacute indukce B na velikosti elektrickeacute proudu I
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Ze znalosti počtu zaacutevitů deacutelky ciacutevky a proudu spočiacutetej magnetickou indukci 2 Změň ciacutevku a opakuj měřeniacute 3 Změř jak se měniacute magnetickaacute indukce po podeacutelneacute ose ciacutevky při daneacute hodnotě proudu
69
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = helliphellip A N= 332 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
b) I = helliphellip A N= 166 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
70
3 Zaacutevěr
Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = helliphelliphelliphellip mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je měřeniacutem B = helliphelliphelliphellip mT Tyto hodnoty helliphelliphelliphelliphellip s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Jejich rovnice jsou B = helliphelliphelliphellipmiddotI a B = helliphelliphellipmiddotI
71
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = 05807 A N = 332 z l = 15 cm
mTl
INB 615115058070133104 7
b) I = 061 A N = 166 z l = 15 cm mT
lINB 8480
150610166104 7
72
3 Zaacutevěr Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = 1734 mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je B= 0835 mT Tyto hodnoty souhlasiacute s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je přiacutemaacute uacuteměrnost Jejich rovnice jsou B = 2906middotI a B = 1445middotI
73
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
711 MAGNETICKEacute POLE ZEMĚ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Stejně i Země maacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Zemskeacute magnetickeacute pole v ČR maacute magnetickou indukci 0048 mT Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole Země Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA stojan laboratorniacute uacutehloměr
74
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 03 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve vodorovneacute rovině
otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum (N a S magnetickyacute poacutel) Z maximaacutelniacutech hodnot odečteme vodorovnou amplitudu magnetickeacute indukce B Země
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve svisleacute rovině (N-S směr) otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum Maximaacutelniacute hodnota je hodnotou magnetickeacute indukce B Země
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči sklon indukčniacute čaacutery magnetickeacuteho pole u naacutes v ČR vzhledem k povrchu země 2 Teslametr upevniacuteme do stojanu Pod teslametr položiacuteme uacutehloměr
75
3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev Uacutehel Jednotky deg
4 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Podle kompasu nastaviacuteme teslametr na sever 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 7 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0deg a stiskneme OK 8 Teslametr otočiacuteme o 10deg 9 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 10 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 10deg a stiskneme OK 11 Opakujeme body 8 9 a 10 pro 20deg 30deg 40deg hellip 360deg 12 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 13 Měřeniacute zopakujeme v horizontaacutelniacute rovině v bdquoN ndash Sldquo směru 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
76
77
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
78
79
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(t)
2 Zaacutevěr Velikost vektoru magnetickeacute indukce vychaacuteziacute přibližně B = 005 mT Tento vektor maacute vzhledem k vodorovneacutemu směru uacutehel sklonu 60deg
80
81
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
712 MAGNETICKEacute POLE MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT stojan laboratorniacute permanentniacute magnet
82
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně
přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k severniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně pohybujeme (asi 5 sekund) teslametrem kolmo k podeacutelneacute ose magnetu k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund) Uložiacuteme měřeniacute
83
6 Otevřeme novyacute soubor a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf
7 Zopakujeme měřeniacute pro magnet tvaru podkovy s teslametrem plusmn 140 mT
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev deacutelka
Jednotky cm 2 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Teslametr upevniacuteme do stojanu a postaviacuteme na okraj
magnetickeacuteho pole magnetu tvaru podkovy 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 5 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK 6 Teslametr posuneme o 1 cm 7 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 8 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 1 cm a stiskneme OK 9 Opakujeme body 7 8 a 9 pro 2cm 3 cm 4 cm hellip20 cm 10 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 11 Měřeniacute zopakujeme ve vertikaacutelniacute rovině magnetu (bdquoN ndash Sldquo) 12 Vysloviacuteme zaacutevěr
84
85
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
713 VLASTNOSTI FEROMAGNETICKYacuteCH
LAacuteTEK Fyzikaacutelniacute princip Budeme-li postupně zvětšovat proud I v ciacutevce s jaacutedrem z feromagnetickeacute laacutetky bude se postupně i magnetickaacute indukce B v jaacutedře zvětšovat
Relativniacute permeabilita μr feromagnetickyacutech laacutetek neniacute konstantniacute proto zaacutevislost B = f(I) neniacute lineaacuterniacute Grafem teacuteto zaacutevislosti je křivka ndash hystereacutezniacute smyčka
Hystereacutezniacute smyčka je důležitou charakteristikou feromagnetickyacutech laacutetek Podle tvaru křivky děliacuteme laacutetky na a) magneticky tvrdeacute - majiacute širokou hystereacutezniacute smyčku velkou hodnotu Br a jsou viacutece
odolnějšiacute vůči zmagnetovaacuteniacute (ocel s velkyacutem obsahem uhliacuteku hellip) Po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole zůstaacutevajiacute nadaacutele zmagnetovaacuteny a chovajiacute se jako permanentniacute magnet Jejich magnetickeacute pole lze zrušit pomociacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole opačneacute polarity (např do ciacutevky s jaacutedrem zavedeme proud opačneacuteho směru)
b) magneticky měkkeacute - materiaacutely s uacutezkou hystereacutezniacute smyčkou ktereacute se dajiacute snadno zmagnetovat (magnetofonoveacute paacutesky diskety hellip) Majiacute malou hodnotu Br což znamenaacute že po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole jejich vlastniacute magnetickeacute pole zanikaacute
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole ciacutevky s jaacutedrem v zaacutevislosti na velikosti proudu I Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT ampeacutermetr HCS-BTA stojan laboratorniacute ciacutevka 400 z různaacute jaacutedra regulovatelnyacute zdroj KXN 305D
86
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr plusmn140 mT ke vstupu CH1 LabQuestu Ke vstupu CH2 zapojiacuteme
ampeacutermetr HCS-BTA Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a připojiacuteme ho k USB PC 3 V programu LoggerPro v menu Data ndash Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme Naacutezev
magnetickaacute indukce Značka B Jednotka mT Rovnice Potential57 4 Na ose y zvoliacuteme magnetickaacute indukce a na ose x elektrickyacute proud 5 V menu Experiment ndash Sběr dat hellip zvoliacuteme bdquoNepřerušenyacute sběr datldquo Vzorkovaciacute
frekvence 10 vzorkůsekundu 6 Uvnitř ciacutevky je jaacutedro s feromagneticky měkkeacute oceli Vynulujeme senzor proudu a napětiacute
(teslametr plusmn140 mT) Teslametr přiložiacuteme těsně k jaacutedru (viz scheacutema) 7 Na regulovatelneacutem zdroji napětiacute zvětšujeme pomalu napětiacute až dosaacutehneme proud ciacutevkou
5 A Potom zase zmenšujeme napětiacute (proud) na bdquonululdquo Přepoacutelujeme poacutely zdroje pomociacute banaacutenků nebo dvojpoacutelovyacutem přepiacutenačem
87
8 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat v programu LoggerPro a opakujeme činnost v bodě 7 dvakraacutet Tiacutem se vykresliacute celaacute hystereacutezniacute smyčka Zastaviacuteme sběr dat tlačiacutetkem Stop v programu LoggerPro Uložiacuteme měřeniacute
9 Zopakujeme měřeniacute pro různaacute jaacutedra
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme různaacute jaacutedra z feromagneticky tvrdeacute oceli ndash např šroubovaacutek
2 Z grafu můžeme určit hodnotu zbytkoveacute magnetickeacute indukce Br 3 Proč je pro jaacutedra transformaacutetorů vyacutehodnějšiacute použiacutet feromagneticky měkkou ocel
88
89
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole 714 HALLŮV JEV
Fyzikaacutelniacute princip Hallův jev vznikaacute při průchodu proudu I tenkou polovodičovou destičkou (InSb InAs s odporem 001 až 20 Ohmů a tloušťky cca 01 mm jednaacute se o kompromis mezi maximem citlivost a mechanickeacute pevnosti) obdeacutelniacutekoveacuteho tvaru Při vloženiacute destičky do magnetickeacuteho pole skrze ni prochaacuteziacute indukčniacute tok a přeskupuje naacuteboje v destičce na jednu stranu Tak na bočniacutech stěnaacutech destičky vznikaacute napětiacute (tzv Hallovo napětiacute) ktereacute se daacute vypočiacutetat pomociacute vzorce UH = kIB kde k je konstanta (zahrnuje typ materiaacutelu a tloušťku destičky) I je stejnosměrnyacute proud a B je magnetickaacute indukce způsobenaacute magnetickyacutem polem
Ciacutel Pomociacute teslametru změřit jak zaacutevisiacute napětiacute UH na Hallově sondě na magnetickeacute indukci B magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA teslametr MG-BTA teslametr bdquoza paacuter korunldquo (viz doprovodnyacute text) permanentniacute magnet
90
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 a teslametr MG-BTA ke vstupu CH2
LabQuestu Na teslametru MG-BTA nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Voltmetr VP-BTA připojiacuteme k teslametru bdquoza paacuter korunldquo - je na něm zapojena Hallova sonda na napětiacute 3 V a protilehleacute vyacutevody z Hallovy sondy jsou vyvedeny pomociacute dvou vodičů Na nich budeme měřit UH pomociacute voltmetru VP-BTA LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 2 vzorkysekundu 4 Zapneme zdroj proudu na teslametru bdquoza paacuter korunldquo Vynulujeme oba senzory
Permanentniacute magnet přibliacutežiacuteme k teslametru MG-BTA a teslametru bdquoza paacuter korunldquo na vzdaacutelenost asi 2cm Digitaacutelniacute displej teslametru ukazuje hodnotu 5 mT (viz scheacutema)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem vzdalujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 1)
6 Pak otočiacuteme magnet o 180deg a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem přibližujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 2)
91
7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 8 Opakujeme měřeniacute pro různeacute Hallovy sondy
9 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash jakaacute je zaacutevislost UH na B jakaacute je citlivost
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kde se Hallova sonda použiacutevaacute 2 Jakyacute je rozsah teslametru MG-BTA a jakyacute teslametru bdquoza paacuter korunldquo 3 Zkus změřit magnetickou indukci magnetu bdquoparalelněldquo oběma teslametry U teslametru
bdquoza paacuter korunldquo vlož lineaacuterniacute funkci kteraacute přepočiacutetaacute UH na B
92
93
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
94
95
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr Z grafů je zřejmeacute že se jednaacute o přiacutemou uacuteměrnost Pro prvniacute (modryacute graf) Hallův senzor je rovnice přiacutemeacute uacuteměrnosti B=f(UH) = 333UH mT A pro druhyacute (červenyacute graf) Hallův senzor je rovnice B=f(UH) = 83UH mT
96
97
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
715 MAGNETICKYacute ZAacuteZNAM SIGNAacuteLŮ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickyacute zaacuteznam signaacutelů kteryacutem je uchovaacutevaacutena zvukovaacute či obrazovaacute informace nebo takeacute digitaacutelniacute informace zpracovanaacute počiacutetačem Magnetickyacute zaacuteznam je založen na trvaleacutem zmagnetovaacuteniacute vrstvy feromagnetika (např oxidu železa) naneseneacuteho na nosiči z plastickeacuteho materiaacutelu
Magnetickyacute zaacuteznam se uskutečňuje pomociacute zvlaacuteštniacuteho elektromagnetu ndash zaacuteznamoveacute hlavy
Ciacutel Proveacutest mazaacuteniacute magnetickyacute zaacuteznam sniacutemaacuteniacute a opětneacute mazaacuteniacute na nosič Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA permanentniacute magnet na mazaacuteniacute permanentniacute magnet na zaacuteznam svinovaciacute metr jako nosič zaznamenaneacuteho signaacutelu
98
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru MG-BTA
nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Deacutelka 10 s
Vzorkovaciacute frekvence 20 vzorkůsekunda 4 Nejdřiacuteve provedeme mazaacuteniacute na nosiči (svinovaciacute metr)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu (10 s) rovnoměrnyacutem
pohybem pomociacute teslametru provedeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů na nosiči
6 Provedeme zaacuteznam signaacutelů na nosiči (např čtyřikraacutet)
7 Zopakujeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů (jako v bodě 5) 8 Zopakujeme mazaacuteniacute a sniacutemaniacute (jako v bodě 4 a 5)
99
9 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej zaacuteznam různyacutem (S N) poacutelem permanentniacuteho magnetu Jak se změniacute průběh
signaacutelu 2 Vyzkoušej mazaacuteniacute a zaacuteznam na skutečnyacute nosič ndash paacutesek od videokazety 3 Vyzkoušej zaacuteznam na disketu
100
101
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
716 ELEKTROMAGNETICKAacute INDUKCE
Fyzikaacutelniacute princip Elektromagnetickaacute indukce je jev při ktereacutem vznikaacute elektrickeacute napětiacute ve vodiči změnou magnetickeacuteho pole v okoliacute vodiče (ciacutevky) Indukovaneacute napětiacute zaacutevisiacute na velikosti změny magnetickeacuteho pole i na rychlosti jeho změny
tU i
Indukovaneacute napětiacute maacute takovou polaritu že indukovanyacute proud vytvaacuteřiacute magnetickeacute pole s opačnyacutem směrem indukčniacutech čar než maacute magnetickeacute pole ktereacute indukci vyvolalo (Lenzův zaacutekon)
Ciacutel Změřit indukovaneacute napětiacute Ověřit na čem zaacutevisiacute Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA ciacutevka s jaacutedrem permanentniacute magnet
102
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu Roztočiacuteme permanentniacute magnet v těsneacutem okoliacute ciacutevky (jaacutedra)
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Opakujeme měřeniacute s rychlejšiacutem (pomalejšiacutem) otaacutečeniacutem magnetu 5 Vyměniacuteme magnet za bdquosilnějšiacuteldquo 6 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash na čem zaacutevisiacute indukovaneacute napětiacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkus ciacutevku s jinyacutem počtem zaacutevitů 2 Zkus pohybovat membraacutenou reproduktoru a měřit indukovaneacute napětiacute 3 Zkus napjatou strunu umiacutestit do magnetickeacuteho pole a na niacute měřit velikost indukovaneacuteho
napětiacute
103
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
717 DEMONSTRACE VOLNEacuteHO PAacuteDU MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Volnyacute paacuted je rovnoměrně zrychlenyacute pohyb volně padajiacuteciacuteho tělesa v bliacutezkosti země K měřeniacute pohybu volneacuteho paacutedu tělesa (magnetu) použijeme trubici z nevodiveacuteho materiaacutelu Na trubici jsou v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech navinuty ciacutevky ktereacute jsou navzaacutejem spojeneacute do seacuterie Spojeniacute ciacutevek připojiacuteme k voltmetru a zobraziacuteme časovyacute zaacuteznam napětiacute na jednotlivyacutech ciacutevkaacutech při pohybu magnetu trubiciacute vnitřkem jednotlivyacutech ciacutevek
Ciacutel Změřit časovyacute průběh indukovaneacuteho napětiacute při pohybu (volneacutem paacutedu) magnetu vnitřkem ciacutevek Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA neodymovyacute magnet (vaacuteleček) 2 m dlouhaacute PPR trubka 25x35 PN16 na ktereacute jsou navinuty ciacutevky (10 z) v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech
104
Scheacutema
105
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Sestaviacuteme obvod podle
scheacutema Voltmetr připojiacuteme ke koncům seacuterioveacuteho spojeniacute ciacutevek LabQuest připojiacuteme k PC přes USB
2 Zapneme LabQuest V programu Logger Pro v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 06 s Frekvence 1 000 vzorkůs Daacutele Trigger je rostouciacute přes 001 V
3 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat (měřeniacute) v programu Logger Pro Neodymovyacute magnet vložiacuteme do uacutestiacute PPR trubky a pustiacuteme
4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme časoveacute intervaly mezi jednotlivyacutemi průchody
magnetu Daacutele vypočiacutetaacuteme rychlosti v jednotlivyacutech intervalech Určiacuteme zrychleniacute mezi jednotlivyacutemi intervaly Přiacuteklad vyacutepočtu pro vyacuteše uvedeneacute měřeniacute
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyložte průběh zaacuteznamu z hlediska velikosti a polarity jednotlivyacutech napětiacute a jejich
umiacutestěniacute na ose času 2 Zopakuj měřeniacute s padajiacuteciacutem magnetem s opačnou orientaciacute poacutelů magnetu 3 Jak se změniacute časovyacute průběh při použitiacute delšiacuteho magnetu (viacutece vaacutelečků) 4 Zopakuj měřeniacute s tiacutem že konec trubky ucpeš gumovou zaacutetkou 5 Připoj k vyacutestupu signaacutelu z ciacutevek zesilovač a reproduktor a poslechem sleduj volnyacute paacuted
magnetu
106
107
Střiacutedavyacute proud 718 PŘECHODNYacute DĚJ Fyzikaacutelniacute princip Přechodnyacutem dějem v obvodu s kondenzaacutetorem nebo s ciacutevkou nazyacutevaacuteme skokovou změnu napětiacute a proudu na kondenzaacutetoru a ciacutevce Tuto změnu vyvolaacuteme sepnutiacutem nebo vypnutiacutem spiacutenače (přepiacutenače) Ciacutel Určit jak se měniacute napětiacute a proud v obvodu s kondenzaacutetorem a s ciacutevkou při přechodneacutem ději Pomůcky LabQuest ciacutevka 1 200 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr VP-BTA voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
a) b)
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr
DCP-BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema a)
108
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Zapojiacuteme obvod podle scheacutema b) 6 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 1 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 A Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a hned ho přepneme zpět
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zamysli se co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru (ciacutevky) ke zdroji
napětiacute a co se děje při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute k rezistoru Kde se to daacute využiacutet 2 Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Zkus to
vymyslet a potom ověř měřeniacutem
109
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
2 Doplňkoveacute otaacutezky a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k
rezistoru c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute
110
d) 4) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru
e) 5) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů f) 6) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
111
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 27 degC
Tlak 1008 hPa
Vlhkost 53
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
112
3 Doplňkoveacute otaacutezky
a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute dochaacuteziacute k jeho nabiacutejeniacute Na kondenzaacutetoru se akumuluje elektrickyacute naacuteboj (zvětšuje se jeho elektrickaacute energie) V okamžiku zapojeniacute bude obvodem prochaacutezet největšiacute elektrickyacute proud Nenabityacute kondenzaacutetor se zpočaacutetku chovaacute jako zkrat Čiacutem viacutece se však bude kondenzaacutetor nabiacutejet (bude v něm vzrůstat nahromaděnyacute naacuteboj) a poroste jeho napětiacute tiacutem menšiacute proud bude prochaacutezet obvodem
b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k rezistoru Po odpojeniacute obvodu od zdroje napětiacute se začiacutenaacute kondenzaacutetor vybiacutejet (chovaacute se jako zdroj) Elektrickaacute energie kterou kondenzaacutetor vybije se v rezistoru přeměniacute na teplo Teoreticky se kondenzaacutetor vybiacutejiacute nekonečně dlouhou dobu V okamžiku odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje napětiacute prochaacuteziacute obvodem velkyacute proud opačnyacutem směrem než při zapojeniacute ke zdroji napětiacute Napětiacute i proud postupně klesajiacute
c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute ciacutevky ke zdroji stejnosměrneacuteho napětiacute začne obvodem prochaacutezet proud kteryacute na ciacutevce způsobiacute indukovaacuteniacute napětiacute jež je uacuteměrneacute časoveacute změně magnetickeacuteho indukčniacuteho toku a s polaritou působiacuteciacute proti napětiacute zdroje Proud v obvodu se proto zvětšuje na svou maximaacutelniacute hodnotu jen postupně neboť čaacutest energie dodaacutevaneacute ze zdroje do obvodu se spotřebovaacutevaacute na vytvaacuteřeniacute magnetickeacuteho pole ciacutevky (indukovaneacute napětiacute na ciacutevce postupně klesaacute) Proud se ustaacuteliacute teprve v okamžiku kdy se časovaacute změna magnetickeacuteho indukčniacuteho toku bude rovna nule (to platiacute i pro indukovaneacute napětiacute na ciacutevce)
d) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru Po odpojeniacute ciacutevky od zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute se začne v ciacutevce indukovat napětiacute opačneacute polarity (může dosaacutehnout vyššiacutech hodnot než je napětiacute zdroje) než v předešleacute faacutezi ktereacute způsobiacute zpomaleniacute zaacuteniku magnetickeacuteho pole Směr toku proudu zůstaacutevaacute nezměněn Energie magnetickeacuteho pole ciacutevky se přeměniacute na rezistoru na teplo Proud i napětiacute tedy rychle ale postupně klesajiacute k nuloveacute hodnotě
e) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Kondenzaacutetor Čiacutem menšiacute odpor maacute rezistor tiacutem rychleji se kondenzaacutetor nabije a tiacutem rychleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor rychle vybije a vzniklyacute proud v obvodu rychle klesaacute Čiacutem většiacute odpor maacute rezistor tiacutem pomaleji se rezistor nabije a tiacutem pomaleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor vybije pomaleji a vzniklyacute proud v obvodu pozvolna klesaacute Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud Ciacutevka Čiacutem menšiacute odpor majiacute rezistory tiacutem pozvolněji klesaacute indukovaneacute napětiacute vznikleacute na ciacutevce při zapojeniacute ke zdroji Toteacutež platiacute pro elektrickyacute proud kteryacute se v tomto přiacutepadě ustaacuteliacute za delšiacute časovyacute okamžik Jinak je tomu v přiacutepadě že rezistory majiacute většiacute odpor Indukovaneacute napětiacute klesaacute rychleji a proud se v obvodu ustaacuteliacute na konstantniacute hodnotě za velmi kraacutetkou dobu Při odpojeniacute od zdroje klesajiacute proud a napětiacute v obou přiacutepadech přibližně stejně Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud
113
Kondenzaacutetor + rezistor 50 Ω + rezistor 200 ΩCiacutevka + rezistory 50 Ω + rezistory 200 Ω
114
f) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
Řada přechodnyacutech jevů je nežaacutedouciacute protože způsobiacute např kraacutetkodobeacute přetiacuteženiacute obvodu a tiacutem zkracujiacute životnost zařiacutezeniacute (zapnutiacute studeneacute žaacuterovky ndash naacuterazovyacute proud je až desetkraacutet většiacute než ustaacutelenyacute proud) Některeacute přechodneacute děje jsou však žaacutedouciacute a některeacute obvody jsou přiacutemo na využitiacute přechodnyacutech dějů založeny (generaacutetory klopneacute obvody) V elektronice existujiacute přechodneacute děje založeneacute na RC RL a RLC obvodech vzhledem k co možnaacute nejmenšiacutem použiacutevaacuteniacute ciacutevek majiacute největšiacute vyacuteznam při nabiacutejeniacute a vybiacutejeniacute kondenzaacutetory Obecně jsou v elektronice nejrozšiacuteřenějšiacute tepelneacute přechodneacute jevy V silnoproudeacute elektronice se měřiacute oteplovaciacute křivky elektrickyacutech strojů v počiacutetačoveacute technice se měřiacute otepleniacute hlavniacuteho procesoru měřeniacute teploty harddisku atd
115
Střiacutedavyacute proud 719 STŘIacuteDAVYacute PROUD S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem maacute časovyacute diagram napětiacute stejnou faacutezi (faacutezovyacute rozdiacutel je nulovyacute) jako časovyacute diagram proudu
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
116
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Um f Im T a (faacutezovyacute rozdiacutel) Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a u
5 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zakreslete faacutezorovyacute diagram 2 Určete z grafů velikost odporu rezistoru
117
Střiacutedavyacute proud 720 VYacuteKON STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem je okamžitaacute hodnota vyacutekonu p = ui = Ri2 = RIm
2sin2t
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem a zobrazit časovyacute diagram vyacutekonu Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
118
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Zvoliacuteme zaacuteložku tabulka V menu Tabulka zvoliacuteme Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec Naacutezev ndash
Vyacutekon Jednotka ndash W Tvar vyacuterazu XY Sloupec pro X ndash proud Sloupec pro Y ndash napětiacute
5 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Pm f Im T Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a p
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jakyacute je poměr frekvence okamžiteacute hodnoty vyacutekonu a okamžiteacute hodnoty proudu 2 Určete z grafu okamžiteacute hodnoty vyacutekonu středniacute hodnotu vyacutekonu P
119
Střiacutedavyacute proud 721 STŘIacuteDAVYacute PROUD S INDUKČNOSTIacute
Fyzikaacutelniacute princip
Induktance je veličina I
UX L Induktance XL je přiacutemo uacuteměrnaacute indukčnosti ciacutevky L a
frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute induktance indukčnost ciacutevky Ověřit že induktance na indukčnosti a frekvenci zaacutevisiacute přiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω voltmetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z a voltmetrem (ry) 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute
(Zesilovač)
120
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a indukčnosti Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z Vypočiacutetaacuteme induktanci XL Z induktance a frekvence vypočiacutetaacuteme indukčnost L
5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XL = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Miacutesto ciacutevky zapoj tlumivku (2times47 mH) a proveď stejneacute měřeniacute V čem se lišiacute zaacutevislost
XL = f(f) Proč se lišiacute
2 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na indukčnosti pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu
3 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty induktance pro vyššiacute frekvence 4 Zkus změřit přechodnyacute děj na indukčnosti
121
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900
1000 průměr
122
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr
2 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
123
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25degC
Tlak 1004 hPa
Vlhkost 53
3 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
RUL hellipstejnosměrnyacute obvod
IUL 22
ciacutevkyRZ fX L
2
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00364 01620 44510 (Rciacutevky) 00000 00000
100 09600 00096 00460 47917 17744 00028 200 09440 00094 00600 63559 45372 00036 300 09410 00094 00800 85016 72433 00038 400 09380 00094 00990 105544 95699 00038 500 09360 00094 01210 129274 121369 00039 600 09340 00093 01430 153105 146492 00039 700 09300 00093 01640 176344 170634 00039 800 09260 00093 01860 200864 195870 00039 900 09230 00092 02090 226436 222018 00039
1000 09160 00092 02290 250000 246006 00039 průměr 00037
124
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00367 00673 18338 (Rciacutevky) 00000 00000
100 63300 00633 15760 248973 248297 00395 200 59700 00597 26440 442881 442501 00352 300 55100 00551 35240 639564 639301 00339 400 49400 00494 43500 880567 880376 00350 500 42700 00427 50400 1180328 1180185 00376 600 34760 00348 56300 1619678 1619574 00430 700 26080 00261 61300 2350460 2350389 00534 800 15650 00157 65000 4153355 4153314 00826 900 07050 00071 66600 9446809 9446791 01671
1000 04850 00049 66800 13773196 13773184 02192 průměr 00747
4 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
Graf pro školniacute ciacutevku 400 zaacutevitů Ciacutevka neobsahuje jaacutedro induktance je teacuteměř přesně lineaacuterniacute funkciacute frekvence střiacutedaveacuteho napětiacute Konstantou uacuteměry je vyacuteraz 2πL kde L je indukčnost ciacutevky Indukčnost je teacutež konstantniacute Graf pro tlumivku 47 mH Induktance neniacute lineaacuterniacute funkciacute frekvence Přiacutečinou je jaacutedro na němž je namotaacuten vodivyacute draacutet ciacutevky Z toho důvodu nelze indukčnost ciacutevky L považovat za konstantniacute hodnotu
125
Střiacutedavyacute proud 722 STŘIacuteDAVYacute PROUD S KAPACITOU
Fyzikaacutelniacute princip
Kapacitance je veličina I
UX C Kapacitance XC je nepřiacutemo uacuteměrnaacute kapacitě
kondenzaacutetoru C a frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute kapacitance kapacitu kondenzaacutetoru Ověřit že kapacitance na kapacitě a frekvenci zaacutevisiacute nepřiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) rezistor 100 Ω voltmetr (y)
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetrem (ry)
126
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a kondenzaacutetoru Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme kapacitanci XC Z kapacitance a frekvence vypočiacutetaacuteme kapacitu C 5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XC = f(f) 8 Porovnej hodnotu kapacity vypočiacutetanou a jmenovitou
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru
2 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty kapacitance pro vyššiacute frekvence 3 Zkus změřit přechodnyacute děj na kondenzaacutetoru
127
Střiacutedavyacute proud 723 SLOŽENYacute OBVOD STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU
Fyzikaacutelniacute princip
Impedance je veličina I
UZ Při seacuterioveacutem spojeniacute prochaacuteziacute rezistorem ciacutevkou a
kondenzaacutetorem složenyacutem obvodem RLC stejnyacute proud i Ciacutel Určit pomociacute vyacutesledneacuteho napětiacute a proudu impedanci Z Určit jak zaacutevisiacute impedance Z na frekvenci f Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) voltmetr - multimetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetry
128
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a celkoveacute napětiacute Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z 5 Změniacuteme kmitočet na 400 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 800 Hz 1 200 Hz 10 000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti Z = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jak se měniacute impedance Z v zaacutevislosti na kmitočtu Zkus vysvětlit proč tomu tak je
2 Sestroj graf Z = f(f) podle vzorce 2
2 1
CLRZ
kde f (0 Hz 10 kHz)
R = 100 Ω C = 47 μF a L = 41 mH Porovnej grafy (naměřenyacute a teoretickyacute)
0000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
3 Kde se využiacutevaacute teacuteto zaacutevislosti Vysvětli Jak se změniacute tyto zaacutevislosti změniacuteme-li hodnotu kapacity nebo indukčnosti
4 Zkus změřit podobnou zaacutevislost Z = f(f) pro paralelniacute obvod RLC Pozor Vzhledem k maleacutemu vnitřniacutemu odporu ciacutevky L při niacutezkyacutech kmitočtech je potřeba zařadit k obvodu RLC seacuteriově rezistor 100 Ω
5 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute na rezistoru ciacutevce a kondenzaacutetoru a hodnotu proudu na rezistoru pomociacute druheacuteho LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute jednotlivyacutech napětiacute vzhledem k proudu
129
Střiacutedavyacute proud 724 USMĚRŇOVAČ Fyzikaacutelniacute princip V usměrňovači střiacutedaveacuteho proudu se využiacutevaacute zaacutekladniacute vlastnosti polovodičoveacute diody bdquopropustit proud pouze jedniacutem směremldquo K usměrněniacute se využiacutevaacute jednocestnyacute usměrňovač nebo dvoucestnyacute usměrňovač (Graetzovo zapojeniacute) K vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho zapojeniacute se použiacutevaacute kondenzaacutetor a tlumivka Ciacutel Určit průběh stejnosměrneacuteho pulzujiacuteciacuteho napětiacute po usměrněniacute jednocestnyacutem a dvoucestnyacutem usměrňovačem Daacutele pak určit průběh po vyhlazeniacute Pomůcky LabQuest ciacutevka 400 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF diody voltmetr VP-BTA multimetr zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute - transformaacutetor
Scheacutema
130
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Ke zdroji střiacutedaveacuteho napětiacute
(transformaacutetor ndash napětiacute maximaacutelně 6 V) připojiacuteme rezistor a k němu voltmetr (podle scheacutema) Multimetrem změřiacuteme efektivniacute hodnotu střiacutedaveacuteho napětiacute
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 004 s Frekvence 10 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V
3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Z grafu určiacuteme maximaacutelniacute
hodnotu (amplitudu) periodu a vypočiacutetaacuteme frekvenci Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 5 Zapojiacuteme jednocestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 6 Zapojiacuteme dvoucestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 7 Zapojiacuteme kondenzaacutetor a tlumivku a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty
131
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měniacuteme různeacute hodnoty kondenzaacutetorů a tlumivek 2 Proč v zapojeniacutech s diodou (diodami) dochaacuteziacute k poklesu napětiacute a jakou maacute tento pokles
velikost Čemu tato velikost odpoviacutedaacute 3 Popiš vliv kondenzaacutetoru a tlumivky na vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute Proč
se zapojujiacute paralelně (do seacuterie)
132
133
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
134
2 Tabulka Umax= Uef=
3 Zaacutevěr
135
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
2 Tabulka Umax= 45 V Uef= 32 V 3 Zaacutevěr Různeacute změny hodnot kondenzaacutetorů a tlumivek majiacute vliv na menšiacute nebo většiacute vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute V zapojeniacutech s diodami dochaacuteziacute k poklesu napětiacute přibližně 05 V a to z důvodu uacutebytku napětiacute na diodě (dvou diodaacutech u dvoucestneacuteho zapojeniacute) Kondenzaacutetor se při maximaacutelniacute hodnotě napětiacute nabiacutejiacute a při poklesu napětiacute vybiacutejiacute a dodaacutevaacute el energii v tomto okamžiku Tlumivka zapojenaacute v seacuterii braacuteniacute rychlyacutem změnaacutem napětiacute
136
137
Střiacutedavyacute proud v energetice
725 TROJFAacuteZOVAacute SOUSTAVA
Fyzikaacutelniacute princip Třiacutefaacutezoveacute napětiacute vznikaacute otaacutečeniacutem magnetu v soustavě třiacute ciacutevek (alternaacutetor) Maacuteme tedy tři zdroje střiacutedaveacuteho napětiacute ndash faacuteze Třiacutefaacutezovyacute rozvod lze využiacutet k zapojeniacute do hvězdy (a)) nebo k zapojeniacute do trojuacutehelniacuteku (b)) Faacutezoveacute napětiacute (u1 u2 u3) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 230 V) mezi středniacutem vodičem (N) a faacutezovyacutem vodičem (L1 L2 L3) Sdruženeacute napětiacute (u12 u13 u23) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 400 V) mezi libovolnyacutemi dvěma faacutezovyacutemi vodiči
Ciacutel Změřit časovyacute průběh napětiacute třiacute faacuteziacute v zapojeniacute do hvězdy Ověřit že součet napětiacute v každeacutem čase je nulovyacute Ověřit že poměr sdruženeacuteho a faacutezoveacuteho napětiacute je 173 times většiacute Pomůcky LabQuest zdroj třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute 3 rezistory 100 Ω 3 voltmetry VP-BTA
Scheacutema
138
Postup 1 Připojiacuteme 3 voltmetry VP-BTA ke vstupům CH1 CH2 a CH3 LabQuestu Zapojiacuteme
obvod podle scheacutema Na zdroji třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute nastaviacuteme hodnotu faacutezoveacuteho napětiacute do 5 V
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme v každeacutem časoveacutem okamžiku okamžiteacute hodnoty
napětiacute u1 u2 a u3 a provaacutediacuteme jejich součet ndash ověřujeme že součet je nulovyacute 6 Střiacutedavyacutem voltmetrem změřiacuteme sdruženeacute a faacutezoveacute napětiacute (efektivniacute hodnoty)
a vypočiacutetaacuteme jejich poměr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z grafu ndash časoveacuteho průběhu napětiacute urči o jakou čaacutest periody jsou posunuta napětiacute 2 Z grafu urči jakaacute je frekvence a perioda střiacutedavyacutech napětiacute 3 Jakyacute je poměr efektivniacute a maximaacutelniacute hodnoty faacutezoveacuteho střiacutedaveacuteho napětiacute ktereacute jsi
naměřil 4 Z grafu urči amplitudu sdruženeacuteho napětiacute a amplitudu faacutezoveacuteho napětiacute Jakyacute je jejich
poměr
139
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) =
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o helliphelliphellip periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = helliphelliphellip Hz Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = helliphelliphellip s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
140
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) =
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = V Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = helliphelliphellip
141
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = 0 V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = 410 V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) = 3 173
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o třetinu periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = 50 Hz
142
Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = 002 s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) = 2 14
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = 591 V
Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = 3 174
143
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
726 ELEKTROMAGNETICKYacute OSCILAacuteTOR
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacutem elektromagnetickyacutem oscilaacutetorem je obvod tvořenyacute ciacutevkou a kondenzaacutetorem - obvod LC nebo oscilačniacute obvod Kondenzaacutetor spojiacuteme se zdrojem stejnosměrneacuteho napětiacute 45 V (plochaacute baterie viz scheacutema) Přepiacutenačem připojiacuteme nabityacute kondenzaacutetorem k ciacutevce V obvodu vznikne elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Energie elektrickeacuteho pole kondenzaacutetoru se měniacute na energii magnetickeacuteho pole ciacutevky a naopak V oscilačniacutem obvodu nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute
Ciacutel Změřit napětiacute a proud v oscilačniacutem obvodu Ověřit elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute oscilačniacuteho obvodu je tlumeneacute Pomůcky LabQuest voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA kondenzaacutetor 2 200 microF ciacutevka s jaacutedrem 1 200 z přepiacutenač
Scheacutema
Postup 1 Voltmetr a ampeacutermetr zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Obvod zapojiacuteme podle scheacutema Přepiacutenač je v poloze bdquo1ldquo (kondenzaacutetor se nabiacutejiacute) 3 Zapneme LabQuest a připojiacuteme jej přes USB k PC
144
4 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Trvaacuteniacute 2 s Vzorkovaciacute frekvence 200 vzorkůsekundu Trigger zatrhneme Spuštěniacute triggeru když napětiacute je rostouciacute přes 005 V
5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme tlačiacutetko Sběr dat 6 Přepneme přepiacutenač do polohy bdquo2ldquo
7 Z grafu odečteme periodu kmitaacuteniacute Určiacuteme kmitočet 8 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změřiacuteme indukčnost L (multimetrem) a vypočiacutetaacuteme periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute
Porovnaacuteme s naměřenou hodnotou 2 Změň parametry součaacutestek (indukčnost kapacita) a zopakuj měřeniacute
145
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
T = helliphelliphellip s f = helliphelliphellip Hz 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
146
147
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
Naměřeneacute T = 0614 s f = 162 Hz Vypočiacutetaneacute L = 154 H C = 22 mF T= )(2 CL = 0366 s
3 Zaacutevěr V elektromagnetickeacutem oscilaacutetoru se přeměňuje elektrickaacute energie na energii magnetickeacuteho pole a naopak Nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Je zde patrnaacute analogie mezi ději mechanickyacutemi (kmitaacuteniacute) a elektromagnetickyacutemi
148
149
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
727 VLASTNOSTI ELEKTROMAGNETICKEacuteHO
VLNĚNIacute Fyzikaacutelniacute princip Magnetickeacute pole můžeme znaacutezornit pomociacute indukčniacutech čar
Elektrickeacute pole popisujeme elektrickyacutemi siločarami
Elektrickeacute a magnetickeacute pole spolu často souvisejiacute Mluviacuteme pak o elektromagnetickeacutem poli Elektromagnetickeacute vlny jsou přiacutečneacute a šiacuteřiacute se i ve vakuu Šiacuteřiacute se rychlostiacute světla Elektromagnetickyacutemi vlnami se přenaacutešejiacute signaacutely rozhlasu televize mobilniacutech telefonů atd I světlo je elektromagnetickeacute vlněniacute (zaacuteřeniacute)
Mezi frekvenciacute f vlnovou deacutelkou λ a rychlostiacute šiacuteřeniacute elektromagnetickeacuteho vlněniacute c (světla)
platiacute vzoreccf
Ciacutel Změřit vlnovou deacutelku elektromagnetickeacuteho vlněniacute Prokaacutezat polarizaci elektromagnetickeacute vlny
150
Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA bezdraacutetovyacute zvonek ndash tlačiacutetko pracujiacuteciacute na frekvenci 43392 MHz přijiacutemač s půlvlnnyacutem dipoacutelem (viz přiacutespěvek od Oldřicha Lepila)
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Pohybujeme rovnoměrnyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 1) 5 Z poloh maxim a minim určiacuteme vlnovou deacutelku 6 Uložiacuteme měřeniacute 7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Pohybujeme rovnoměrnyacutem otaacutečivyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 2) 9 Stejnou vlastnost můžeme ukaacutezat tak že mezi vysiacutelač a přijiacutemač vložiacuteme mřiacutežku kterou
otaacutečiacuteme v rovině kolmeacute ke směru šiacuteřeniacute vlněniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash vlnovaacute deacutelka a polarizace elektromagnetickeacuteho vlněniacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej jak zaacutevisiacute velikost naměřeneacuteho napětiacute na vzdaacutelenosti vysiacutelače od přijiacutemače 2 Pomociacute mřiacutežky nebo plechu vyzkoušej odraz vlněniacute (a interferenci)
14
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V těsně před přepnutiacutem přepiacutenače 6 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q =C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
7 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 2 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 1 000 Ω)
15
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty
a) U = Q =
b) UQC
3 Zaacutevěr
16
17
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25 degC
Tlak 998 hPa
Vlhkost 53
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty U = 481 V Q = 0010036 C
UQC F002150
814010360
3 Zaacutevěr
Jmenovitaacute hodnota kapacity kondenzaacutetoru je 2 200microF Změřenaacute a vypočiacutetanaacute je 2 150 microF
18
19
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole 73 VYBIacuteJENIacute KONDENZAacuteTORŮ
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q = f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Změřit vybiacutejeciacute křivku kondenzaacutetoru Určit kapacitu kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 1 kΩ 2 ks kondenzaacutetory 2 200 μF voltmetr VP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry DVP-BTA ke vstupu CH1 a CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod
podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 30 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 1 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
20
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač podle scheacutema a po sekundě (odhadneme) přepneme přepiacutenač opačně
5 Měřeniacute uložiacuteme Opakujeme pro dva kondenzaacutetory zapojeneacute paralelně a do seacuterie 6 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V (začaacutetek měřeniacute) 7 Vytvořiacuteme novou vypočiacutetaacutevanou veličinu I = UR (R = 1 000 Ω) 8 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q = C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
9 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči rovnici funkce U = f (t) přiacutepadně I = f (t) 2 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 3 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 10 kΩ)
21
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
CeAU tB = helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
22
23
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
598100324 23750 ttB eCeAU (červenyacute graf) 3 Zaacutevěr
Napětiacute na kondenzaacutetoru při vybiacutejeniacute klesaacute podle exponenciaacutelniacute funkce
24
25
Elektrickyacute proud v kovech 74 OHMŮV ZAacuteKON
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon Pokud maacute kovovyacute vodič staacutelou teplotu je proud prochaacutezejiacuteciacute vodičem přiacutemo uacuteměrnyacute napětiacute mezi konci vodiče (r 1826 GSOhm) Grafem přiacutemeacute uacuteměrnostiacute je přiacutemka prochaacutezejiacuteciacute počaacutetkem Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky a rezistory 12 Ω 33 Ω a 100 Ω Pomůcky LabQuest rezistor 33 Ω a 100 Ω žaacuterovka 6 V03 A voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 60 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme napětiacute
Vlevo 0 Vpravo 6 V Na ose y zvoliacuteme Elektrickyacute proud a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 06 A V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
26
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Reostatem pomalu zvyšujeme napětiacute a proud Hodnota napětiacute nesmiacute překročit 5 V a
proudu 06 A Zobrazuje se tzv voltampeacuterovaacute charakteristika Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro rezistor 33 Ω a pro žaacuterovku
7 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Platiacute Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky 2 Porovnej voltampeacuteroveacute charakteristiky rezistorů s různyacutemi hodnotami odporů 3 Zkus vymyslet jak ověřiacuteš že Ohmův zaacutekon platiacute i pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky
27
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
a) pro žaacuterovku
b) pro vodič
28
2 Zaacutevěr
29
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
pro žaacuterovku a pro vodič (rezistor)
2 Zaacutevěr Pro žaacuterovku nevychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) protože se teplota wolframoveacuteho vlaacutekna měniacute a tiacutem i jeho odpor Pro rezistory (vodič) vychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) Sklon polopřiacutemky zaacutevisiacute na odporu vodiče ndash čiacutem je odpor většiacute tiacutem je sklon menšiacute
30
31
Elektrickyacute proud v kovech
75 OHMŮV ZAacuteKON PRO UZAVŘENYacute OBVOD
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Proud v uzavřeneacutem obvodu je roven podiacutelu elektromotorickeacuteho napětiacute Ue zdroje a celkoveacuteho odporu R + Ri kde Ri je vnitřniacute odpor zdroje
i
e
RRUI
Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat 100 Ω a 10 kΩ
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema
32
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Elektrickeacute napětiacute a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 V V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat - Ampeacutermetr Reostat 100 Ω a 10 kΩ nastaviacuteme na max hodnoty odporu
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Sepneme spiacutenač 5 Reostatem 10 kΩ pomalu (10 s) zvětšujeme proud (hodnota odporu na min) Jakmile
reostat 10 kΩ vytočiacuteme do krajniacute polohy (min) pokračujeme stejně reostatem 100 Ω do krajniacute polohy (min) Hodnota proudu nesmiacute překročit 06 A což při napětiacute 45 V zajistiacute rezistor 10 Ω Zobrazuje se tzv zatěžovaciacute charakteristika zdroje Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro různě stareacute plocheacute baterie
7 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku Napětiacute
Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute Určiacuteme koeficienty lineaacuterniacute funkce Opakujeme pro všechny grafy
8 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona pro uzavřenyacute obvod)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z koeficientů lineaacuterniacutech funkciacute určete napětiacute napraacutezdno U0 a zkratovyacute proud Ik Daacutele
určete vnitřniacute odpor Ri plocheacute baterie noveacute a stareacute 2 Vnitřniacute odpor plocheacute baterie se staacuteřiacutem zvětšuje Jak se to projevuje na zatěžovaciacute
charakteristice
33
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
1 Vyacutepočet a) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip
b) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip 2 Zaacutevěr
34
35
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
2 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
3 Vyacutepočet a) U = f(I)= -09126I+4925 U0=4925 V Ik=54 A Ri=09126 b) U = f(I)= -5011I+445 U0=445 V Ik=089 A Ri=5011 c) U = f(I)= -RiI+U0= -4244I+4132 U0=4132V Ik=097 A Ri=4244 4 Zaacutevěr Novaacute plochaacute baterie maacute většiacute svorkoveacute napětiacute na praacutezdno U0 většiacute zkratovyacute proud Ik a menšiacute vnitřniacute odpor Ri U staršiacute (reacute) plocheacute baterie je to naopak
36
37
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 76 TERMISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Termistor je polovodičovaacute součaacutestka jejiacutež odpor zaacutevisiacute na teplotě
Z teorie vyplyacutevaacute že zaacutevislost odporu termistoru na teplotě je daacutena vztahem
16273 tT eAeAR
(1) T hellip termodynamickaacute teplota R hellip odpor termistoru při daneacute teplotě T A hellip lineaacuterniacute koeficient β hellip index citlivosti materiaacutelu termistoru Pokud bychom chtěli využiacutevat termistor jako teploměr budeme potřebovat znaacutet inverzniacute funkci (2) tedy funkci vyjadřujiacuteciacute zaacutevislost teploty na odporu Tuto funkci ziacuteskaacuteme z rovnice (1) aplikovaacuteniacutem přirozeneacuteho logaritmu naacuteslednou uacutepravou a převedeniacutem do Celsiovy stupnice
15273ln
15273lnln
ARAR
t (2)
t hellip teplota ve degC R hellip odpor termistoru v Ω Ciacutel Změř zaacutevislost odporu termistoru na teplotě Z grafu urči konstanty A a β
38
Pomůcky LabQuest ohmmetr (musiacute byacutet nainstalovaacuten) teploměr TMP-BTA rychlovarnaacute konvice s horkou vodou termistory se jmenovitou hodnotou odporu 47 kΩ 10 kΩ 15 kΩ počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 V konvici si ohřejeme vodu 2 Teploměr TMP-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 2 a ohmmetr do konektoru CH 1
LabQuestu 3 K ohmmetru připojiacuteme termistor (10 kΩ) kteryacute zastrčiacuteme společně s teploměrem do
kaacutedinky 4 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 5 Zapneme LabQuest 6 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko
zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance) 7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s
Frekvence 1 čteniacutes 8 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a
na osu x Teplotu
39
9 Nalejeme horkou vodu z konvice do kaacutedinky s teploměrem a termistorem a zapneme Sběr dat v programu LoggerPro
10 Voda postupně chladne a počiacutetač vykresluje graf zaacutevislosti R = f(t) Ochlazovaacuteniacute můžeme pomalu urychlovat opatrnyacutem přileacutevaacuteniacutem studeneacute vody a současnyacutem miacutechaacuteniacutem Pro hlubšiacute ochlazeniacute můžeme použiacutet kousek ledu
11 Po skončeniacute měřeniacute (300 s) uložiacuteme toto měřeniacute do paměti ndash menu Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute a můžeme opakovat měřeniacute pro dalšiacute termistor Nebo při měřeniacute použiacutet současně dva ohmmetry (CH 2 a CH 3) a dva termistory
12 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash sestrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a β
2 V programu Logger Pro můžeme v menu Analyacuteza ndash Curve Fit zkusit proložit funkci kterou si vybereme ze seznamu A určiacuteme koeficienty A a β Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že zvolenaacute funkce bdquofungujeldquo
3 Zdůvodněte proč odpor termistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
40
41
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
3 Jakaacute je to funkce
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R )
Termistor
Termistor
Termistor
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
42
43
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
Termistory 15k 10k a 4k7 dosahujiacute jmenoviteacute hodnoty přibližně při 25 degC Termistory s většiacutem jmenovityacutem odporem majiacute při stejně velkeacute změně teploty většiacute změnu odporu Index citlivosti materiaacutelu je přibližně stejnyacute
3 Jakaacute je to funkce
Exponenciaacutelniacute klesajiacuteciacute 16273 tT eAeAR
44
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R ) Termistor 15000Ω 3285 02388 15273
3285
23880 teR 15273
23880lnln3285
R
t
Termistor 10000Ω 3592 005836 15273
3592
058360 teR 15273
058360lnln3592
R
t
Termistor 4700 Ω 3545 003204 15273
3545
032040 teR 15273
032040lnln3545
R
t
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
S rostouciacute teplotou se rychle zvětšuje hustota volnyacutech bdquovytřesenyacutechldquo elektronů z vazeb a tiacutem rezistivita rychle klesaacute
45
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 77 FOTOREZISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Fotorezistor (dřiacuteve označovaacuten jako fotoodpor) je pasivniacute elektrotechnickaacute součaacutestka bez PN přechodu jejiacutež elektrickyacute odpor R se snižuje se zvyšujiacuteciacutem se osvětleniacutem E resp elektrickaacute vodivost G se zvyšuje
Princip fotorezistoru je založen na vnitřniacutem fotoelektrickeacutem jevu světlo (foton) naraziacute do elektronu ve valenčniacute sfeacuteře a předaacute mu svoji energii tiacutem elektron ziacuteskaacute dostatek energie k překonaacuteniacute zakaacutezaneacuteho paacutesu a skočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho Tiacutem opustiacute svůj atom a pohybuje se jako volnyacute elektron prostorem krystaloveacute mřiacutežky Na jeho miacutestě vznikla diacutera Takto vznikleacute volneacute elektrony přispiacutevajiacute ke sniacuteženiacute elektrickeacuteho odporu R (zvyacutešeniacute elektrickeacute vodivosti G) Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost Funkce R = f(E) je funkce mocninnaacute R = AmiddotE-B Tuto funkci můžeme zlogaritmovat a převeacutest
na funkci lineaacuterniacute lnR= -BmiddotlnE + lnA nebo určit inverzniacute funkci BB RAE11
Inverzniacute
funkce může sloužit ke konstrukci luxmetru z fotorezistoru Ciacutel Změřit zaacutevislost odporu fotorezistoru na osvětleniacute Z grafu určit konstanty A a B
46
Pomůcky LabQuest 3 ohmmetry (ohmmetr musiacute byacutet nainstalovaacuten) luxmetr LS-BTA fotorezistory počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 Luxmetr LS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 Ohmmetry zapojiacuteme do konektorů
CH 2 CH 3 a CH4 LabQuestu 2 K ohmmetrům připojiacuteme fotorezistory 3 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 4 Zapneme LabQuest
47
5 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance)
6 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s Frekvence 1 čteniacutes
7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a na osu x Osvětleniacute
8 Těsně vedle fotorezistorů umiacutestiacuteme luxmetr 9 Budeme postupně viacutece a viacutece zakryacutevat papiacutery fotorezistory s luxmetrem Tiacutem dosaacutehneme
změnu osvětleniacute a odporu fotorezistorů Zastaviacuteme měřeniacute 10 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů 11 Provedeme analyacutezu grafů Určiacuteme konstanty mocninneacute funkce A a B Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash setrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a B
2 Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že určenaacute funkce bdquofungujeldquo 3 Zdůvodněte proč odpor fotorezistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
48
49
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy 3 Jakaacute je to funkce 4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute Fotorezistor středniacute Fotorezistor velkyacute
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E
50
51
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy Pro tři měřeneacute fotorezistory jsou průběhy funkciacute podobneacute U maleacuteho a středniacuteho fotorezistoru je pokles odporu R většiacute něž u velkeacuteho fotorezistoru při stejně velkeacute změně osvětleniacute E 3 Jakaacute je to funkce Funkce R=f(E) je funkce mocninnaacute R=AmiddotE-B Je to funkce klesajiacuteciacute
52
4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute 100100 07246 R=100100middotE-07246 381
11
7960821 RRAE BB
Fotorezistor středniacute 97030 08379 R=97030middotE-08379 1931
11
894688 RRAE BB
Fotorezistor velkyacute 30350 06885 R=30350middotE-06885 4521
11
3236193 RRAE BB
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem viacutece elektronů přeskočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho a tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost ndash zmenšuje se odpor R
53
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech
78 TRANZISTOR JAKO SPIacuteNAČ A ZESILOVAČ
Fyzikaacutelniacute princip Tranzistor je polovodičovaacute součaacutestka se dvěma přechody PN Středniacute čaacutest krystalu polovodiče je baacuteze B a přechody PN ji oddělujiacute od oblasti s opačnyacutem typem vodivosti kolektorem C a emitorem E Podle druhu vodivosti jednotlivyacutech čaacutestiacute označujeme tranzistory jako typy NPN a PNP
Zaacutekladniacute funkce tranzistoru Maleacute napětiacute v obvodu baacuteze vzbuzuje proud kteryacute je přiacutečinou mnohokraacutet většiacuteho proudu v obvodu kolektoroveacutem Tranzistor se použiacutevaacute jako bdquoelektronickyacute spiacutenačldquo a bdquozesilovačldquo
Ciacutel Ověřit činnost tranzistoroveacuteho spiacutenače a tranzistoroveacuteho zesilovače Pomůcky LabQuest dva voltmetry VP-BTA zapojeniacute tranzistoru jako spiacutenače a zesilovače (podle scheacutema) generaacutetor signaacutelu (může byacutet použit i druhyacute LabQuest se zesilovačem) baterie 45 V
54
Scheacutema
a) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquospiacutenačeldquo
b) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquozesilovačeldquo
55
Postup 1 Voltmetry zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquospiacutenačldquo podle scheacutema a) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1) a
UCE (U2) 3 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme trojuacutehelniacutekovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 5 V
4 Voltmetr U1 připojiacuteme mezi baacutezi a emitor (UBE) Voltmetr U2 připojiacuteme mezi kolektor a
emitor (UCE) 5 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 3 s Frekvence
10 000 čteniacutes 6 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
Tranzistor jako bdquospiacutenačldquo
7 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 8 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquozesilovačldquo podle scheacutema b) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1)
a UCE (U2) Potenciometrem P nastaviacuteme bdquopracovniacute bod tranzistoruldquo ndash UCE bude miacutet přibližně polovičniacute hodnotu napaacutejeciacuteho napětiacute (jestliže napětiacute zdroje je UB= 45 V rarr UCE= 225 V)
9 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme sinusovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 015 V 10 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 01 s Frekvence 10 000 čteniacutes
56
Tranzistor jako bdquozesilovačldquo
11 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 12 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 13 Určiacuteme jakyacute je poměr UCEUBE 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Při jakeacutem napětiacute UBE tranzistor bdquosepneldquo Jak dlouho probiacutehaacute bdquosepnutiacuteldquo (tranzistor jako
spiacutenač) 2 Zkus měnit kmitočet vstupniacuteho napětiacute zesilovače 3 Zkus měnit nastaveniacute pracovniacuteho bodu Jakyacute to maacute vliv na vyacutestupniacute signaacutel 4 Zkus měnit velikost střiacutedaveacuteho vstupniacuteho napětiacute Jakyacute to maacute vliv na tvar vyacutestupniacuteho
napětiacute 5 Urči zesilovaciacute činitel 6 Je vyacutestupniacute signaacutel bdquozkreslenyacuteldquo Co je přiacutečinou
57
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
58
59
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač
2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač
60
b) Tranzistor jako zesilovač
3 Zaacutevěr a)Tranzistor jako spiacutenač ndash z měřeniacute je patrneacute že se tranzistor otevře při překročeniacute napětiacute asi 07 V mezi baacuteziacute a editorem b)Tranzistor jako zesilovač ndash změřeniacute je patrneacute že tranzistor zesiluje napětiacute přibližně 23times Z měřeniacute je daacutele patrneacute že dochaacuteziacute ke zkresleniacute vstupniacuteho signaacutelu
61
Elektrickyacute proud v kapalinaacutech 79 ELEKTROLYacuteZA
Fyzikaacutelniacute princip Elektrolyacutezou nazyacutevaacuteme laacutetkoveacute změny vyvolaneacute při průchodu proudu elektrolytem na elektrodaacutech Faradayův zaacutekon Hmotnost m vyloučeneacute laacutetky je přiacutemo uacuteměrnaacute naacuteboji Q kteryacute prošel elektrolytem M = AQ = AmiddotImiddott Konstanta uacuteměrnosti A kteraacute je pro danou laacutetku charakteristickaacute se nazyacutevaacute elektrochemickyacute ekvivalent laacutetky Ciacutel Určit elektrochemickyacute ekvivalent mědi v roztoku siacuteranu měďnateacuteho CuSO4 Pomůcky LabQuest ampeacutermetr HCS-BTA žaacuterovka 24 V40 W naacutedoba s roztokem Cu2SO4 zdroj stejnosměrneacuteho napětiacute 24 V digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001
Scheacutema
62
Postup 1 Sestaviacuteme měřeniacute podle scheacutema Katodu připevniacuteme na stativ kteryacute stojiacute na digitaacutelniacutech
vahaacutech 2 Ampeacutermetr HCS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 LabQuestu a ten připojiacuteme přes
USB k PC 3 Digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001 připojiacuteme přes USB k PC 4 Zapneme LabQuest 5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 1 vzoreksekundu 6 Zapneme zdroj proudu 7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a nechaacuteme určitou dobu probiacutehat
měřeniacute
8 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 9 V grafu I = f (t) určiacuteme velikost naacuteboje Q kteryacute prošel obvodem pomociacute volby v menu
Analyacuteza - Integraacutel 10 Vypočiacutetaacuteme elektrochemickyacute ekvivalent mědi A (při elektrolyacuteze roztoku Cu2SO4)
zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pomociacute elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi spočiacutetejte Avogadrovu a Faradayovu
konstantu 2 Naměřeneacute hodnoty porovnejte s tabulkovyacutemi hodnotami 3 Zkus zopakovat měřeniacute s jinyacutem elektrolytem 4 Co může byacutet přiacutečinou naacuterůstu elektrickeacuteho proudu v průběhu měřeniacute (viz vyacuteše)
63
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu
3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
64
65
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu 0000002480
1210103 4
3 Zaacutevěr Elektrochemickyacute ekvivalent mědi měřeniacutem a vyacutepočtem vychaacuteziacute 0000000248 kgmiddotC-1 Tabulkovaacute hodnota elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi je A = 03310-6 kgC-1 Chyba měřeniacute je způsobenaacute nepřesnostiacute měřeniacute
66
67
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
710 MAGNETICKEacute POLE CIacuteVKY
Fyzikaacutelniacute princip
Magnetickaacute indukce uvnitř velmi dlouheacute ciacutevky maacute velikost l
INB kde I je velikost
proudu N je celkovyacute počet zaacutevitů a l je deacutelka ciacutevky
Ciacutel Ověřit zaacutevislost magnetickeacute indukce na velikosti proudu prochaacutezejiacuteciacuteho ciacutevkou Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω ampeacutermetr DCP-BTA teslametr MG-BTA ciacutevka 166 a 332 zaacutevitů regulovatelnyacute zdroj proudu a napětiacute BK 127
Scheacutema
68
Postup 1 Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme teslametr MG-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud
Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Magnetickou indukci a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 mT V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Regulovatelnyacutem zdrojem zvyšujeme napětiacute Kontrolujeme proud ndash max 06 A
Teslametrem měřiacuteme magnetickou indukci uvnitř ciacutevky
6 Vysloviacuteme zaacutevěr - jak zaacutevisiacute magnetickaacute indukce B na velikosti elektrickeacute proudu I
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Ze znalosti počtu zaacutevitů deacutelky ciacutevky a proudu spočiacutetej magnetickou indukci 2 Změň ciacutevku a opakuj měřeniacute 3 Změř jak se měniacute magnetickaacute indukce po podeacutelneacute ose ciacutevky při daneacute hodnotě proudu
69
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = helliphellip A N= 332 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
b) I = helliphellip A N= 166 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
70
3 Zaacutevěr
Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = helliphelliphelliphellip mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je měřeniacutem B = helliphelliphelliphellip mT Tyto hodnoty helliphelliphelliphelliphellip s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Jejich rovnice jsou B = helliphelliphelliphellipmiddotI a B = helliphelliphellipmiddotI
71
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = 05807 A N = 332 z l = 15 cm
mTl
INB 615115058070133104 7
b) I = 061 A N = 166 z l = 15 cm mT
lINB 8480
150610166104 7
72
3 Zaacutevěr Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = 1734 mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je B= 0835 mT Tyto hodnoty souhlasiacute s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je přiacutemaacute uacuteměrnost Jejich rovnice jsou B = 2906middotI a B = 1445middotI
73
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
711 MAGNETICKEacute POLE ZEMĚ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Stejně i Země maacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Zemskeacute magnetickeacute pole v ČR maacute magnetickou indukci 0048 mT Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole Země Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA stojan laboratorniacute uacutehloměr
74
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 03 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve vodorovneacute rovině
otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum (N a S magnetickyacute poacutel) Z maximaacutelniacutech hodnot odečteme vodorovnou amplitudu magnetickeacute indukce B Země
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve svisleacute rovině (N-S směr) otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum Maximaacutelniacute hodnota je hodnotou magnetickeacute indukce B Země
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči sklon indukčniacute čaacutery magnetickeacuteho pole u naacutes v ČR vzhledem k povrchu země 2 Teslametr upevniacuteme do stojanu Pod teslametr položiacuteme uacutehloměr
75
3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev Uacutehel Jednotky deg
4 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Podle kompasu nastaviacuteme teslametr na sever 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 7 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0deg a stiskneme OK 8 Teslametr otočiacuteme o 10deg 9 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 10 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 10deg a stiskneme OK 11 Opakujeme body 8 9 a 10 pro 20deg 30deg 40deg hellip 360deg 12 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 13 Měřeniacute zopakujeme v horizontaacutelniacute rovině v bdquoN ndash Sldquo směru 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
76
77
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
78
79
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(t)
2 Zaacutevěr Velikost vektoru magnetickeacute indukce vychaacuteziacute přibližně B = 005 mT Tento vektor maacute vzhledem k vodorovneacutemu směru uacutehel sklonu 60deg
80
81
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
712 MAGNETICKEacute POLE MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT stojan laboratorniacute permanentniacute magnet
82
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně
přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k severniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně pohybujeme (asi 5 sekund) teslametrem kolmo k podeacutelneacute ose magnetu k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund) Uložiacuteme měřeniacute
83
6 Otevřeme novyacute soubor a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf
7 Zopakujeme měřeniacute pro magnet tvaru podkovy s teslametrem plusmn 140 mT
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev deacutelka
Jednotky cm 2 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Teslametr upevniacuteme do stojanu a postaviacuteme na okraj
magnetickeacuteho pole magnetu tvaru podkovy 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 5 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK 6 Teslametr posuneme o 1 cm 7 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 8 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 1 cm a stiskneme OK 9 Opakujeme body 7 8 a 9 pro 2cm 3 cm 4 cm hellip20 cm 10 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 11 Měřeniacute zopakujeme ve vertikaacutelniacute rovině magnetu (bdquoN ndash Sldquo) 12 Vysloviacuteme zaacutevěr
84
85
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
713 VLASTNOSTI FEROMAGNETICKYacuteCH
LAacuteTEK Fyzikaacutelniacute princip Budeme-li postupně zvětšovat proud I v ciacutevce s jaacutedrem z feromagnetickeacute laacutetky bude se postupně i magnetickaacute indukce B v jaacutedře zvětšovat
Relativniacute permeabilita μr feromagnetickyacutech laacutetek neniacute konstantniacute proto zaacutevislost B = f(I) neniacute lineaacuterniacute Grafem teacuteto zaacutevislosti je křivka ndash hystereacutezniacute smyčka
Hystereacutezniacute smyčka je důležitou charakteristikou feromagnetickyacutech laacutetek Podle tvaru křivky děliacuteme laacutetky na a) magneticky tvrdeacute - majiacute širokou hystereacutezniacute smyčku velkou hodnotu Br a jsou viacutece
odolnějšiacute vůči zmagnetovaacuteniacute (ocel s velkyacutem obsahem uhliacuteku hellip) Po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole zůstaacutevajiacute nadaacutele zmagnetovaacuteny a chovajiacute se jako permanentniacute magnet Jejich magnetickeacute pole lze zrušit pomociacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole opačneacute polarity (např do ciacutevky s jaacutedrem zavedeme proud opačneacuteho směru)
b) magneticky měkkeacute - materiaacutely s uacutezkou hystereacutezniacute smyčkou ktereacute se dajiacute snadno zmagnetovat (magnetofonoveacute paacutesky diskety hellip) Majiacute malou hodnotu Br což znamenaacute že po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole jejich vlastniacute magnetickeacute pole zanikaacute
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole ciacutevky s jaacutedrem v zaacutevislosti na velikosti proudu I Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT ampeacutermetr HCS-BTA stojan laboratorniacute ciacutevka 400 z různaacute jaacutedra regulovatelnyacute zdroj KXN 305D
86
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr plusmn140 mT ke vstupu CH1 LabQuestu Ke vstupu CH2 zapojiacuteme
ampeacutermetr HCS-BTA Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a připojiacuteme ho k USB PC 3 V programu LoggerPro v menu Data ndash Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme Naacutezev
magnetickaacute indukce Značka B Jednotka mT Rovnice Potential57 4 Na ose y zvoliacuteme magnetickaacute indukce a na ose x elektrickyacute proud 5 V menu Experiment ndash Sběr dat hellip zvoliacuteme bdquoNepřerušenyacute sběr datldquo Vzorkovaciacute
frekvence 10 vzorkůsekundu 6 Uvnitř ciacutevky je jaacutedro s feromagneticky měkkeacute oceli Vynulujeme senzor proudu a napětiacute
(teslametr plusmn140 mT) Teslametr přiložiacuteme těsně k jaacutedru (viz scheacutema) 7 Na regulovatelneacutem zdroji napětiacute zvětšujeme pomalu napětiacute až dosaacutehneme proud ciacutevkou
5 A Potom zase zmenšujeme napětiacute (proud) na bdquonululdquo Přepoacutelujeme poacutely zdroje pomociacute banaacutenků nebo dvojpoacutelovyacutem přepiacutenačem
87
8 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat v programu LoggerPro a opakujeme činnost v bodě 7 dvakraacutet Tiacutem se vykresliacute celaacute hystereacutezniacute smyčka Zastaviacuteme sběr dat tlačiacutetkem Stop v programu LoggerPro Uložiacuteme měřeniacute
9 Zopakujeme měřeniacute pro různaacute jaacutedra
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme různaacute jaacutedra z feromagneticky tvrdeacute oceli ndash např šroubovaacutek
2 Z grafu můžeme určit hodnotu zbytkoveacute magnetickeacute indukce Br 3 Proč je pro jaacutedra transformaacutetorů vyacutehodnějšiacute použiacutet feromagneticky měkkou ocel
88
89
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole 714 HALLŮV JEV
Fyzikaacutelniacute princip Hallův jev vznikaacute při průchodu proudu I tenkou polovodičovou destičkou (InSb InAs s odporem 001 až 20 Ohmů a tloušťky cca 01 mm jednaacute se o kompromis mezi maximem citlivost a mechanickeacute pevnosti) obdeacutelniacutekoveacuteho tvaru Při vloženiacute destičky do magnetickeacuteho pole skrze ni prochaacuteziacute indukčniacute tok a přeskupuje naacuteboje v destičce na jednu stranu Tak na bočniacutech stěnaacutech destičky vznikaacute napětiacute (tzv Hallovo napětiacute) ktereacute se daacute vypočiacutetat pomociacute vzorce UH = kIB kde k je konstanta (zahrnuje typ materiaacutelu a tloušťku destičky) I je stejnosměrnyacute proud a B je magnetickaacute indukce způsobenaacute magnetickyacutem polem
Ciacutel Pomociacute teslametru změřit jak zaacutevisiacute napětiacute UH na Hallově sondě na magnetickeacute indukci B magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA teslametr MG-BTA teslametr bdquoza paacuter korunldquo (viz doprovodnyacute text) permanentniacute magnet
90
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 a teslametr MG-BTA ke vstupu CH2
LabQuestu Na teslametru MG-BTA nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Voltmetr VP-BTA připojiacuteme k teslametru bdquoza paacuter korunldquo - je na něm zapojena Hallova sonda na napětiacute 3 V a protilehleacute vyacutevody z Hallovy sondy jsou vyvedeny pomociacute dvou vodičů Na nich budeme měřit UH pomociacute voltmetru VP-BTA LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 2 vzorkysekundu 4 Zapneme zdroj proudu na teslametru bdquoza paacuter korunldquo Vynulujeme oba senzory
Permanentniacute magnet přibliacutežiacuteme k teslametru MG-BTA a teslametru bdquoza paacuter korunldquo na vzdaacutelenost asi 2cm Digitaacutelniacute displej teslametru ukazuje hodnotu 5 mT (viz scheacutema)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem vzdalujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 1)
6 Pak otočiacuteme magnet o 180deg a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem přibližujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 2)
91
7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 8 Opakujeme měřeniacute pro různeacute Hallovy sondy
9 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash jakaacute je zaacutevislost UH na B jakaacute je citlivost
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kde se Hallova sonda použiacutevaacute 2 Jakyacute je rozsah teslametru MG-BTA a jakyacute teslametru bdquoza paacuter korunldquo 3 Zkus změřit magnetickou indukci magnetu bdquoparalelněldquo oběma teslametry U teslametru
bdquoza paacuter korunldquo vlož lineaacuterniacute funkci kteraacute přepočiacutetaacute UH na B
92
93
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
94
95
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr Z grafů je zřejmeacute že se jednaacute o přiacutemou uacuteměrnost Pro prvniacute (modryacute graf) Hallův senzor je rovnice přiacutemeacute uacuteměrnosti B=f(UH) = 333UH mT A pro druhyacute (červenyacute graf) Hallův senzor je rovnice B=f(UH) = 83UH mT
96
97
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
715 MAGNETICKYacute ZAacuteZNAM SIGNAacuteLŮ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickyacute zaacuteznam signaacutelů kteryacutem je uchovaacutevaacutena zvukovaacute či obrazovaacute informace nebo takeacute digitaacutelniacute informace zpracovanaacute počiacutetačem Magnetickyacute zaacuteznam je založen na trvaleacutem zmagnetovaacuteniacute vrstvy feromagnetika (např oxidu železa) naneseneacuteho na nosiči z plastickeacuteho materiaacutelu
Magnetickyacute zaacuteznam se uskutečňuje pomociacute zvlaacuteštniacuteho elektromagnetu ndash zaacuteznamoveacute hlavy
Ciacutel Proveacutest mazaacuteniacute magnetickyacute zaacuteznam sniacutemaacuteniacute a opětneacute mazaacuteniacute na nosič Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA permanentniacute magnet na mazaacuteniacute permanentniacute magnet na zaacuteznam svinovaciacute metr jako nosič zaznamenaneacuteho signaacutelu
98
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru MG-BTA
nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Deacutelka 10 s
Vzorkovaciacute frekvence 20 vzorkůsekunda 4 Nejdřiacuteve provedeme mazaacuteniacute na nosiči (svinovaciacute metr)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu (10 s) rovnoměrnyacutem
pohybem pomociacute teslametru provedeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů na nosiči
6 Provedeme zaacuteznam signaacutelů na nosiči (např čtyřikraacutet)
7 Zopakujeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů (jako v bodě 5) 8 Zopakujeme mazaacuteniacute a sniacutemaniacute (jako v bodě 4 a 5)
99
9 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej zaacuteznam různyacutem (S N) poacutelem permanentniacuteho magnetu Jak se změniacute průběh
signaacutelu 2 Vyzkoušej mazaacuteniacute a zaacuteznam na skutečnyacute nosič ndash paacutesek od videokazety 3 Vyzkoušej zaacuteznam na disketu
100
101
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
716 ELEKTROMAGNETICKAacute INDUKCE
Fyzikaacutelniacute princip Elektromagnetickaacute indukce je jev při ktereacutem vznikaacute elektrickeacute napětiacute ve vodiči změnou magnetickeacuteho pole v okoliacute vodiče (ciacutevky) Indukovaneacute napětiacute zaacutevisiacute na velikosti změny magnetickeacuteho pole i na rychlosti jeho změny
tU i
Indukovaneacute napětiacute maacute takovou polaritu že indukovanyacute proud vytvaacuteřiacute magnetickeacute pole s opačnyacutem směrem indukčniacutech čar než maacute magnetickeacute pole ktereacute indukci vyvolalo (Lenzův zaacutekon)
Ciacutel Změřit indukovaneacute napětiacute Ověřit na čem zaacutevisiacute Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA ciacutevka s jaacutedrem permanentniacute magnet
102
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu Roztočiacuteme permanentniacute magnet v těsneacutem okoliacute ciacutevky (jaacutedra)
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Opakujeme měřeniacute s rychlejšiacutem (pomalejšiacutem) otaacutečeniacutem magnetu 5 Vyměniacuteme magnet za bdquosilnějšiacuteldquo 6 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash na čem zaacutevisiacute indukovaneacute napětiacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkus ciacutevku s jinyacutem počtem zaacutevitů 2 Zkus pohybovat membraacutenou reproduktoru a měřit indukovaneacute napětiacute 3 Zkus napjatou strunu umiacutestit do magnetickeacuteho pole a na niacute měřit velikost indukovaneacuteho
napětiacute
103
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
717 DEMONSTRACE VOLNEacuteHO PAacuteDU MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Volnyacute paacuted je rovnoměrně zrychlenyacute pohyb volně padajiacuteciacuteho tělesa v bliacutezkosti země K měřeniacute pohybu volneacuteho paacutedu tělesa (magnetu) použijeme trubici z nevodiveacuteho materiaacutelu Na trubici jsou v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech navinuty ciacutevky ktereacute jsou navzaacutejem spojeneacute do seacuterie Spojeniacute ciacutevek připojiacuteme k voltmetru a zobraziacuteme časovyacute zaacuteznam napětiacute na jednotlivyacutech ciacutevkaacutech při pohybu magnetu trubiciacute vnitřkem jednotlivyacutech ciacutevek
Ciacutel Změřit časovyacute průběh indukovaneacuteho napětiacute při pohybu (volneacutem paacutedu) magnetu vnitřkem ciacutevek Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA neodymovyacute magnet (vaacuteleček) 2 m dlouhaacute PPR trubka 25x35 PN16 na ktereacute jsou navinuty ciacutevky (10 z) v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech
104
Scheacutema
105
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Sestaviacuteme obvod podle
scheacutema Voltmetr připojiacuteme ke koncům seacuterioveacuteho spojeniacute ciacutevek LabQuest připojiacuteme k PC přes USB
2 Zapneme LabQuest V programu Logger Pro v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 06 s Frekvence 1 000 vzorkůs Daacutele Trigger je rostouciacute přes 001 V
3 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat (měřeniacute) v programu Logger Pro Neodymovyacute magnet vložiacuteme do uacutestiacute PPR trubky a pustiacuteme
4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme časoveacute intervaly mezi jednotlivyacutemi průchody
magnetu Daacutele vypočiacutetaacuteme rychlosti v jednotlivyacutech intervalech Určiacuteme zrychleniacute mezi jednotlivyacutemi intervaly Přiacuteklad vyacutepočtu pro vyacuteše uvedeneacute měřeniacute
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyložte průběh zaacuteznamu z hlediska velikosti a polarity jednotlivyacutech napětiacute a jejich
umiacutestěniacute na ose času 2 Zopakuj měřeniacute s padajiacuteciacutem magnetem s opačnou orientaciacute poacutelů magnetu 3 Jak se změniacute časovyacute průběh při použitiacute delšiacuteho magnetu (viacutece vaacutelečků) 4 Zopakuj měřeniacute s tiacutem že konec trubky ucpeš gumovou zaacutetkou 5 Připoj k vyacutestupu signaacutelu z ciacutevek zesilovač a reproduktor a poslechem sleduj volnyacute paacuted
magnetu
106
107
Střiacutedavyacute proud 718 PŘECHODNYacute DĚJ Fyzikaacutelniacute princip Přechodnyacutem dějem v obvodu s kondenzaacutetorem nebo s ciacutevkou nazyacutevaacuteme skokovou změnu napětiacute a proudu na kondenzaacutetoru a ciacutevce Tuto změnu vyvolaacuteme sepnutiacutem nebo vypnutiacutem spiacutenače (přepiacutenače) Ciacutel Určit jak se měniacute napětiacute a proud v obvodu s kondenzaacutetorem a s ciacutevkou při přechodneacutem ději Pomůcky LabQuest ciacutevka 1 200 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr VP-BTA voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
a) b)
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr
DCP-BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema a)
108
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Zapojiacuteme obvod podle scheacutema b) 6 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 1 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 A Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a hned ho přepneme zpět
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zamysli se co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru (ciacutevky) ke zdroji
napětiacute a co se děje při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute k rezistoru Kde se to daacute využiacutet 2 Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Zkus to
vymyslet a potom ověř měřeniacutem
109
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
2 Doplňkoveacute otaacutezky a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k
rezistoru c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute
110
d) 4) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru
e) 5) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů f) 6) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
111
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 27 degC
Tlak 1008 hPa
Vlhkost 53
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
112
3 Doplňkoveacute otaacutezky
a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute dochaacuteziacute k jeho nabiacutejeniacute Na kondenzaacutetoru se akumuluje elektrickyacute naacuteboj (zvětšuje se jeho elektrickaacute energie) V okamžiku zapojeniacute bude obvodem prochaacutezet největšiacute elektrickyacute proud Nenabityacute kondenzaacutetor se zpočaacutetku chovaacute jako zkrat Čiacutem viacutece se však bude kondenzaacutetor nabiacutejet (bude v něm vzrůstat nahromaděnyacute naacuteboj) a poroste jeho napětiacute tiacutem menšiacute proud bude prochaacutezet obvodem
b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k rezistoru Po odpojeniacute obvodu od zdroje napětiacute se začiacutenaacute kondenzaacutetor vybiacutejet (chovaacute se jako zdroj) Elektrickaacute energie kterou kondenzaacutetor vybije se v rezistoru přeměniacute na teplo Teoreticky se kondenzaacutetor vybiacutejiacute nekonečně dlouhou dobu V okamžiku odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje napětiacute prochaacuteziacute obvodem velkyacute proud opačnyacutem směrem než při zapojeniacute ke zdroji napětiacute Napětiacute i proud postupně klesajiacute
c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute ciacutevky ke zdroji stejnosměrneacuteho napětiacute začne obvodem prochaacutezet proud kteryacute na ciacutevce způsobiacute indukovaacuteniacute napětiacute jež je uacuteměrneacute časoveacute změně magnetickeacuteho indukčniacuteho toku a s polaritou působiacuteciacute proti napětiacute zdroje Proud v obvodu se proto zvětšuje na svou maximaacutelniacute hodnotu jen postupně neboť čaacutest energie dodaacutevaneacute ze zdroje do obvodu se spotřebovaacutevaacute na vytvaacuteřeniacute magnetickeacuteho pole ciacutevky (indukovaneacute napětiacute na ciacutevce postupně klesaacute) Proud se ustaacuteliacute teprve v okamžiku kdy se časovaacute změna magnetickeacuteho indukčniacuteho toku bude rovna nule (to platiacute i pro indukovaneacute napětiacute na ciacutevce)
d) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru Po odpojeniacute ciacutevky od zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute se začne v ciacutevce indukovat napětiacute opačneacute polarity (může dosaacutehnout vyššiacutech hodnot než je napětiacute zdroje) než v předešleacute faacutezi ktereacute způsobiacute zpomaleniacute zaacuteniku magnetickeacuteho pole Směr toku proudu zůstaacutevaacute nezměněn Energie magnetickeacuteho pole ciacutevky se přeměniacute na rezistoru na teplo Proud i napětiacute tedy rychle ale postupně klesajiacute k nuloveacute hodnotě
e) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Kondenzaacutetor Čiacutem menšiacute odpor maacute rezistor tiacutem rychleji se kondenzaacutetor nabije a tiacutem rychleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor rychle vybije a vzniklyacute proud v obvodu rychle klesaacute Čiacutem většiacute odpor maacute rezistor tiacutem pomaleji se rezistor nabije a tiacutem pomaleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor vybije pomaleji a vzniklyacute proud v obvodu pozvolna klesaacute Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud Ciacutevka Čiacutem menšiacute odpor majiacute rezistory tiacutem pozvolněji klesaacute indukovaneacute napětiacute vznikleacute na ciacutevce při zapojeniacute ke zdroji Toteacutež platiacute pro elektrickyacute proud kteryacute se v tomto přiacutepadě ustaacuteliacute za delšiacute časovyacute okamžik Jinak je tomu v přiacutepadě že rezistory majiacute většiacute odpor Indukovaneacute napětiacute klesaacute rychleji a proud se v obvodu ustaacuteliacute na konstantniacute hodnotě za velmi kraacutetkou dobu Při odpojeniacute od zdroje klesajiacute proud a napětiacute v obou přiacutepadech přibližně stejně Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud
113
Kondenzaacutetor + rezistor 50 Ω + rezistor 200 ΩCiacutevka + rezistory 50 Ω + rezistory 200 Ω
114
f) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
Řada přechodnyacutech jevů je nežaacutedouciacute protože způsobiacute např kraacutetkodobeacute přetiacuteženiacute obvodu a tiacutem zkracujiacute životnost zařiacutezeniacute (zapnutiacute studeneacute žaacuterovky ndash naacuterazovyacute proud je až desetkraacutet většiacute než ustaacutelenyacute proud) Některeacute přechodneacute děje jsou však žaacutedouciacute a některeacute obvody jsou přiacutemo na využitiacute přechodnyacutech dějů založeny (generaacutetory klopneacute obvody) V elektronice existujiacute přechodneacute děje založeneacute na RC RL a RLC obvodech vzhledem k co možnaacute nejmenšiacutem použiacutevaacuteniacute ciacutevek majiacute největšiacute vyacuteznam při nabiacutejeniacute a vybiacutejeniacute kondenzaacutetory Obecně jsou v elektronice nejrozšiacuteřenějšiacute tepelneacute přechodneacute jevy V silnoproudeacute elektronice se měřiacute oteplovaciacute křivky elektrickyacutech strojů v počiacutetačoveacute technice se měřiacute otepleniacute hlavniacuteho procesoru měřeniacute teploty harddisku atd
115
Střiacutedavyacute proud 719 STŘIacuteDAVYacute PROUD S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem maacute časovyacute diagram napětiacute stejnou faacutezi (faacutezovyacute rozdiacutel je nulovyacute) jako časovyacute diagram proudu
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
116
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Um f Im T a (faacutezovyacute rozdiacutel) Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a u
5 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zakreslete faacutezorovyacute diagram 2 Určete z grafů velikost odporu rezistoru
117
Střiacutedavyacute proud 720 VYacuteKON STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem je okamžitaacute hodnota vyacutekonu p = ui = Ri2 = RIm
2sin2t
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem a zobrazit časovyacute diagram vyacutekonu Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
118
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Zvoliacuteme zaacuteložku tabulka V menu Tabulka zvoliacuteme Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec Naacutezev ndash
Vyacutekon Jednotka ndash W Tvar vyacuterazu XY Sloupec pro X ndash proud Sloupec pro Y ndash napětiacute
5 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Pm f Im T Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a p
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jakyacute je poměr frekvence okamžiteacute hodnoty vyacutekonu a okamžiteacute hodnoty proudu 2 Určete z grafu okamžiteacute hodnoty vyacutekonu středniacute hodnotu vyacutekonu P
119
Střiacutedavyacute proud 721 STŘIacuteDAVYacute PROUD S INDUKČNOSTIacute
Fyzikaacutelniacute princip
Induktance je veličina I
UX L Induktance XL je přiacutemo uacuteměrnaacute indukčnosti ciacutevky L a
frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute induktance indukčnost ciacutevky Ověřit že induktance na indukčnosti a frekvenci zaacutevisiacute přiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω voltmetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z a voltmetrem (ry) 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute
(Zesilovač)
120
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a indukčnosti Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z Vypočiacutetaacuteme induktanci XL Z induktance a frekvence vypočiacutetaacuteme indukčnost L
5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XL = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Miacutesto ciacutevky zapoj tlumivku (2times47 mH) a proveď stejneacute měřeniacute V čem se lišiacute zaacutevislost
XL = f(f) Proč se lišiacute
2 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na indukčnosti pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu
3 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty induktance pro vyššiacute frekvence 4 Zkus změřit přechodnyacute děj na indukčnosti
121
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900
1000 průměr
122
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr
2 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
123
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25degC
Tlak 1004 hPa
Vlhkost 53
3 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
RUL hellipstejnosměrnyacute obvod
IUL 22
ciacutevkyRZ fX L
2
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00364 01620 44510 (Rciacutevky) 00000 00000
100 09600 00096 00460 47917 17744 00028 200 09440 00094 00600 63559 45372 00036 300 09410 00094 00800 85016 72433 00038 400 09380 00094 00990 105544 95699 00038 500 09360 00094 01210 129274 121369 00039 600 09340 00093 01430 153105 146492 00039 700 09300 00093 01640 176344 170634 00039 800 09260 00093 01860 200864 195870 00039 900 09230 00092 02090 226436 222018 00039
1000 09160 00092 02290 250000 246006 00039 průměr 00037
124
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00367 00673 18338 (Rciacutevky) 00000 00000
100 63300 00633 15760 248973 248297 00395 200 59700 00597 26440 442881 442501 00352 300 55100 00551 35240 639564 639301 00339 400 49400 00494 43500 880567 880376 00350 500 42700 00427 50400 1180328 1180185 00376 600 34760 00348 56300 1619678 1619574 00430 700 26080 00261 61300 2350460 2350389 00534 800 15650 00157 65000 4153355 4153314 00826 900 07050 00071 66600 9446809 9446791 01671
1000 04850 00049 66800 13773196 13773184 02192 průměr 00747
4 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
Graf pro školniacute ciacutevku 400 zaacutevitů Ciacutevka neobsahuje jaacutedro induktance je teacuteměř přesně lineaacuterniacute funkciacute frekvence střiacutedaveacuteho napětiacute Konstantou uacuteměry je vyacuteraz 2πL kde L je indukčnost ciacutevky Indukčnost je teacutež konstantniacute Graf pro tlumivku 47 mH Induktance neniacute lineaacuterniacute funkciacute frekvence Přiacutečinou je jaacutedro na němž je namotaacuten vodivyacute draacutet ciacutevky Z toho důvodu nelze indukčnost ciacutevky L považovat za konstantniacute hodnotu
125
Střiacutedavyacute proud 722 STŘIacuteDAVYacute PROUD S KAPACITOU
Fyzikaacutelniacute princip
Kapacitance je veličina I
UX C Kapacitance XC je nepřiacutemo uacuteměrnaacute kapacitě
kondenzaacutetoru C a frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute kapacitance kapacitu kondenzaacutetoru Ověřit že kapacitance na kapacitě a frekvenci zaacutevisiacute nepřiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) rezistor 100 Ω voltmetr (y)
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetrem (ry)
126
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a kondenzaacutetoru Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme kapacitanci XC Z kapacitance a frekvence vypočiacutetaacuteme kapacitu C 5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XC = f(f) 8 Porovnej hodnotu kapacity vypočiacutetanou a jmenovitou
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru
2 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty kapacitance pro vyššiacute frekvence 3 Zkus změřit přechodnyacute děj na kondenzaacutetoru
127
Střiacutedavyacute proud 723 SLOŽENYacute OBVOD STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU
Fyzikaacutelniacute princip
Impedance je veličina I
UZ Při seacuterioveacutem spojeniacute prochaacuteziacute rezistorem ciacutevkou a
kondenzaacutetorem složenyacutem obvodem RLC stejnyacute proud i Ciacutel Určit pomociacute vyacutesledneacuteho napětiacute a proudu impedanci Z Určit jak zaacutevisiacute impedance Z na frekvenci f Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) voltmetr - multimetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetry
128
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a celkoveacute napětiacute Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z 5 Změniacuteme kmitočet na 400 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 800 Hz 1 200 Hz 10 000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti Z = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jak se měniacute impedance Z v zaacutevislosti na kmitočtu Zkus vysvětlit proč tomu tak je
2 Sestroj graf Z = f(f) podle vzorce 2
2 1
CLRZ
kde f (0 Hz 10 kHz)
R = 100 Ω C = 47 μF a L = 41 mH Porovnej grafy (naměřenyacute a teoretickyacute)
0000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
3 Kde se využiacutevaacute teacuteto zaacutevislosti Vysvětli Jak se změniacute tyto zaacutevislosti změniacuteme-li hodnotu kapacity nebo indukčnosti
4 Zkus změřit podobnou zaacutevislost Z = f(f) pro paralelniacute obvod RLC Pozor Vzhledem k maleacutemu vnitřniacutemu odporu ciacutevky L při niacutezkyacutech kmitočtech je potřeba zařadit k obvodu RLC seacuteriově rezistor 100 Ω
5 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute na rezistoru ciacutevce a kondenzaacutetoru a hodnotu proudu na rezistoru pomociacute druheacuteho LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute jednotlivyacutech napětiacute vzhledem k proudu
129
Střiacutedavyacute proud 724 USMĚRŇOVAČ Fyzikaacutelniacute princip V usměrňovači střiacutedaveacuteho proudu se využiacutevaacute zaacutekladniacute vlastnosti polovodičoveacute diody bdquopropustit proud pouze jedniacutem směremldquo K usměrněniacute se využiacutevaacute jednocestnyacute usměrňovač nebo dvoucestnyacute usměrňovač (Graetzovo zapojeniacute) K vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho zapojeniacute se použiacutevaacute kondenzaacutetor a tlumivka Ciacutel Určit průběh stejnosměrneacuteho pulzujiacuteciacuteho napětiacute po usměrněniacute jednocestnyacutem a dvoucestnyacutem usměrňovačem Daacutele pak určit průběh po vyhlazeniacute Pomůcky LabQuest ciacutevka 400 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF diody voltmetr VP-BTA multimetr zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute - transformaacutetor
Scheacutema
130
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Ke zdroji střiacutedaveacuteho napětiacute
(transformaacutetor ndash napětiacute maximaacutelně 6 V) připojiacuteme rezistor a k němu voltmetr (podle scheacutema) Multimetrem změřiacuteme efektivniacute hodnotu střiacutedaveacuteho napětiacute
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 004 s Frekvence 10 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V
3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Z grafu určiacuteme maximaacutelniacute
hodnotu (amplitudu) periodu a vypočiacutetaacuteme frekvenci Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 5 Zapojiacuteme jednocestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 6 Zapojiacuteme dvoucestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 7 Zapojiacuteme kondenzaacutetor a tlumivku a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty
131
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měniacuteme různeacute hodnoty kondenzaacutetorů a tlumivek 2 Proč v zapojeniacutech s diodou (diodami) dochaacuteziacute k poklesu napětiacute a jakou maacute tento pokles
velikost Čemu tato velikost odpoviacutedaacute 3 Popiš vliv kondenzaacutetoru a tlumivky na vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute Proč
se zapojujiacute paralelně (do seacuterie)
132
133
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
134
2 Tabulka Umax= Uef=
3 Zaacutevěr
135
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
2 Tabulka Umax= 45 V Uef= 32 V 3 Zaacutevěr Různeacute změny hodnot kondenzaacutetorů a tlumivek majiacute vliv na menšiacute nebo většiacute vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute V zapojeniacutech s diodami dochaacuteziacute k poklesu napětiacute přibližně 05 V a to z důvodu uacutebytku napětiacute na diodě (dvou diodaacutech u dvoucestneacuteho zapojeniacute) Kondenzaacutetor se při maximaacutelniacute hodnotě napětiacute nabiacutejiacute a při poklesu napětiacute vybiacutejiacute a dodaacutevaacute el energii v tomto okamžiku Tlumivka zapojenaacute v seacuterii braacuteniacute rychlyacutem změnaacutem napětiacute
136
137
Střiacutedavyacute proud v energetice
725 TROJFAacuteZOVAacute SOUSTAVA
Fyzikaacutelniacute princip Třiacutefaacutezoveacute napětiacute vznikaacute otaacutečeniacutem magnetu v soustavě třiacute ciacutevek (alternaacutetor) Maacuteme tedy tři zdroje střiacutedaveacuteho napětiacute ndash faacuteze Třiacutefaacutezovyacute rozvod lze využiacutet k zapojeniacute do hvězdy (a)) nebo k zapojeniacute do trojuacutehelniacuteku (b)) Faacutezoveacute napětiacute (u1 u2 u3) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 230 V) mezi středniacutem vodičem (N) a faacutezovyacutem vodičem (L1 L2 L3) Sdruženeacute napětiacute (u12 u13 u23) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 400 V) mezi libovolnyacutemi dvěma faacutezovyacutemi vodiči
Ciacutel Změřit časovyacute průběh napětiacute třiacute faacuteziacute v zapojeniacute do hvězdy Ověřit že součet napětiacute v každeacutem čase je nulovyacute Ověřit že poměr sdruženeacuteho a faacutezoveacuteho napětiacute je 173 times většiacute Pomůcky LabQuest zdroj třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute 3 rezistory 100 Ω 3 voltmetry VP-BTA
Scheacutema
138
Postup 1 Připojiacuteme 3 voltmetry VP-BTA ke vstupům CH1 CH2 a CH3 LabQuestu Zapojiacuteme
obvod podle scheacutema Na zdroji třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute nastaviacuteme hodnotu faacutezoveacuteho napětiacute do 5 V
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme v každeacutem časoveacutem okamžiku okamžiteacute hodnoty
napětiacute u1 u2 a u3 a provaacutediacuteme jejich součet ndash ověřujeme že součet je nulovyacute 6 Střiacutedavyacutem voltmetrem změřiacuteme sdruženeacute a faacutezoveacute napětiacute (efektivniacute hodnoty)
a vypočiacutetaacuteme jejich poměr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z grafu ndash časoveacuteho průběhu napětiacute urči o jakou čaacutest periody jsou posunuta napětiacute 2 Z grafu urči jakaacute je frekvence a perioda střiacutedavyacutech napětiacute 3 Jakyacute je poměr efektivniacute a maximaacutelniacute hodnoty faacutezoveacuteho střiacutedaveacuteho napětiacute ktereacute jsi
naměřil 4 Z grafu urči amplitudu sdruženeacuteho napětiacute a amplitudu faacutezoveacuteho napětiacute Jakyacute je jejich
poměr
139
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) =
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o helliphelliphellip periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = helliphelliphellip Hz Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = helliphelliphellip s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
140
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) =
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = V Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = helliphelliphellip
141
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = 0 V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = 410 V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) = 3 173
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o třetinu periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = 50 Hz
142
Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = 002 s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) = 2 14
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = 591 V
Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = 3 174
143
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
726 ELEKTROMAGNETICKYacute OSCILAacuteTOR
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacutem elektromagnetickyacutem oscilaacutetorem je obvod tvořenyacute ciacutevkou a kondenzaacutetorem - obvod LC nebo oscilačniacute obvod Kondenzaacutetor spojiacuteme se zdrojem stejnosměrneacuteho napětiacute 45 V (plochaacute baterie viz scheacutema) Přepiacutenačem připojiacuteme nabityacute kondenzaacutetorem k ciacutevce V obvodu vznikne elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Energie elektrickeacuteho pole kondenzaacutetoru se měniacute na energii magnetickeacuteho pole ciacutevky a naopak V oscilačniacutem obvodu nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute
Ciacutel Změřit napětiacute a proud v oscilačniacutem obvodu Ověřit elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute oscilačniacuteho obvodu je tlumeneacute Pomůcky LabQuest voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA kondenzaacutetor 2 200 microF ciacutevka s jaacutedrem 1 200 z přepiacutenač
Scheacutema
Postup 1 Voltmetr a ampeacutermetr zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Obvod zapojiacuteme podle scheacutema Přepiacutenač je v poloze bdquo1ldquo (kondenzaacutetor se nabiacutejiacute) 3 Zapneme LabQuest a připojiacuteme jej přes USB k PC
144
4 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Trvaacuteniacute 2 s Vzorkovaciacute frekvence 200 vzorkůsekundu Trigger zatrhneme Spuštěniacute triggeru když napětiacute je rostouciacute přes 005 V
5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme tlačiacutetko Sběr dat 6 Přepneme přepiacutenač do polohy bdquo2ldquo
7 Z grafu odečteme periodu kmitaacuteniacute Určiacuteme kmitočet 8 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změřiacuteme indukčnost L (multimetrem) a vypočiacutetaacuteme periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute
Porovnaacuteme s naměřenou hodnotou 2 Změň parametry součaacutestek (indukčnost kapacita) a zopakuj měřeniacute
145
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
T = helliphelliphellip s f = helliphelliphellip Hz 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
146
147
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
Naměřeneacute T = 0614 s f = 162 Hz Vypočiacutetaneacute L = 154 H C = 22 mF T= )(2 CL = 0366 s
3 Zaacutevěr V elektromagnetickeacutem oscilaacutetoru se přeměňuje elektrickaacute energie na energii magnetickeacuteho pole a naopak Nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Je zde patrnaacute analogie mezi ději mechanickyacutemi (kmitaacuteniacute) a elektromagnetickyacutemi
148
149
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
727 VLASTNOSTI ELEKTROMAGNETICKEacuteHO
VLNĚNIacute Fyzikaacutelniacute princip Magnetickeacute pole můžeme znaacutezornit pomociacute indukčniacutech čar
Elektrickeacute pole popisujeme elektrickyacutemi siločarami
Elektrickeacute a magnetickeacute pole spolu často souvisejiacute Mluviacuteme pak o elektromagnetickeacutem poli Elektromagnetickeacute vlny jsou přiacutečneacute a šiacuteřiacute se i ve vakuu Šiacuteřiacute se rychlostiacute světla Elektromagnetickyacutemi vlnami se přenaacutešejiacute signaacutely rozhlasu televize mobilniacutech telefonů atd I světlo je elektromagnetickeacute vlněniacute (zaacuteřeniacute)
Mezi frekvenciacute f vlnovou deacutelkou λ a rychlostiacute šiacuteřeniacute elektromagnetickeacuteho vlněniacute c (světla)
platiacute vzoreccf
Ciacutel Změřit vlnovou deacutelku elektromagnetickeacuteho vlněniacute Prokaacutezat polarizaci elektromagnetickeacute vlny
150
Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA bezdraacutetovyacute zvonek ndash tlačiacutetko pracujiacuteciacute na frekvenci 43392 MHz přijiacutemač s půlvlnnyacutem dipoacutelem (viz přiacutespěvek od Oldřicha Lepila)
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Pohybujeme rovnoměrnyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 1) 5 Z poloh maxim a minim určiacuteme vlnovou deacutelku 6 Uložiacuteme měřeniacute 7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Pohybujeme rovnoměrnyacutem otaacutečivyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 2) 9 Stejnou vlastnost můžeme ukaacutezat tak že mezi vysiacutelač a přijiacutemač vložiacuteme mřiacutežku kterou
otaacutečiacuteme v rovině kolmeacute ke směru šiacuteřeniacute vlněniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash vlnovaacute deacutelka a polarizace elektromagnetickeacuteho vlněniacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej jak zaacutevisiacute velikost naměřeneacuteho napětiacute na vzdaacutelenosti vysiacutelače od přijiacutemače 2 Pomociacute mřiacutežky nebo plechu vyzkoušej odraz vlněniacute (a interferenci)
15
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty
a) U = Q =
b) UQC
3 Zaacutevěr
16
17
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25 degC
Tlak 998 hPa
Vlhkost 53
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty U = 481 V Q = 0010036 C
UQC F002150
814010360
3 Zaacutevěr
Jmenovitaacute hodnota kapacity kondenzaacutetoru je 2 200microF Změřenaacute a vypočiacutetanaacute je 2 150 microF
18
19
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole 73 VYBIacuteJENIacute KONDENZAacuteTORŮ
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q = f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Změřit vybiacutejeciacute křivku kondenzaacutetoru Určit kapacitu kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 1 kΩ 2 ks kondenzaacutetory 2 200 μF voltmetr VP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry DVP-BTA ke vstupu CH1 a CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod
podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 30 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 1 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
20
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač podle scheacutema a po sekundě (odhadneme) přepneme přepiacutenač opačně
5 Měřeniacute uložiacuteme Opakujeme pro dva kondenzaacutetory zapojeneacute paralelně a do seacuterie 6 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V (začaacutetek měřeniacute) 7 Vytvořiacuteme novou vypočiacutetaacutevanou veličinu I = UR (R = 1 000 Ω) 8 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q = C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
9 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči rovnici funkce U = f (t) přiacutepadně I = f (t) 2 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 3 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 10 kΩ)
21
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
CeAU tB = helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
22
23
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
598100324 23750 ttB eCeAU (červenyacute graf) 3 Zaacutevěr
Napětiacute na kondenzaacutetoru při vybiacutejeniacute klesaacute podle exponenciaacutelniacute funkce
24
25
Elektrickyacute proud v kovech 74 OHMŮV ZAacuteKON
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon Pokud maacute kovovyacute vodič staacutelou teplotu je proud prochaacutezejiacuteciacute vodičem přiacutemo uacuteměrnyacute napětiacute mezi konci vodiče (r 1826 GSOhm) Grafem přiacutemeacute uacuteměrnostiacute je přiacutemka prochaacutezejiacuteciacute počaacutetkem Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky a rezistory 12 Ω 33 Ω a 100 Ω Pomůcky LabQuest rezistor 33 Ω a 100 Ω žaacuterovka 6 V03 A voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 60 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme napětiacute
Vlevo 0 Vpravo 6 V Na ose y zvoliacuteme Elektrickyacute proud a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 06 A V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
26
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Reostatem pomalu zvyšujeme napětiacute a proud Hodnota napětiacute nesmiacute překročit 5 V a
proudu 06 A Zobrazuje se tzv voltampeacuterovaacute charakteristika Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro rezistor 33 Ω a pro žaacuterovku
7 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Platiacute Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky 2 Porovnej voltampeacuteroveacute charakteristiky rezistorů s různyacutemi hodnotami odporů 3 Zkus vymyslet jak ověřiacuteš že Ohmův zaacutekon platiacute i pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky
27
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
a) pro žaacuterovku
b) pro vodič
28
2 Zaacutevěr
29
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
pro žaacuterovku a pro vodič (rezistor)
2 Zaacutevěr Pro žaacuterovku nevychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) protože se teplota wolframoveacuteho vlaacutekna měniacute a tiacutem i jeho odpor Pro rezistory (vodič) vychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) Sklon polopřiacutemky zaacutevisiacute na odporu vodiče ndash čiacutem je odpor většiacute tiacutem je sklon menšiacute
30
31
Elektrickyacute proud v kovech
75 OHMŮV ZAacuteKON PRO UZAVŘENYacute OBVOD
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Proud v uzavřeneacutem obvodu je roven podiacutelu elektromotorickeacuteho napětiacute Ue zdroje a celkoveacuteho odporu R + Ri kde Ri je vnitřniacute odpor zdroje
i
e
RRUI
Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat 100 Ω a 10 kΩ
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema
32
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Elektrickeacute napětiacute a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 V V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat - Ampeacutermetr Reostat 100 Ω a 10 kΩ nastaviacuteme na max hodnoty odporu
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Sepneme spiacutenač 5 Reostatem 10 kΩ pomalu (10 s) zvětšujeme proud (hodnota odporu na min) Jakmile
reostat 10 kΩ vytočiacuteme do krajniacute polohy (min) pokračujeme stejně reostatem 100 Ω do krajniacute polohy (min) Hodnota proudu nesmiacute překročit 06 A což při napětiacute 45 V zajistiacute rezistor 10 Ω Zobrazuje se tzv zatěžovaciacute charakteristika zdroje Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro různě stareacute plocheacute baterie
7 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku Napětiacute
Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute Určiacuteme koeficienty lineaacuterniacute funkce Opakujeme pro všechny grafy
8 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona pro uzavřenyacute obvod)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z koeficientů lineaacuterniacutech funkciacute určete napětiacute napraacutezdno U0 a zkratovyacute proud Ik Daacutele
určete vnitřniacute odpor Ri plocheacute baterie noveacute a stareacute 2 Vnitřniacute odpor plocheacute baterie se staacuteřiacutem zvětšuje Jak se to projevuje na zatěžovaciacute
charakteristice
33
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
1 Vyacutepočet a) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip
b) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip 2 Zaacutevěr
34
35
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
2 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
3 Vyacutepočet a) U = f(I)= -09126I+4925 U0=4925 V Ik=54 A Ri=09126 b) U = f(I)= -5011I+445 U0=445 V Ik=089 A Ri=5011 c) U = f(I)= -RiI+U0= -4244I+4132 U0=4132V Ik=097 A Ri=4244 4 Zaacutevěr Novaacute plochaacute baterie maacute většiacute svorkoveacute napětiacute na praacutezdno U0 většiacute zkratovyacute proud Ik a menšiacute vnitřniacute odpor Ri U staršiacute (reacute) plocheacute baterie je to naopak
36
37
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 76 TERMISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Termistor je polovodičovaacute součaacutestka jejiacutež odpor zaacutevisiacute na teplotě
Z teorie vyplyacutevaacute že zaacutevislost odporu termistoru na teplotě je daacutena vztahem
16273 tT eAeAR
(1) T hellip termodynamickaacute teplota R hellip odpor termistoru při daneacute teplotě T A hellip lineaacuterniacute koeficient β hellip index citlivosti materiaacutelu termistoru Pokud bychom chtěli využiacutevat termistor jako teploměr budeme potřebovat znaacutet inverzniacute funkci (2) tedy funkci vyjadřujiacuteciacute zaacutevislost teploty na odporu Tuto funkci ziacuteskaacuteme z rovnice (1) aplikovaacuteniacutem přirozeneacuteho logaritmu naacuteslednou uacutepravou a převedeniacutem do Celsiovy stupnice
15273ln
15273lnln
ARAR
t (2)
t hellip teplota ve degC R hellip odpor termistoru v Ω Ciacutel Změř zaacutevislost odporu termistoru na teplotě Z grafu urči konstanty A a β
38
Pomůcky LabQuest ohmmetr (musiacute byacutet nainstalovaacuten) teploměr TMP-BTA rychlovarnaacute konvice s horkou vodou termistory se jmenovitou hodnotou odporu 47 kΩ 10 kΩ 15 kΩ počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 V konvici si ohřejeme vodu 2 Teploměr TMP-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 2 a ohmmetr do konektoru CH 1
LabQuestu 3 K ohmmetru připojiacuteme termistor (10 kΩ) kteryacute zastrčiacuteme společně s teploměrem do
kaacutedinky 4 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 5 Zapneme LabQuest 6 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko
zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance) 7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s
Frekvence 1 čteniacutes 8 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a
na osu x Teplotu
39
9 Nalejeme horkou vodu z konvice do kaacutedinky s teploměrem a termistorem a zapneme Sběr dat v programu LoggerPro
10 Voda postupně chladne a počiacutetač vykresluje graf zaacutevislosti R = f(t) Ochlazovaacuteniacute můžeme pomalu urychlovat opatrnyacutem přileacutevaacuteniacutem studeneacute vody a současnyacutem miacutechaacuteniacutem Pro hlubšiacute ochlazeniacute můžeme použiacutet kousek ledu
11 Po skončeniacute měřeniacute (300 s) uložiacuteme toto měřeniacute do paměti ndash menu Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute a můžeme opakovat měřeniacute pro dalšiacute termistor Nebo při měřeniacute použiacutet současně dva ohmmetry (CH 2 a CH 3) a dva termistory
12 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash sestrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a β
2 V programu Logger Pro můžeme v menu Analyacuteza ndash Curve Fit zkusit proložit funkci kterou si vybereme ze seznamu A určiacuteme koeficienty A a β Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že zvolenaacute funkce bdquofungujeldquo
3 Zdůvodněte proč odpor termistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
40
41
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
3 Jakaacute je to funkce
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R )
Termistor
Termistor
Termistor
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
42
43
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
Termistory 15k 10k a 4k7 dosahujiacute jmenoviteacute hodnoty přibližně při 25 degC Termistory s většiacutem jmenovityacutem odporem majiacute při stejně velkeacute změně teploty většiacute změnu odporu Index citlivosti materiaacutelu je přibližně stejnyacute
3 Jakaacute je to funkce
Exponenciaacutelniacute klesajiacuteciacute 16273 tT eAeAR
44
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R ) Termistor 15000Ω 3285 02388 15273
3285
23880 teR 15273
23880lnln3285
R
t
Termistor 10000Ω 3592 005836 15273
3592
058360 teR 15273
058360lnln3592
R
t
Termistor 4700 Ω 3545 003204 15273
3545
032040 teR 15273
032040lnln3545
R
t
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
S rostouciacute teplotou se rychle zvětšuje hustota volnyacutech bdquovytřesenyacutechldquo elektronů z vazeb a tiacutem rezistivita rychle klesaacute
45
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 77 FOTOREZISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Fotorezistor (dřiacuteve označovaacuten jako fotoodpor) je pasivniacute elektrotechnickaacute součaacutestka bez PN přechodu jejiacutež elektrickyacute odpor R se snižuje se zvyšujiacuteciacutem se osvětleniacutem E resp elektrickaacute vodivost G se zvyšuje
Princip fotorezistoru je založen na vnitřniacutem fotoelektrickeacutem jevu světlo (foton) naraziacute do elektronu ve valenčniacute sfeacuteře a předaacute mu svoji energii tiacutem elektron ziacuteskaacute dostatek energie k překonaacuteniacute zakaacutezaneacuteho paacutesu a skočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho Tiacutem opustiacute svůj atom a pohybuje se jako volnyacute elektron prostorem krystaloveacute mřiacutežky Na jeho miacutestě vznikla diacutera Takto vznikleacute volneacute elektrony přispiacutevajiacute ke sniacuteženiacute elektrickeacuteho odporu R (zvyacutešeniacute elektrickeacute vodivosti G) Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost Funkce R = f(E) je funkce mocninnaacute R = AmiddotE-B Tuto funkci můžeme zlogaritmovat a převeacutest
na funkci lineaacuterniacute lnR= -BmiddotlnE + lnA nebo určit inverzniacute funkci BB RAE11
Inverzniacute
funkce může sloužit ke konstrukci luxmetru z fotorezistoru Ciacutel Změřit zaacutevislost odporu fotorezistoru na osvětleniacute Z grafu určit konstanty A a B
46
Pomůcky LabQuest 3 ohmmetry (ohmmetr musiacute byacutet nainstalovaacuten) luxmetr LS-BTA fotorezistory počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 Luxmetr LS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 Ohmmetry zapojiacuteme do konektorů
CH 2 CH 3 a CH4 LabQuestu 2 K ohmmetrům připojiacuteme fotorezistory 3 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 4 Zapneme LabQuest
47
5 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance)
6 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s Frekvence 1 čteniacutes
7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a na osu x Osvětleniacute
8 Těsně vedle fotorezistorů umiacutestiacuteme luxmetr 9 Budeme postupně viacutece a viacutece zakryacutevat papiacutery fotorezistory s luxmetrem Tiacutem dosaacutehneme
změnu osvětleniacute a odporu fotorezistorů Zastaviacuteme měřeniacute 10 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů 11 Provedeme analyacutezu grafů Určiacuteme konstanty mocninneacute funkce A a B Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash setrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a B
2 Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že určenaacute funkce bdquofungujeldquo 3 Zdůvodněte proč odpor fotorezistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
48
49
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy 3 Jakaacute je to funkce 4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute Fotorezistor středniacute Fotorezistor velkyacute
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E
50
51
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy Pro tři měřeneacute fotorezistory jsou průběhy funkciacute podobneacute U maleacuteho a středniacuteho fotorezistoru je pokles odporu R většiacute něž u velkeacuteho fotorezistoru při stejně velkeacute změně osvětleniacute E 3 Jakaacute je to funkce Funkce R=f(E) je funkce mocninnaacute R=AmiddotE-B Je to funkce klesajiacuteciacute
52
4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute 100100 07246 R=100100middotE-07246 381
11
7960821 RRAE BB
Fotorezistor středniacute 97030 08379 R=97030middotE-08379 1931
11
894688 RRAE BB
Fotorezistor velkyacute 30350 06885 R=30350middotE-06885 4521
11
3236193 RRAE BB
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem viacutece elektronů přeskočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho a tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost ndash zmenšuje se odpor R
53
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech
78 TRANZISTOR JAKO SPIacuteNAČ A ZESILOVAČ
Fyzikaacutelniacute princip Tranzistor je polovodičovaacute součaacutestka se dvěma přechody PN Středniacute čaacutest krystalu polovodiče je baacuteze B a přechody PN ji oddělujiacute od oblasti s opačnyacutem typem vodivosti kolektorem C a emitorem E Podle druhu vodivosti jednotlivyacutech čaacutestiacute označujeme tranzistory jako typy NPN a PNP
Zaacutekladniacute funkce tranzistoru Maleacute napětiacute v obvodu baacuteze vzbuzuje proud kteryacute je přiacutečinou mnohokraacutet většiacuteho proudu v obvodu kolektoroveacutem Tranzistor se použiacutevaacute jako bdquoelektronickyacute spiacutenačldquo a bdquozesilovačldquo
Ciacutel Ověřit činnost tranzistoroveacuteho spiacutenače a tranzistoroveacuteho zesilovače Pomůcky LabQuest dva voltmetry VP-BTA zapojeniacute tranzistoru jako spiacutenače a zesilovače (podle scheacutema) generaacutetor signaacutelu (může byacutet použit i druhyacute LabQuest se zesilovačem) baterie 45 V
54
Scheacutema
a) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquospiacutenačeldquo
b) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquozesilovačeldquo
55
Postup 1 Voltmetry zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquospiacutenačldquo podle scheacutema a) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1) a
UCE (U2) 3 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme trojuacutehelniacutekovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 5 V
4 Voltmetr U1 připojiacuteme mezi baacutezi a emitor (UBE) Voltmetr U2 připojiacuteme mezi kolektor a
emitor (UCE) 5 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 3 s Frekvence
10 000 čteniacutes 6 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
Tranzistor jako bdquospiacutenačldquo
7 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 8 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquozesilovačldquo podle scheacutema b) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1)
a UCE (U2) Potenciometrem P nastaviacuteme bdquopracovniacute bod tranzistoruldquo ndash UCE bude miacutet přibližně polovičniacute hodnotu napaacutejeciacuteho napětiacute (jestliže napětiacute zdroje je UB= 45 V rarr UCE= 225 V)
9 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme sinusovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 015 V 10 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 01 s Frekvence 10 000 čteniacutes
56
Tranzistor jako bdquozesilovačldquo
11 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 12 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 13 Určiacuteme jakyacute je poměr UCEUBE 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Při jakeacutem napětiacute UBE tranzistor bdquosepneldquo Jak dlouho probiacutehaacute bdquosepnutiacuteldquo (tranzistor jako
spiacutenač) 2 Zkus měnit kmitočet vstupniacuteho napětiacute zesilovače 3 Zkus měnit nastaveniacute pracovniacuteho bodu Jakyacute to maacute vliv na vyacutestupniacute signaacutel 4 Zkus měnit velikost střiacutedaveacuteho vstupniacuteho napětiacute Jakyacute to maacute vliv na tvar vyacutestupniacuteho
napětiacute 5 Urči zesilovaciacute činitel 6 Je vyacutestupniacute signaacutel bdquozkreslenyacuteldquo Co je přiacutečinou
57
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
58
59
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač
2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač
60
b) Tranzistor jako zesilovač
3 Zaacutevěr a)Tranzistor jako spiacutenač ndash z měřeniacute je patrneacute že se tranzistor otevře při překročeniacute napětiacute asi 07 V mezi baacuteziacute a editorem b)Tranzistor jako zesilovač ndash změřeniacute je patrneacute že tranzistor zesiluje napětiacute přibližně 23times Z měřeniacute je daacutele patrneacute že dochaacuteziacute ke zkresleniacute vstupniacuteho signaacutelu
61
Elektrickyacute proud v kapalinaacutech 79 ELEKTROLYacuteZA
Fyzikaacutelniacute princip Elektrolyacutezou nazyacutevaacuteme laacutetkoveacute změny vyvolaneacute při průchodu proudu elektrolytem na elektrodaacutech Faradayův zaacutekon Hmotnost m vyloučeneacute laacutetky je přiacutemo uacuteměrnaacute naacuteboji Q kteryacute prošel elektrolytem M = AQ = AmiddotImiddott Konstanta uacuteměrnosti A kteraacute je pro danou laacutetku charakteristickaacute se nazyacutevaacute elektrochemickyacute ekvivalent laacutetky Ciacutel Určit elektrochemickyacute ekvivalent mědi v roztoku siacuteranu měďnateacuteho CuSO4 Pomůcky LabQuest ampeacutermetr HCS-BTA žaacuterovka 24 V40 W naacutedoba s roztokem Cu2SO4 zdroj stejnosměrneacuteho napětiacute 24 V digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001
Scheacutema
62
Postup 1 Sestaviacuteme měřeniacute podle scheacutema Katodu připevniacuteme na stativ kteryacute stojiacute na digitaacutelniacutech
vahaacutech 2 Ampeacutermetr HCS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 LabQuestu a ten připojiacuteme přes
USB k PC 3 Digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001 připojiacuteme přes USB k PC 4 Zapneme LabQuest 5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 1 vzoreksekundu 6 Zapneme zdroj proudu 7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a nechaacuteme určitou dobu probiacutehat
měřeniacute
8 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 9 V grafu I = f (t) určiacuteme velikost naacuteboje Q kteryacute prošel obvodem pomociacute volby v menu
Analyacuteza - Integraacutel 10 Vypočiacutetaacuteme elektrochemickyacute ekvivalent mědi A (při elektrolyacuteze roztoku Cu2SO4)
zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pomociacute elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi spočiacutetejte Avogadrovu a Faradayovu
konstantu 2 Naměřeneacute hodnoty porovnejte s tabulkovyacutemi hodnotami 3 Zkus zopakovat měřeniacute s jinyacutem elektrolytem 4 Co může byacutet přiacutečinou naacuterůstu elektrickeacuteho proudu v průběhu měřeniacute (viz vyacuteše)
63
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu
3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
64
65
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu 0000002480
1210103 4
3 Zaacutevěr Elektrochemickyacute ekvivalent mědi měřeniacutem a vyacutepočtem vychaacuteziacute 0000000248 kgmiddotC-1 Tabulkovaacute hodnota elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi je A = 03310-6 kgC-1 Chyba měřeniacute je způsobenaacute nepřesnostiacute měřeniacute
66
67
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
710 MAGNETICKEacute POLE CIacuteVKY
Fyzikaacutelniacute princip
Magnetickaacute indukce uvnitř velmi dlouheacute ciacutevky maacute velikost l
INB kde I je velikost
proudu N je celkovyacute počet zaacutevitů a l je deacutelka ciacutevky
Ciacutel Ověřit zaacutevislost magnetickeacute indukce na velikosti proudu prochaacutezejiacuteciacuteho ciacutevkou Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω ampeacutermetr DCP-BTA teslametr MG-BTA ciacutevka 166 a 332 zaacutevitů regulovatelnyacute zdroj proudu a napětiacute BK 127
Scheacutema
68
Postup 1 Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme teslametr MG-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud
Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Magnetickou indukci a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 mT V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Regulovatelnyacutem zdrojem zvyšujeme napětiacute Kontrolujeme proud ndash max 06 A
Teslametrem měřiacuteme magnetickou indukci uvnitř ciacutevky
6 Vysloviacuteme zaacutevěr - jak zaacutevisiacute magnetickaacute indukce B na velikosti elektrickeacute proudu I
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Ze znalosti počtu zaacutevitů deacutelky ciacutevky a proudu spočiacutetej magnetickou indukci 2 Změň ciacutevku a opakuj měřeniacute 3 Změř jak se měniacute magnetickaacute indukce po podeacutelneacute ose ciacutevky při daneacute hodnotě proudu
69
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = helliphellip A N= 332 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
b) I = helliphellip A N= 166 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
70
3 Zaacutevěr
Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = helliphelliphelliphellip mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je měřeniacutem B = helliphelliphelliphellip mT Tyto hodnoty helliphelliphelliphelliphellip s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Jejich rovnice jsou B = helliphelliphelliphellipmiddotI a B = helliphelliphellipmiddotI
71
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = 05807 A N = 332 z l = 15 cm
mTl
INB 615115058070133104 7
b) I = 061 A N = 166 z l = 15 cm mT
lINB 8480
150610166104 7
72
3 Zaacutevěr Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = 1734 mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je B= 0835 mT Tyto hodnoty souhlasiacute s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je přiacutemaacute uacuteměrnost Jejich rovnice jsou B = 2906middotI a B = 1445middotI
73
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
711 MAGNETICKEacute POLE ZEMĚ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Stejně i Země maacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Zemskeacute magnetickeacute pole v ČR maacute magnetickou indukci 0048 mT Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole Země Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA stojan laboratorniacute uacutehloměr
74
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 03 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve vodorovneacute rovině
otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum (N a S magnetickyacute poacutel) Z maximaacutelniacutech hodnot odečteme vodorovnou amplitudu magnetickeacute indukce B Země
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve svisleacute rovině (N-S směr) otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum Maximaacutelniacute hodnota je hodnotou magnetickeacute indukce B Země
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči sklon indukčniacute čaacutery magnetickeacuteho pole u naacutes v ČR vzhledem k povrchu země 2 Teslametr upevniacuteme do stojanu Pod teslametr položiacuteme uacutehloměr
75
3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev Uacutehel Jednotky deg
4 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Podle kompasu nastaviacuteme teslametr na sever 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 7 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0deg a stiskneme OK 8 Teslametr otočiacuteme o 10deg 9 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 10 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 10deg a stiskneme OK 11 Opakujeme body 8 9 a 10 pro 20deg 30deg 40deg hellip 360deg 12 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 13 Měřeniacute zopakujeme v horizontaacutelniacute rovině v bdquoN ndash Sldquo směru 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
76
77
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
78
79
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(t)
2 Zaacutevěr Velikost vektoru magnetickeacute indukce vychaacuteziacute přibližně B = 005 mT Tento vektor maacute vzhledem k vodorovneacutemu směru uacutehel sklonu 60deg
80
81
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
712 MAGNETICKEacute POLE MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT stojan laboratorniacute permanentniacute magnet
82
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně
přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k severniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně pohybujeme (asi 5 sekund) teslametrem kolmo k podeacutelneacute ose magnetu k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund) Uložiacuteme měřeniacute
83
6 Otevřeme novyacute soubor a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf
7 Zopakujeme měřeniacute pro magnet tvaru podkovy s teslametrem plusmn 140 mT
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev deacutelka
Jednotky cm 2 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Teslametr upevniacuteme do stojanu a postaviacuteme na okraj
magnetickeacuteho pole magnetu tvaru podkovy 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 5 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK 6 Teslametr posuneme o 1 cm 7 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 8 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 1 cm a stiskneme OK 9 Opakujeme body 7 8 a 9 pro 2cm 3 cm 4 cm hellip20 cm 10 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 11 Měřeniacute zopakujeme ve vertikaacutelniacute rovině magnetu (bdquoN ndash Sldquo) 12 Vysloviacuteme zaacutevěr
84
85
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
713 VLASTNOSTI FEROMAGNETICKYacuteCH
LAacuteTEK Fyzikaacutelniacute princip Budeme-li postupně zvětšovat proud I v ciacutevce s jaacutedrem z feromagnetickeacute laacutetky bude se postupně i magnetickaacute indukce B v jaacutedře zvětšovat
Relativniacute permeabilita μr feromagnetickyacutech laacutetek neniacute konstantniacute proto zaacutevislost B = f(I) neniacute lineaacuterniacute Grafem teacuteto zaacutevislosti je křivka ndash hystereacutezniacute smyčka
Hystereacutezniacute smyčka je důležitou charakteristikou feromagnetickyacutech laacutetek Podle tvaru křivky děliacuteme laacutetky na a) magneticky tvrdeacute - majiacute širokou hystereacutezniacute smyčku velkou hodnotu Br a jsou viacutece
odolnějšiacute vůči zmagnetovaacuteniacute (ocel s velkyacutem obsahem uhliacuteku hellip) Po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole zůstaacutevajiacute nadaacutele zmagnetovaacuteny a chovajiacute se jako permanentniacute magnet Jejich magnetickeacute pole lze zrušit pomociacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole opačneacute polarity (např do ciacutevky s jaacutedrem zavedeme proud opačneacuteho směru)
b) magneticky měkkeacute - materiaacutely s uacutezkou hystereacutezniacute smyčkou ktereacute se dajiacute snadno zmagnetovat (magnetofonoveacute paacutesky diskety hellip) Majiacute malou hodnotu Br což znamenaacute že po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole jejich vlastniacute magnetickeacute pole zanikaacute
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole ciacutevky s jaacutedrem v zaacutevislosti na velikosti proudu I Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT ampeacutermetr HCS-BTA stojan laboratorniacute ciacutevka 400 z různaacute jaacutedra regulovatelnyacute zdroj KXN 305D
86
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr plusmn140 mT ke vstupu CH1 LabQuestu Ke vstupu CH2 zapojiacuteme
ampeacutermetr HCS-BTA Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a připojiacuteme ho k USB PC 3 V programu LoggerPro v menu Data ndash Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme Naacutezev
magnetickaacute indukce Značka B Jednotka mT Rovnice Potential57 4 Na ose y zvoliacuteme magnetickaacute indukce a na ose x elektrickyacute proud 5 V menu Experiment ndash Sběr dat hellip zvoliacuteme bdquoNepřerušenyacute sběr datldquo Vzorkovaciacute
frekvence 10 vzorkůsekundu 6 Uvnitř ciacutevky je jaacutedro s feromagneticky měkkeacute oceli Vynulujeme senzor proudu a napětiacute
(teslametr plusmn140 mT) Teslametr přiložiacuteme těsně k jaacutedru (viz scheacutema) 7 Na regulovatelneacutem zdroji napětiacute zvětšujeme pomalu napětiacute až dosaacutehneme proud ciacutevkou
5 A Potom zase zmenšujeme napětiacute (proud) na bdquonululdquo Přepoacutelujeme poacutely zdroje pomociacute banaacutenků nebo dvojpoacutelovyacutem přepiacutenačem
87
8 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat v programu LoggerPro a opakujeme činnost v bodě 7 dvakraacutet Tiacutem se vykresliacute celaacute hystereacutezniacute smyčka Zastaviacuteme sběr dat tlačiacutetkem Stop v programu LoggerPro Uložiacuteme měřeniacute
9 Zopakujeme měřeniacute pro různaacute jaacutedra
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme různaacute jaacutedra z feromagneticky tvrdeacute oceli ndash např šroubovaacutek
2 Z grafu můžeme určit hodnotu zbytkoveacute magnetickeacute indukce Br 3 Proč je pro jaacutedra transformaacutetorů vyacutehodnějšiacute použiacutet feromagneticky měkkou ocel
88
89
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole 714 HALLŮV JEV
Fyzikaacutelniacute princip Hallův jev vznikaacute při průchodu proudu I tenkou polovodičovou destičkou (InSb InAs s odporem 001 až 20 Ohmů a tloušťky cca 01 mm jednaacute se o kompromis mezi maximem citlivost a mechanickeacute pevnosti) obdeacutelniacutekoveacuteho tvaru Při vloženiacute destičky do magnetickeacuteho pole skrze ni prochaacuteziacute indukčniacute tok a přeskupuje naacuteboje v destičce na jednu stranu Tak na bočniacutech stěnaacutech destičky vznikaacute napětiacute (tzv Hallovo napětiacute) ktereacute se daacute vypočiacutetat pomociacute vzorce UH = kIB kde k je konstanta (zahrnuje typ materiaacutelu a tloušťku destičky) I je stejnosměrnyacute proud a B je magnetickaacute indukce způsobenaacute magnetickyacutem polem
Ciacutel Pomociacute teslametru změřit jak zaacutevisiacute napětiacute UH na Hallově sondě na magnetickeacute indukci B magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA teslametr MG-BTA teslametr bdquoza paacuter korunldquo (viz doprovodnyacute text) permanentniacute magnet
90
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 a teslametr MG-BTA ke vstupu CH2
LabQuestu Na teslametru MG-BTA nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Voltmetr VP-BTA připojiacuteme k teslametru bdquoza paacuter korunldquo - je na něm zapojena Hallova sonda na napětiacute 3 V a protilehleacute vyacutevody z Hallovy sondy jsou vyvedeny pomociacute dvou vodičů Na nich budeme měřit UH pomociacute voltmetru VP-BTA LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 2 vzorkysekundu 4 Zapneme zdroj proudu na teslametru bdquoza paacuter korunldquo Vynulujeme oba senzory
Permanentniacute magnet přibliacutežiacuteme k teslametru MG-BTA a teslametru bdquoza paacuter korunldquo na vzdaacutelenost asi 2cm Digitaacutelniacute displej teslametru ukazuje hodnotu 5 mT (viz scheacutema)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem vzdalujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 1)
6 Pak otočiacuteme magnet o 180deg a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem přibližujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 2)
91
7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 8 Opakujeme měřeniacute pro různeacute Hallovy sondy
9 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash jakaacute je zaacutevislost UH na B jakaacute je citlivost
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kde se Hallova sonda použiacutevaacute 2 Jakyacute je rozsah teslametru MG-BTA a jakyacute teslametru bdquoza paacuter korunldquo 3 Zkus změřit magnetickou indukci magnetu bdquoparalelněldquo oběma teslametry U teslametru
bdquoza paacuter korunldquo vlož lineaacuterniacute funkci kteraacute přepočiacutetaacute UH na B
92
93
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
94
95
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr Z grafů je zřejmeacute že se jednaacute o přiacutemou uacuteměrnost Pro prvniacute (modryacute graf) Hallův senzor je rovnice přiacutemeacute uacuteměrnosti B=f(UH) = 333UH mT A pro druhyacute (červenyacute graf) Hallův senzor je rovnice B=f(UH) = 83UH mT
96
97
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
715 MAGNETICKYacute ZAacuteZNAM SIGNAacuteLŮ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickyacute zaacuteznam signaacutelů kteryacutem je uchovaacutevaacutena zvukovaacute či obrazovaacute informace nebo takeacute digitaacutelniacute informace zpracovanaacute počiacutetačem Magnetickyacute zaacuteznam je založen na trvaleacutem zmagnetovaacuteniacute vrstvy feromagnetika (např oxidu železa) naneseneacuteho na nosiči z plastickeacuteho materiaacutelu
Magnetickyacute zaacuteznam se uskutečňuje pomociacute zvlaacuteštniacuteho elektromagnetu ndash zaacuteznamoveacute hlavy
Ciacutel Proveacutest mazaacuteniacute magnetickyacute zaacuteznam sniacutemaacuteniacute a opětneacute mazaacuteniacute na nosič Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA permanentniacute magnet na mazaacuteniacute permanentniacute magnet na zaacuteznam svinovaciacute metr jako nosič zaznamenaneacuteho signaacutelu
98
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru MG-BTA
nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Deacutelka 10 s
Vzorkovaciacute frekvence 20 vzorkůsekunda 4 Nejdřiacuteve provedeme mazaacuteniacute na nosiči (svinovaciacute metr)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu (10 s) rovnoměrnyacutem
pohybem pomociacute teslametru provedeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů na nosiči
6 Provedeme zaacuteznam signaacutelů na nosiči (např čtyřikraacutet)
7 Zopakujeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů (jako v bodě 5) 8 Zopakujeme mazaacuteniacute a sniacutemaniacute (jako v bodě 4 a 5)
99
9 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej zaacuteznam různyacutem (S N) poacutelem permanentniacuteho magnetu Jak se změniacute průběh
signaacutelu 2 Vyzkoušej mazaacuteniacute a zaacuteznam na skutečnyacute nosič ndash paacutesek od videokazety 3 Vyzkoušej zaacuteznam na disketu
100
101
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
716 ELEKTROMAGNETICKAacute INDUKCE
Fyzikaacutelniacute princip Elektromagnetickaacute indukce je jev při ktereacutem vznikaacute elektrickeacute napětiacute ve vodiči změnou magnetickeacuteho pole v okoliacute vodiče (ciacutevky) Indukovaneacute napětiacute zaacutevisiacute na velikosti změny magnetickeacuteho pole i na rychlosti jeho změny
tU i
Indukovaneacute napětiacute maacute takovou polaritu že indukovanyacute proud vytvaacuteřiacute magnetickeacute pole s opačnyacutem směrem indukčniacutech čar než maacute magnetickeacute pole ktereacute indukci vyvolalo (Lenzův zaacutekon)
Ciacutel Změřit indukovaneacute napětiacute Ověřit na čem zaacutevisiacute Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA ciacutevka s jaacutedrem permanentniacute magnet
102
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu Roztočiacuteme permanentniacute magnet v těsneacutem okoliacute ciacutevky (jaacutedra)
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Opakujeme měřeniacute s rychlejšiacutem (pomalejšiacutem) otaacutečeniacutem magnetu 5 Vyměniacuteme magnet za bdquosilnějšiacuteldquo 6 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash na čem zaacutevisiacute indukovaneacute napětiacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkus ciacutevku s jinyacutem počtem zaacutevitů 2 Zkus pohybovat membraacutenou reproduktoru a měřit indukovaneacute napětiacute 3 Zkus napjatou strunu umiacutestit do magnetickeacuteho pole a na niacute měřit velikost indukovaneacuteho
napětiacute
103
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
717 DEMONSTRACE VOLNEacuteHO PAacuteDU MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Volnyacute paacuted je rovnoměrně zrychlenyacute pohyb volně padajiacuteciacuteho tělesa v bliacutezkosti země K měřeniacute pohybu volneacuteho paacutedu tělesa (magnetu) použijeme trubici z nevodiveacuteho materiaacutelu Na trubici jsou v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech navinuty ciacutevky ktereacute jsou navzaacutejem spojeneacute do seacuterie Spojeniacute ciacutevek připojiacuteme k voltmetru a zobraziacuteme časovyacute zaacuteznam napětiacute na jednotlivyacutech ciacutevkaacutech při pohybu magnetu trubiciacute vnitřkem jednotlivyacutech ciacutevek
Ciacutel Změřit časovyacute průběh indukovaneacuteho napětiacute při pohybu (volneacutem paacutedu) magnetu vnitřkem ciacutevek Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA neodymovyacute magnet (vaacuteleček) 2 m dlouhaacute PPR trubka 25x35 PN16 na ktereacute jsou navinuty ciacutevky (10 z) v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech
104
Scheacutema
105
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Sestaviacuteme obvod podle
scheacutema Voltmetr připojiacuteme ke koncům seacuterioveacuteho spojeniacute ciacutevek LabQuest připojiacuteme k PC přes USB
2 Zapneme LabQuest V programu Logger Pro v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 06 s Frekvence 1 000 vzorkůs Daacutele Trigger je rostouciacute přes 001 V
3 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat (měřeniacute) v programu Logger Pro Neodymovyacute magnet vložiacuteme do uacutestiacute PPR trubky a pustiacuteme
4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme časoveacute intervaly mezi jednotlivyacutemi průchody
magnetu Daacutele vypočiacutetaacuteme rychlosti v jednotlivyacutech intervalech Určiacuteme zrychleniacute mezi jednotlivyacutemi intervaly Přiacuteklad vyacutepočtu pro vyacuteše uvedeneacute měřeniacute
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyložte průběh zaacuteznamu z hlediska velikosti a polarity jednotlivyacutech napětiacute a jejich
umiacutestěniacute na ose času 2 Zopakuj měřeniacute s padajiacuteciacutem magnetem s opačnou orientaciacute poacutelů magnetu 3 Jak se změniacute časovyacute průběh při použitiacute delšiacuteho magnetu (viacutece vaacutelečků) 4 Zopakuj měřeniacute s tiacutem že konec trubky ucpeš gumovou zaacutetkou 5 Připoj k vyacutestupu signaacutelu z ciacutevek zesilovač a reproduktor a poslechem sleduj volnyacute paacuted
magnetu
106
107
Střiacutedavyacute proud 718 PŘECHODNYacute DĚJ Fyzikaacutelniacute princip Přechodnyacutem dějem v obvodu s kondenzaacutetorem nebo s ciacutevkou nazyacutevaacuteme skokovou změnu napětiacute a proudu na kondenzaacutetoru a ciacutevce Tuto změnu vyvolaacuteme sepnutiacutem nebo vypnutiacutem spiacutenače (přepiacutenače) Ciacutel Určit jak se měniacute napětiacute a proud v obvodu s kondenzaacutetorem a s ciacutevkou při přechodneacutem ději Pomůcky LabQuest ciacutevka 1 200 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr VP-BTA voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
a) b)
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr
DCP-BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema a)
108
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Zapojiacuteme obvod podle scheacutema b) 6 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 1 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 A Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a hned ho přepneme zpět
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zamysli se co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru (ciacutevky) ke zdroji
napětiacute a co se děje při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute k rezistoru Kde se to daacute využiacutet 2 Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Zkus to
vymyslet a potom ověř měřeniacutem
109
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
2 Doplňkoveacute otaacutezky a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k
rezistoru c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute
110
d) 4) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru
e) 5) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů f) 6) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
111
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 27 degC
Tlak 1008 hPa
Vlhkost 53
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
112
3 Doplňkoveacute otaacutezky
a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute dochaacuteziacute k jeho nabiacutejeniacute Na kondenzaacutetoru se akumuluje elektrickyacute naacuteboj (zvětšuje se jeho elektrickaacute energie) V okamžiku zapojeniacute bude obvodem prochaacutezet největšiacute elektrickyacute proud Nenabityacute kondenzaacutetor se zpočaacutetku chovaacute jako zkrat Čiacutem viacutece se však bude kondenzaacutetor nabiacutejet (bude v něm vzrůstat nahromaděnyacute naacuteboj) a poroste jeho napětiacute tiacutem menšiacute proud bude prochaacutezet obvodem
b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k rezistoru Po odpojeniacute obvodu od zdroje napětiacute se začiacutenaacute kondenzaacutetor vybiacutejet (chovaacute se jako zdroj) Elektrickaacute energie kterou kondenzaacutetor vybije se v rezistoru přeměniacute na teplo Teoreticky se kondenzaacutetor vybiacutejiacute nekonečně dlouhou dobu V okamžiku odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje napětiacute prochaacuteziacute obvodem velkyacute proud opačnyacutem směrem než při zapojeniacute ke zdroji napětiacute Napětiacute i proud postupně klesajiacute
c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute ciacutevky ke zdroji stejnosměrneacuteho napětiacute začne obvodem prochaacutezet proud kteryacute na ciacutevce způsobiacute indukovaacuteniacute napětiacute jež je uacuteměrneacute časoveacute změně magnetickeacuteho indukčniacuteho toku a s polaritou působiacuteciacute proti napětiacute zdroje Proud v obvodu se proto zvětšuje na svou maximaacutelniacute hodnotu jen postupně neboť čaacutest energie dodaacutevaneacute ze zdroje do obvodu se spotřebovaacutevaacute na vytvaacuteřeniacute magnetickeacuteho pole ciacutevky (indukovaneacute napětiacute na ciacutevce postupně klesaacute) Proud se ustaacuteliacute teprve v okamžiku kdy se časovaacute změna magnetickeacuteho indukčniacuteho toku bude rovna nule (to platiacute i pro indukovaneacute napětiacute na ciacutevce)
d) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru Po odpojeniacute ciacutevky od zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute se začne v ciacutevce indukovat napětiacute opačneacute polarity (může dosaacutehnout vyššiacutech hodnot než je napětiacute zdroje) než v předešleacute faacutezi ktereacute způsobiacute zpomaleniacute zaacuteniku magnetickeacuteho pole Směr toku proudu zůstaacutevaacute nezměněn Energie magnetickeacuteho pole ciacutevky se přeměniacute na rezistoru na teplo Proud i napětiacute tedy rychle ale postupně klesajiacute k nuloveacute hodnotě
e) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Kondenzaacutetor Čiacutem menšiacute odpor maacute rezistor tiacutem rychleji se kondenzaacutetor nabije a tiacutem rychleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor rychle vybije a vzniklyacute proud v obvodu rychle klesaacute Čiacutem většiacute odpor maacute rezistor tiacutem pomaleji se rezistor nabije a tiacutem pomaleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor vybije pomaleji a vzniklyacute proud v obvodu pozvolna klesaacute Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud Ciacutevka Čiacutem menšiacute odpor majiacute rezistory tiacutem pozvolněji klesaacute indukovaneacute napětiacute vznikleacute na ciacutevce při zapojeniacute ke zdroji Toteacutež platiacute pro elektrickyacute proud kteryacute se v tomto přiacutepadě ustaacuteliacute za delšiacute časovyacute okamžik Jinak je tomu v přiacutepadě že rezistory majiacute většiacute odpor Indukovaneacute napětiacute klesaacute rychleji a proud se v obvodu ustaacuteliacute na konstantniacute hodnotě za velmi kraacutetkou dobu Při odpojeniacute od zdroje klesajiacute proud a napětiacute v obou přiacutepadech přibližně stejně Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud
113
Kondenzaacutetor + rezistor 50 Ω + rezistor 200 ΩCiacutevka + rezistory 50 Ω + rezistory 200 Ω
114
f) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
Řada přechodnyacutech jevů je nežaacutedouciacute protože způsobiacute např kraacutetkodobeacute přetiacuteženiacute obvodu a tiacutem zkracujiacute životnost zařiacutezeniacute (zapnutiacute studeneacute žaacuterovky ndash naacuterazovyacute proud je až desetkraacutet většiacute než ustaacutelenyacute proud) Některeacute přechodneacute děje jsou však žaacutedouciacute a některeacute obvody jsou přiacutemo na využitiacute přechodnyacutech dějů založeny (generaacutetory klopneacute obvody) V elektronice existujiacute přechodneacute děje založeneacute na RC RL a RLC obvodech vzhledem k co možnaacute nejmenšiacutem použiacutevaacuteniacute ciacutevek majiacute největšiacute vyacuteznam při nabiacutejeniacute a vybiacutejeniacute kondenzaacutetory Obecně jsou v elektronice nejrozšiacuteřenějšiacute tepelneacute přechodneacute jevy V silnoproudeacute elektronice se měřiacute oteplovaciacute křivky elektrickyacutech strojů v počiacutetačoveacute technice se měřiacute otepleniacute hlavniacuteho procesoru měřeniacute teploty harddisku atd
115
Střiacutedavyacute proud 719 STŘIacuteDAVYacute PROUD S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem maacute časovyacute diagram napětiacute stejnou faacutezi (faacutezovyacute rozdiacutel je nulovyacute) jako časovyacute diagram proudu
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
116
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Um f Im T a (faacutezovyacute rozdiacutel) Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a u
5 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zakreslete faacutezorovyacute diagram 2 Určete z grafů velikost odporu rezistoru
117
Střiacutedavyacute proud 720 VYacuteKON STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem je okamžitaacute hodnota vyacutekonu p = ui = Ri2 = RIm
2sin2t
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem a zobrazit časovyacute diagram vyacutekonu Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
118
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Zvoliacuteme zaacuteložku tabulka V menu Tabulka zvoliacuteme Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec Naacutezev ndash
Vyacutekon Jednotka ndash W Tvar vyacuterazu XY Sloupec pro X ndash proud Sloupec pro Y ndash napětiacute
5 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Pm f Im T Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a p
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jakyacute je poměr frekvence okamžiteacute hodnoty vyacutekonu a okamžiteacute hodnoty proudu 2 Určete z grafu okamžiteacute hodnoty vyacutekonu středniacute hodnotu vyacutekonu P
119
Střiacutedavyacute proud 721 STŘIacuteDAVYacute PROUD S INDUKČNOSTIacute
Fyzikaacutelniacute princip
Induktance je veličina I
UX L Induktance XL je přiacutemo uacuteměrnaacute indukčnosti ciacutevky L a
frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute induktance indukčnost ciacutevky Ověřit že induktance na indukčnosti a frekvenci zaacutevisiacute přiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω voltmetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z a voltmetrem (ry) 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute
(Zesilovač)
120
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a indukčnosti Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z Vypočiacutetaacuteme induktanci XL Z induktance a frekvence vypočiacutetaacuteme indukčnost L
5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XL = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Miacutesto ciacutevky zapoj tlumivku (2times47 mH) a proveď stejneacute měřeniacute V čem se lišiacute zaacutevislost
XL = f(f) Proč se lišiacute
2 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na indukčnosti pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu
3 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty induktance pro vyššiacute frekvence 4 Zkus změřit přechodnyacute děj na indukčnosti
121
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900
1000 průměr
122
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr
2 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
123
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25degC
Tlak 1004 hPa
Vlhkost 53
3 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
RUL hellipstejnosměrnyacute obvod
IUL 22
ciacutevkyRZ fX L
2
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00364 01620 44510 (Rciacutevky) 00000 00000
100 09600 00096 00460 47917 17744 00028 200 09440 00094 00600 63559 45372 00036 300 09410 00094 00800 85016 72433 00038 400 09380 00094 00990 105544 95699 00038 500 09360 00094 01210 129274 121369 00039 600 09340 00093 01430 153105 146492 00039 700 09300 00093 01640 176344 170634 00039 800 09260 00093 01860 200864 195870 00039 900 09230 00092 02090 226436 222018 00039
1000 09160 00092 02290 250000 246006 00039 průměr 00037
124
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00367 00673 18338 (Rciacutevky) 00000 00000
100 63300 00633 15760 248973 248297 00395 200 59700 00597 26440 442881 442501 00352 300 55100 00551 35240 639564 639301 00339 400 49400 00494 43500 880567 880376 00350 500 42700 00427 50400 1180328 1180185 00376 600 34760 00348 56300 1619678 1619574 00430 700 26080 00261 61300 2350460 2350389 00534 800 15650 00157 65000 4153355 4153314 00826 900 07050 00071 66600 9446809 9446791 01671
1000 04850 00049 66800 13773196 13773184 02192 průměr 00747
4 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
Graf pro školniacute ciacutevku 400 zaacutevitů Ciacutevka neobsahuje jaacutedro induktance je teacuteměř přesně lineaacuterniacute funkciacute frekvence střiacutedaveacuteho napětiacute Konstantou uacuteměry je vyacuteraz 2πL kde L je indukčnost ciacutevky Indukčnost je teacutež konstantniacute Graf pro tlumivku 47 mH Induktance neniacute lineaacuterniacute funkciacute frekvence Přiacutečinou je jaacutedro na němž je namotaacuten vodivyacute draacutet ciacutevky Z toho důvodu nelze indukčnost ciacutevky L považovat za konstantniacute hodnotu
125
Střiacutedavyacute proud 722 STŘIacuteDAVYacute PROUD S KAPACITOU
Fyzikaacutelniacute princip
Kapacitance je veličina I
UX C Kapacitance XC je nepřiacutemo uacuteměrnaacute kapacitě
kondenzaacutetoru C a frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute kapacitance kapacitu kondenzaacutetoru Ověřit že kapacitance na kapacitě a frekvenci zaacutevisiacute nepřiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) rezistor 100 Ω voltmetr (y)
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetrem (ry)
126
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a kondenzaacutetoru Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme kapacitanci XC Z kapacitance a frekvence vypočiacutetaacuteme kapacitu C 5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XC = f(f) 8 Porovnej hodnotu kapacity vypočiacutetanou a jmenovitou
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru
2 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty kapacitance pro vyššiacute frekvence 3 Zkus změřit přechodnyacute děj na kondenzaacutetoru
127
Střiacutedavyacute proud 723 SLOŽENYacute OBVOD STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU
Fyzikaacutelniacute princip
Impedance je veličina I
UZ Při seacuterioveacutem spojeniacute prochaacuteziacute rezistorem ciacutevkou a
kondenzaacutetorem složenyacutem obvodem RLC stejnyacute proud i Ciacutel Určit pomociacute vyacutesledneacuteho napětiacute a proudu impedanci Z Určit jak zaacutevisiacute impedance Z na frekvenci f Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) voltmetr - multimetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetry
128
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a celkoveacute napětiacute Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z 5 Změniacuteme kmitočet na 400 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 800 Hz 1 200 Hz 10 000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti Z = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jak se měniacute impedance Z v zaacutevislosti na kmitočtu Zkus vysvětlit proč tomu tak je
2 Sestroj graf Z = f(f) podle vzorce 2
2 1
CLRZ
kde f (0 Hz 10 kHz)
R = 100 Ω C = 47 μF a L = 41 mH Porovnej grafy (naměřenyacute a teoretickyacute)
0000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
3 Kde se využiacutevaacute teacuteto zaacutevislosti Vysvětli Jak se změniacute tyto zaacutevislosti změniacuteme-li hodnotu kapacity nebo indukčnosti
4 Zkus změřit podobnou zaacutevislost Z = f(f) pro paralelniacute obvod RLC Pozor Vzhledem k maleacutemu vnitřniacutemu odporu ciacutevky L při niacutezkyacutech kmitočtech je potřeba zařadit k obvodu RLC seacuteriově rezistor 100 Ω
5 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute na rezistoru ciacutevce a kondenzaacutetoru a hodnotu proudu na rezistoru pomociacute druheacuteho LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute jednotlivyacutech napětiacute vzhledem k proudu
129
Střiacutedavyacute proud 724 USMĚRŇOVAČ Fyzikaacutelniacute princip V usměrňovači střiacutedaveacuteho proudu se využiacutevaacute zaacutekladniacute vlastnosti polovodičoveacute diody bdquopropustit proud pouze jedniacutem směremldquo K usměrněniacute se využiacutevaacute jednocestnyacute usměrňovač nebo dvoucestnyacute usměrňovač (Graetzovo zapojeniacute) K vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho zapojeniacute se použiacutevaacute kondenzaacutetor a tlumivka Ciacutel Určit průběh stejnosměrneacuteho pulzujiacuteciacuteho napětiacute po usměrněniacute jednocestnyacutem a dvoucestnyacutem usměrňovačem Daacutele pak určit průběh po vyhlazeniacute Pomůcky LabQuest ciacutevka 400 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF diody voltmetr VP-BTA multimetr zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute - transformaacutetor
Scheacutema
130
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Ke zdroji střiacutedaveacuteho napětiacute
(transformaacutetor ndash napětiacute maximaacutelně 6 V) připojiacuteme rezistor a k němu voltmetr (podle scheacutema) Multimetrem změřiacuteme efektivniacute hodnotu střiacutedaveacuteho napětiacute
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 004 s Frekvence 10 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V
3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Z grafu určiacuteme maximaacutelniacute
hodnotu (amplitudu) periodu a vypočiacutetaacuteme frekvenci Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 5 Zapojiacuteme jednocestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 6 Zapojiacuteme dvoucestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 7 Zapojiacuteme kondenzaacutetor a tlumivku a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty
131
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měniacuteme různeacute hodnoty kondenzaacutetorů a tlumivek 2 Proč v zapojeniacutech s diodou (diodami) dochaacuteziacute k poklesu napětiacute a jakou maacute tento pokles
velikost Čemu tato velikost odpoviacutedaacute 3 Popiš vliv kondenzaacutetoru a tlumivky na vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute Proč
se zapojujiacute paralelně (do seacuterie)
132
133
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
134
2 Tabulka Umax= Uef=
3 Zaacutevěr
135
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
2 Tabulka Umax= 45 V Uef= 32 V 3 Zaacutevěr Různeacute změny hodnot kondenzaacutetorů a tlumivek majiacute vliv na menšiacute nebo většiacute vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute V zapojeniacutech s diodami dochaacuteziacute k poklesu napětiacute přibližně 05 V a to z důvodu uacutebytku napětiacute na diodě (dvou diodaacutech u dvoucestneacuteho zapojeniacute) Kondenzaacutetor se při maximaacutelniacute hodnotě napětiacute nabiacutejiacute a při poklesu napětiacute vybiacutejiacute a dodaacutevaacute el energii v tomto okamžiku Tlumivka zapojenaacute v seacuterii braacuteniacute rychlyacutem změnaacutem napětiacute
136
137
Střiacutedavyacute proud v energetice
725 TROJFAacuteZOVAacute SOUSTAVA
Fyzikaacutelniacute princip Třiacutefaacutezoveacute napětiacute vznikaacute otaacutečeniacutem magnetu v soustavě třiacute ciacutevek (alternaacutetor) Maacuteme tedy tři zdroje střiacutedaveacuteho napětiacute ndash faacuteze Třiacutefaacutezovyacute rozvod lze využiacutet k zapojeniacute do hvězdy (a)) nebo k zapojeniacute do trojuacutehelniacuteku (b)) Faacutezoveacute napětiacute (u1 u2 u3) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 230 V) mezi středniacutem vodičem (N) a faacutezovyacutem vodičem (L1 L2 L3) Sdruženeacute napětiacute (u12 u13 u23) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 400 V) mezi libovolnyacutemi dvěma faacutezovyacutemi vodiči
Ciacutel Změřit časovyacute průběh napětiacute třiacute faacuteziacute v zapojeniacute do hvězdy Ověřit že součet napětiacute v každeacutem čase je nulovyacute Ověřit že poměr sdruženeacuteho a faacutezoveacuteho napětiacute je 173 times většiacute Pomůcky LabQuest zdroj třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute 3 rezistory 100 Ω 3 voltmetry VP-BTA
Scheacutema
138
Postup 1 Připojiacuteme 3 voltmetry VP-BTA ke vstupům CH1 CH2 a CH3 LabQuestu Zapojiacuteme
obvod podle scheacutema Na zdroji třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute nastaviacuteme hodnotu faacutezoveacuteho napětiacute do 5 V
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme v každeacutem časoveacutem okamžiku okamžiteacute hodnoty
napětiacute u1 u2 a u3 a provaacutediacuteme jejich součet ndash ověřujeme že součet je nulovyacute 6 Střiacutedavyacutem voltmetrem změřiacuteme sdruženeacute a faacutezoveacute napětiacute (efektivniacute hodnoty)
a vypočiacutetaacuteme jejich poměr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z grafu ndash časoveacuteho průběhu napětiacute urči o jakou čaacutest periody jsou posunuta napětiacute 2 Z grafu urči jakaacute je frekvence a perioda střiacutedavyacutech napětiacute 3 Jakyacute je poměr efektivniacute a maximaacutelniacute hodnoty faacutezoveacuteho střiacutedaveacuteho napětiacute ktereacute jsi
naměřil 4 Z grafu urči amplitudu sdruženeacuteho napětiacute a amplitudu faacutezoveacuteho napětiacute Jakyacute je jejich
poměr
139
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) =
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o helliphelliphellip periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = helliphelliphellip Hz Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = helliphelliphellip s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
140
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) =
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = V Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = helliphelliphellip
141
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = 0 V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = 410 V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) = 3 173
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o třetinu periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = 50 Hz
142
Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = 002 s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) = 2 14
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = 591 V
Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = 3 174
143
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
726 ELEKTROMAGNETICKYacute OSCILAacuteTOR
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacutem elektromagnetickyacutem oscilaacutetorem je obvod tvořenyacute ciacutevkou a kondenzaacutetorem - obvod LC nebo oscilačniacute obvod Kondenzaacutetor spojiacuteme se zdrojem stejnosměrneacuteho napětiacute 45 V (plochaacute baterie viz scheacutema) Přepiacutenačem připojiacuteme nabityacute kondenzaacutetorem k ciacutevce V obvodu vznikne elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Energie elektrickeacuteho pole kondenzaacutetoru se měniacute na energii magnetickeacuteho pole ciacutevky a naopak V oscilačniacutem obvodu nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute
Ciacutel Změřit napětiacute a proud v oscilačniacutem obvodu Ověřit elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute oscilačniacuteho obvodu je tlumeneacute Pomůcky LabQuest voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA kondenzaacutetor 2 200 microF ciacutevka s jaacutedrem 1 200 z přepiacutenač
Scheacutema
Postup 1 Voltmetr a ampeacutermetr zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Obvod zapojiacuteme podle scheacutema Přepiacutenač je v poloze bdquo1ldquo (kondenzaacutetor se nabiacutejiacute) 3 Zapneme LabQuest a připojiacuteme jej přes USB k PC
144
4 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Trvaacuteniacute 2 s Vzorkovaciacute frekvence 200 vzorkůsekundu Trigger zatrhneme Spuštěniacute triggeru když napětiacute je rostouciacute přes 005 V
5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme tlačiacutetko Sběr dat 6 Přepneme přepiacutenač do polohy bdquo2ldquo
7 Z grafu odečteme periodu kmitaacuteniacute Určiacuteme kmitočet 8 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změřiacuteme indukčnost L (multimetrem) a vypočiacutetaacuteme periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute
Porovnaacuteme s naměřenou hodnotou 2 Změň parametry součaacutestek (indukčnost kapacita) a zopakuj měřeniacute
145
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
T = helliphelliphellip s f = helliphelliphellip Hz 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
146
147
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
Naměřeneacute T = 0614 s f = 162 Hz Vypočiacutetaneacute L = 154 H C = 22 mF T= )(2 CL = 0366 s
3 Zaacutevěr V elektromagnetickeacutem oscilaacutetoru se přeměňuje elektrickaacute energie na energii magnetickeacuteho pole a naopak Nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Je zde patrnaacute analogie mezi ději mechanickyacutemi (kmitaacuteniacute) a elektromagnetickyacutemi
148
149
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
727 VLASTNOSTI ELEKTROMAGNETICKEacuteHO
VLNĚNIacute Fyzikaacutelniacute princip Magnetickeacute pole můžeme znaacutezornit pomociacute indukčniacutech čar
Elektrickeacute pole popisujeme elektrickyacutemi siločarami
Elektrickeacute a magnetickeacute pole spolu často souvisejiacute Mluviacuteme pak o elektromagnetickeacutem poli Elektromagnetickeacute vlny jsou přiacutečneacute a šiacuteřiacute se i ve vakuu Šiacuteřiacute se rychlostiacute světla Elektromagnetickyacutemi vlnami se přenaacutešejiacute signaacutely rozhlasu televize mobilniacutech telefonů atd I světlo je elektromagnetickeacute vlněniacute (zaacuteřeniacute)
Mezi frekvenciacute f vlnovou deacutelkou λ a rychlostiacute šiacuteřeniacute elektromagnetickeacuteho vlněniacute c (světla)
platiacute vzoreccf
Ciacutel Změřit vlnovou deacutelku elektromagnetickeacuteho vlněniacute Prokaacutezat polarizaci elektromagnetickeacute vlny
150
Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA bezdraacutetovyacute zvonek ndash tlačiacutetko pracujiacuteciacute na frekvenci 43392 MHz přijiacutemač s půlvlnnyacutem dipoacutelem (viz přiacutespěvek od Oldřicha Lepila)
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Pohybujeme rovnoměrnyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 1) 5 Z poloh maxim a minim určiacuteme vlnovou deacutelku 6 Uložiacuteme měřeniacute 7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Pohybujeme rovnoměrnyacutem otaacutečivyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 2) 9 Stejnou vlastnost můžeme ukaacutezat tak že mezi vysiacutelač a přijiacutemač vložiacuteme mřiacutežku kterou
otaacutečiacuteme v rovině kolmeacute ke směru šiacuteřeniacute vlněniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash vlnovaacute deacutelka a polarizace elektromagnetickeacuteho vlněniacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej jak zaacutevisiacute velikost naměřeneacuteho napětiacute na vzdaacutelenosti vysiacutelače od přijiacutemače 2 Pomociacute mřiacutežky nebo plechu vyzkoušej odraz vlněniacute (a interferenci)
16
17
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25 degC
Tlak 998 hPa
Vlhkost 53
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty U = 481 V Q = 0010036 C
UQC F002150
814010360
3 Zaacutevěr
Jmenovitaacute hodnota kapacity kondenzaacutetoru je 2 200microF Změřenaacute a vypočiacutetanaacute je 2 150 microF
18
19
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole 73 VYBIacuteJENIacute KONDENZAacuteTORŮ
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q = f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Změřit vybiacutejeciacute křivku kondenzaacutetoru Určit kapacitu kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 1 kΩ 2 ks kondenzaacutetory 2 200 μF voltmetr VP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry DVP-BTA ke vstupu CH1 a CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod
podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 30 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 1 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
20
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač podle scheacutema a po sekundě (odhadneme) přepneme přepiacutenač opačně
5 Měřeniacute uložiacuteme Opakujeme pro dva kondenzaacutetory zapojeneacute paralelně a do seacuterie 6 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V (začaacutetek měřeniacute) 7 Vytvořiacuteme novou vypočiacutetaacutevanou veličinu I = UR (R = 1 000 Ω) 8 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q = C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
9 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči rovnici funkce U = f (t) přiacutepadně I = f (t) 2 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 3 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 10 kΩ)
21
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
CeAU tB = helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
22
23
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
598100324 23750 ttB eCeAU (červenyacute graf) 3 Zaacutevěr
Napětiacute na kondenzaacutetoru při vybiacutejeniacute klesaacute podle exponenciaacutelniacute funkce
24
25
Elektrickyacute proud v kovech 74 OHMŮV ZAacuteKON
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon Pokud maacute kovovyacute vodič staacutelou teplotu je proud prochaacutezejiacuteciacute vodičem přiacutemo uacuteměrnyacute napětiacute mezi konci vodiče (r 1826 GSOhm) Grafem přiacutemeacute uacuteměrnostiacute je přiacutemka prochaacutezejiacuteciacute počaacutetkem Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky a rezistory 12 Ω 33 Ω a 100 Ω Pomůcky LabQuest rezistor 33 Ω a 100 Ω žaacuterovka 6 V03 A voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 60 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme napětiacute
Vlevo 0 Vpravo 6 V Na ose y zvoliacuteme Elektrickyacute proud a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 06 A V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
26
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Reostatem pomalu zvyšujeme napětiacute a proud Hodnota napětiacute nesmiacute překročit 5 V a
proudu 06 A Zobrazuje se tzv voltampeacuterovaacute charakteristika Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro rezistor 33 Ω a pro žaacuterovku
7 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Platiacute Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky 2 Porovnej voltampeacuteroveacute charakteristiky rezistorů s různyacutemi hodnotami odporů 3 Zkus vymyslet jak ověřiacuteš že Ohmův zaacutekon platiacute i pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky
27
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
a) pro žaacuterovku
b) pro vodič
28
2 Zaacutevěr
29
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
pro žaacuterovku a pro vodič (rezistor)
2 Zaacutevěr Pro žaacuterovku nevychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) protože se teplota wolframoveacuteho vlaacutekna měniacute a tiacutem i jeho odpor Pro rezistory (vodič) vychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) Sklon polopřiacutemky zaacutevisiacute na odporu vodiče ndash čiacutem je odpor většiacute tiacutem je sklon menšiacute
30
31
Elektrickyacute proud v kovech
75 OHMŮV ZAacuteKON PRO UZAVŘENYacute OBVOD
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Proud v uzavřeneacutem obvodu je roven podiacutelu elektromotorickeacuteho napětiacute Ue zdroje a celkoveacuteho odporu R + Ri kde Ri je vnitřniacute odpor zdroje
i
e
RRUI
Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat 100 Ω a 10 kΩ
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema
32
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Elektrickeacute napětiacute a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 V V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat - Ampeacutermetr Reostat 100 Ω a 10 kΩ nastaviacuteme na max hodnoty odporu
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Sepneme spiacutenač 5 Reostatem 10 kΩ pomalu (10 s) zvětšujeme proud (hodnota odporu na min) Jakmile
reostat 10 kΩ vytočiacuteme do krajniacute polohy (min) pokračujeme stejně reostatem 100 Ω do krajniacute polohy (min) Hodnota proudu nesmiacute překročit 06 A což při napětiacute 45 V zajistiacute rezistor 10 Ω Zobrazuje se tzv zatěžovaciacute charakteristika zdroje Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro různě stareacute plocheacute baterie
7 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku Napětiacute
Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute Určiacuteme koeficienty lineaacuterniacute funkce Opakujeme pro všechny grafy
8 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona pro uzavřenyacute obvod)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z koeficientů lineaacuterniacutech funkciacute určete napětiacute napraacutezdno U0 a zkratovyacute proud Ik Daacutele
určete vnitřniacute odpor Ri plocheacute baterie noveacute a stareacute 2 Vnitřniacute odpor plocheacute baterie se staacuteřiacutem zvětšuje Jak se to projevuje na zatěžovaciacute
charakteristice
33
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
1 Vyacutepočet a) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip
b) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip 2 Zaacutevěr
34
35
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
2 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
3 Vyacutepočet a) U = f(I)= -09126I+4925 U0=4925 V Ik=54 A Ri=09126 b) U = f(I)= -5011I+445 U0=445 V Ik=089 A Ri=5011 c) U = f(I)= -RiI+U0= -4244I+4132 U0=4132V Ik=097 A Ri=4244 4 Zaacutevěr Novaacute plochaacute baterie maacute většiacute svorkoveacute napětiacute na praacutezdno U0 většiacute zkratovyacute proud Ik a menšiacute vnitřniacute odpor Ri U staršiacute (reacute) plocheacute baterie je to naopak
36
37
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 76 TERMISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Termistor je polovodičovaacute součaacutestka jejiacutež odpor zaacutevisiacute na teplotě
Z teorie vyplyacutevaacute že zaacutevislost odporu termistoru na teplotě je daacutena vztahem
16273 tT eAeAR
(1) T hellip termodynamickaacute teplota R hellip odpor termistoru při daneacute teplotě T A hellip lineaacuterniacute koeficient β hellip index citlivosti materiaacutelu termistoru Pokud bychom chtěli využiacutevat termistor jako teploměr budeme potřebovat znaacutet inverzniacute funkci (2) tedy funkci vyjadřujiacuteciacute zaacutevislost teploty na odporu Tuto funkci ziacuteskaacuteme z rovnice (1) aplikovaacuteniacutem přirozeneacuteho logaritmu naacuteslednou uacutepravou a převedeniacutem do Celsiovy stupnice
15273ln
15273lnln
ARAR
t (2)
t hellip teplota ve degC R hellip odpor termistoru v Ω Ciacutel Změř zaacutevislost odporu termistoru na teplotě Z grafu urči konstanty A a β
38
Pomůcky LabQuest ohmmetr (musiacute byacutet nainstalovaacuten) teploměr TMP-BTA rychlovarnaacute konvice s horkou vodou termistory se jmenovitou hodnotou odporu 47 kΩ 10 kΩ 15 kΩ počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 V konvici si ohřejeme vodu 2 Teploměr TMP-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 2 a ohmmetr do konektoru CH 1
LabQuestu 3 K ohmmetru připojiacuteme termistor (10 kΩ) kteryacute zastrčiacuteme společně s teploměrem do
kaacutedinky 4 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 5 Zapneme LabQuest 6 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko
zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance) 7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s
Frekvence 1 čteniacutes 8 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a
na osu x Teplotu
39
9 Nalejeme horkou vodu z konvice do kaacutedinky s teploměrem a termistorem a zapneme Sběr dat v programu LoggerPro
10 Voda postupně chladne a počiacutetač vykresluje graf zaacutevislosti R = f(t) Ochlazovaacuteniacute můžeme pomalu urychlovat opatrnyacutem přileacutevaacuteniacutem studeneacute vody a současnyacutem miacutechaacuteniacutem Pro hlubšiacute ochlazeniacute můžeme použiacutet kousek ledu
11 Po skončeniacute měřeniacute (300 s) uložiacuteme toto měřeniacute do paměti ndash menu Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute a můžeme opakovat měřeniacute pro dalšiacute termistor Nebo při měřeniacute použiacutet současně dva ohmmetry (CH 2 a CH 3) a dva termistory
12 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash sestrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a β
2 V programu Logger Pro můžeme v menu Analyacuteza ndash Curve Fit zkusit proložit funkci kterou si vybereme ze seznamu A určiacuteme koeficienty A a β Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že zvolenaacute funkce bdquofungujeldquo
3 Zdůvodněte proč odpor termistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
40
41
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
3 Jakaacute je to funkce
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R )
Termistor
Termistor
Termistor
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
42
43
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
Termistory 15k 10k a 4k7 dosahujiacute jmenoviteacute hodnoty přibližně při 25 degC Termistory s většiacutem jmenovityacutem odporem majiacute při stejně velkeacute změně teploty většiacute změnu odporu Index citlivosti materiaacutelu je přibližně stejnyacute
3 Jakaacute je to funkce
Exponenciaacutelniacute klesajiacuteciacute 16273 tT eAeAR
44
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R ) Termistor 15000Ω 3285 02388 15273
3285
23880 teR 15273
23880lnln3285
R
t
Termistor 10000Ω 3592 005836 15273
3592
058360 teR 15273
058360lnln3592
R
t
Termistor 4700 Ω 3545 003204 15273
3545
032040 teR 15273
032040lnln3545
R
t
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
S rostouciacute teplotou se rychle zvětšuje hustota volnyacutech bdquovytřesenyacutechldquo elektronů z vazeb a tiacutem rezistivita rychle klesaacute
45
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 77 FOTOREZISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Fotorezistor (dřiacuteve označovaacuten jako fotoodpor) je pasivniacute elektrotechnickaacute součaacutestka bez PN přechodu jejiacutež elektrickyacute odpor R se snižuje se zvyšujiacuteciacutem se osvětleniacutem E resp elektrickaacute vodivost G se zvyšuje
Princip fotorezistoru je založen na vnitřniacutem fotoelektrickeacutem jevu světlo (foton) naraziacute do elektronu ve valenčniacute sfeacuteře a předaacute mu svoji energii tiacutem elektron ziacuteskaacute dostatek energie k překonaacuteniacute zakaacutezaneacuteho paacutesu a skočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho Tiacutem opustiacute svůj atom a pohybuje se jako volnyacute elektron prostorem krystaloveacute mřiacutežky Na jeho miacutestě vznikla diacutera Takto vznikleacute volneacute elektrony přispiacutevajiacute ke sniacuteženiacute elektrickeacuteho odporu R (zvyacutešeniacute elektrickeacute vodivosti G) Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost Funkce R = f(E) je funkce mocninnaacute R = AmiddotE-B Tuto funkci můžeme zlogaritmovat a převeacutest
na funkci lineaacuterniacute lnR= -BmiddotlnE + lnA nebo určit inverzniacute funkci BB RAE11
Inverzniacute
funkce může sloužit ke konstrukci luxmetru z fotorezistoru Ciacutel Změřit zaacutevislost odporu fotorezistoru na osvětleniacute Z grafu určit konstanty A a B
46
Pomůcky LabQuest 3 ohmmetry (ohmmetr musiacute byacutet nainstalovaacuten) luxmetr LS-BTA fotorezistory počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 Luxmetr LS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 Ohmmetry zapojiacuteme do konektorů
CH 2 CH 3 a CH4 LabQuestu 2 K ohmmetrům připojiacuteme fotorezistory 3 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 4 Zapneme LabQuest
47
5 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance)
6 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s Frekvence 1 čteniacutes
7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a na osu x Osvětleniacute
8 Těsně vedle fotorezistorů umiacutestiacuteme luxmetr 9 Budeme postupně viacutece a viacutece zakryacutevat papiacutery fotorezistory s luxmetrem Tiacutem dosaacutehneme
změnu osvětleniacute a odporu fotorezistorů Zastaviacuteme měřeniacute 10 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů 11 Provedeme analyacutezu grafů Určiacuteme konstanty mocninneacute funkce A a B Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash setrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a B
2 Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že určenaacute funkce bdquofungujeldquo 3 Zdůvodněte proč odpor fotorezistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
48
49
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy 3 Jakaacute je to funkce 4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute Fotorezistor středniacute Fotorezistor velkyacute
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E
50
51
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy Pro tři měřeneacute fotorezistory jsou průběhy funkciacute podobneacute U maleacuteho a středniacuteho fotorezistoru je pokles odporu R většiacute něž u velkeacuteho fotorezistoru při stejně velkeacute změně osvětleniacute E 3 Jakaacute je to funkce Funkce R=f(E) je funkce mocninnaacute R=AmiddotE-B Je to funkce klesajiacuteciacute
52
4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute 100100 07246 R=100100middotE-07246 381
11
7960821 RRAE BB
Fotorezistor středniacute 97030 08379 R=97030middotE-08379 1931
11
894688 RRAE BB
Fotorezistor velkyacute 30350 06885 R=30350middotE-06885 4521
11
3236193 RRAE BB
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem viacutece elektronů přeskočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho a tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost ndash zmenšuje se odpor R
53
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech
78 TRANZISTOR JAKO SPIacuteNAČ A ZESILOVAČ
Fyzikaacutelniacute princip Tranzistor je polovodičovaacute součaacutestka se dvěma přechody PN Středniacute čaacutest krystalu polovodiče je baacuteze B a přechody PN ji oddělujiacute od oblasti s opačnyacutem typem vodivosti kolektorem C a emitorem E Podle druhu vodivosti jednotlivyacutech čaacutestiacute označujeme tranzistory jako typy NPN a PNP
Zaacutekladniacute funkce tranzistoru Maleacute napětiacute v obvodu baacuteze vzbuzuje proud kteryacute je přiacutečinou mnohokraacutet většiacuteho proudu v obvodu kolektoroveacutem Tranzistor se použiacutevaacute jako bdquoelektronickyacute spiacutenačldquo a bdquozesilovačldquo
Ciacutel Ověřit činnost tranzistoroveacuteho spiacutenače a tranzistoroveacuteho zesilovače Pomůcky LabQuest dva voltmetry VP-BTA zapojeniacute tranzistoru jako spiacutenače a zesilovače (podle scheacutema) generaacutetor signaacutelu (může byacutet použit i druhyacute LabQuest se zesilovačem) baterie 45 V
54
Scheacutema
a) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquospiacutenačeldquo
b) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquozesilovačeldquo
55
Postup 1 Voltmetry zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquospiacutenačldquo podle scheacutema a) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1) a
UCE (U2) 3 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme trojuacutehelniacutekovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 5 V
4 Voltmetr U1 připojiacuteme mezi baacutezi a emitor (UBE) Voltmetr U2 připojiacuteme mezi kolektor a
emitor (UCE) 5 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 3 s Frekvence
10 000 čteniacutes 6 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
Tranzistor jako bdquospiacutenačldquo
7 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 8 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquozesilovačldquo podle scheacutema b) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1)
a UCE (U2) Potenciometrem P nastaviacuteme bdquopracovniacute bod tranzistoruldquo ndash UCE bude miacutet přibližně polovičniacute hodnotu napaacutejeciacuteho napětiacute (jestliže napětiacute zdroje je UB= 45 V rarr UCE= 225 V)
9 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme sinusovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 015 V 10 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 01 s Frekvence 10 000 čteniacutes
56
Tranzistor jako bdquozesilovačldquo
11 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 12 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 13 Určiacuteme jakyacute je poměr UCEUBE 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Při jakeacutem napětiacute UBE tranzistor bdquosepneldquo Jak dlouho probiacutehaacute bdquosepnutiacuteldquo (tranzistor jako
spiacutenač) 2 Zkus měnit kmitočet vstupniacuteho napětiacute zesilovače 3 Zkus měnit nastaveniacute pracovniacuteho bodu Jakyacute to maacute vliv na vyacutestupniacute signaacutel 4 Zkus měnit velikost střiacutedaveacuteho vstupniacuteho napětiacute Jakyacute to maacute vliv na tvar vyacutestupniacuteho
napětiacute 5 Urči zesilovaciacute činitel 6 Je vyacutestupniacute signaacutel bdquozkreslenyacuteldquo Co je přiacutečinou
57
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
58
59
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač
2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač
60
b) Tranzistor jako zesilovač
3 Zaacutevěr a)Tranzistor jako spiacutenač ndash z měřeniacute je patrneacute že se tranzistor otevře při překročeniacute napětiacute asi 07 V mezi baacuteziacute a editorem b)Tranzistor jako zesilovač ndash změřeniacute je patrneacute že tranzistor zesiluje napětiacute přibližně 23times Z měřeniacute je daacutele patrneacute že dochaacuteziacute ke zkresleniacute vstupniacuteho signaacutelu
61
Elektrickyacute proud v kapalinaacutech 79 ELEKTROLYacuteZA
Fyzikaacutelniacute princip Elektrolyacutezou nazyacutevaacuteme laacutetkoveacute změny vyvolaneacute při průchodu proudu elektrolytem na elektrodaacutech Faradayův zaacutekon Hmotnost m vyloučeneacute laacutetky je přiacutemo uacuteměrnaacute naacuteboji Q kteryacute prošel elektrolytem M = AQ = AmiddotImiddott Konstanta uacuteměrnosti A kteraacute je pro danou laacutetku charakteristickaacute se nazyacutevaacute elektrochemickyacute ekvivalent laacutetky Ciacutel Určit elektrochemickyacute ekvivalent mědi v roztoku siacuteranu měďnateacuteho CuSO4 Pomůcky LabQuest ampeacutermetr HCS-BTA žaacuterovka 24 V40 W naacutedoba s roztokem Cu2SO4 zdroj stejnosměrneacuteho napětiacute 24 V digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001
Scheacutema
62
Postup 1 Sestaviacuteme měřeniacute podle scheacutema Katodu připevniacuteme na stativ kteryacute stojiacute na digitaacutelniacutech
vahaacutech 2 Ampeacutermetr HCS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 LabQuestu a ten připojiacuteme přes
USB k PC 3 Digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001 připojiacuteme přes USB k PC 4 Zapneme LabQuest 5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 1 vzoreksekundu 6 Zapneme zdroj proudu 7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a nechaacuteme určitou dobu probiacutehat
měřeniacute
8 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 9 V grafu I = f (t) určiacuteme velikost naacuteboje Q kteryacute prošel obvodem pomociacute volby v menu
Analyacuteza - Integraacutel 10 Vypočiacutetaacuteme elektrochemickyacute ekvivalent mědi A (při elektrolyacuteze roztoku Cu2SO4)
zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pomociacute elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi spočiacutetejte Avogadrovu a Faradayovu
konstantu 2 Naměřeneacute hodnoty porovnejte s tabulkovyacutemi hodnotami 3 Zkus zopakovat měřeniacute s jinyacutem elektrolytem 4 Co může byacutet přiacutečinou naacuterůstu elektrickeacuteho proudu v průběhu měřeniacute (viz vyacuteše)
63
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu
3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
64
65
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu 0000002480
1210103 4
3 Zaacutevěr Elektrochemickyacute ekvivalent mědi měřeniacutem a vyacutepočtem vychaacuteziacute 0000000248 kgmiddotC-1 Tabulkovaacute hodnota elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi je A = 03310-6 kgC-1 Chyba měřeniacute je způsobenaacute nepřesnostiacute měřeniacute
66
67
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
710 MAGNETICKEacute POLE CIacuteVKY
Fyzikaacutelniacute princip
Magnetickaacute indukce uvnitř velmi dlouheacute ciacutevky maacute velikost l
INB kde I je velikost
proudu N je celkovyacute počet zaacutevitů a l je deacutelka ciacutevky
Ciacutel Ověřit zaacutevislost magnetickeacute indukce na velikosti proudu prochaacutezejiacuteciacuteho ciacutevkou Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω ampeacutermetr DCP-BTA teslametr MG-BTA ciacutevka 166 a 332 zaacutevitů regulovatelnyacute zdroj proudu a napětiacute BK 127
Scheacutema
68
Postup 1 Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme teslametr MG-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud
Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Magnetickou indukci a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 mT V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Regulovatelnyacutem zdrojem zvyšujeme napětiacute Kontrolujeme proud ndash max 06 A
Teslametrem měřiacuteme magnetickou indukci uvnitř ciacutevky
6 Vysloviacuteme zaacutevěr - jak zaacutevisiacute magnetickaacute indukce B na velikosti elektrickeacute proudu I
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Ze znalosti počtu zaacutevitů deacutelky ciacutevky a proudu spočiacutetej magnetickou indukci 2 Změň ciacutevku a opakuj měřeniacute 3 Změř jak se měniacute magnetickaacute indukce po podeacutelneacute ose ciacutevky při daneacute hodnotě proudu
69
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = helliphellip A N= 332 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
b) I = helliphellip A N= 166 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
70
3 Zaacutevěr
Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = helliphelliphelliphellip mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je měřeniacutem B = helliphelliphelliphellip mT Tyto hodnoty helliphelliphelliphelliphellip s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Jejich rovnice jsou B = helliphelliphelliphellipmiddotI a B = helliphelliphellipmiddotI
71
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = 05807 A N = 332 z l = 15 cm
mTl
INB 615115058070133104 7
b) I = 061 A N = 166 z l = 15 cm mT
lINB 8480
150610166104 7
72
3 Zaacutevěr Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = 1734 mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je B= 0835 mT Tyto hodnoty souhlasiacute s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je přiacutemaacute uacuteměrnost Jejich rovnice jsou B = 2906middotI a B = 1445middotI
73
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
711 MAGNETICKEacute POLE ZEMĚ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Stejně i Země maacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Zemskeacute magnetickeacute pole v ČR maacute magnetickou indukci 0048 mT Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole Země Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA stojan laboratorniacute uacutehloměr
74
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 03 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve vodorovneacute rovině
otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum (N a S magnetickyacute poacutel) Z maximaacutelniacutech hodnot odečteme vodorovnou amplitudu magnetickeacute indukce B Země
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve svisleacute rovině (N-S směr) otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum Maximaacutelniacute hodnota je hodnotou magnetickeacute indukce B Země
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči sklon indukčniacute čaacutery magnetickeacuteho pole u naacutes v ČR vzhledem k povrchu země 2 Teslametr upevniacuteme do stojanu Pod teslametr položiacuteme uacutehloměr
75
3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev Uacutehel Jednotky deg
4 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Podle kompasu nastaviacuteme teslametr na sever 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 7 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0deg a stiskneme OK 8 Teslametr otočiacuteme o 10deg 9 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 10 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 10deg a stiskneme OK 11 Opakujeme body 8 9 a 10 pro 20deg 30deg 40deg hellip 360deg 12 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 13 Měřeniacute zopakujeme v horizontaacutelniacute rovině v bdquoN ndash Sldquo směru 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
76
77
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
78
79
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(t)
2 Zaacutevěr Velikost vektoru magnetickeacute indukce vychaacuteziacute přibližně B = 005 mT Tento vektor maacute vzhledem k vodorovneacutemu směru uacutehel sklonu 60deg
80
81
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
712 MAGNETICKEacute POLE MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT stojan laboratorniacute permanentniacute magnet
82
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně
přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k severniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně pohybujeme (asi 5 sekund) teslametrem kolmo k podeacutelneacute ose magnetu k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund) Uložiacuteme měřeniacute
83
6 Otevřeme novyacute soubor a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf
7 Zopakujeme měřeniacute pro magnet tvaru podkovy s teslametrem plusmn 140 mT
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev deacutelka
Jednotky cm 2 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Teslametr upevniacuteme do stojanu a postaviacuteme na okraj
magnetickeacuteho pole magnetu tvaru podkovy 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 5 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK 6 Teslametr posuneme o 1 cm 7 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 8 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 1 cm a stiskneme OK 9 Opakujeme body 7 8 a 9 pro 2cm 3 cm 4 cm hellip20 cm 10 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 11 Měřeniacute zopakujeme ve vertikaacutelniacute rovině magnetu (bdquoN ndash Sldquo) 12 Vysloviacuteme zaacutevěr
84
85
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
713 VLASTNOSTI FEROMAGNETICKYacuteCH
LAacuteTEK Fyzikaacutelniacute princip Budeme-li postupně zvětšovat proud I v ciacutevce s jaacutedrem z feromagnetickeacute laacutetky bude se postupně i magnetickaacute indukce B v jaacutedře zvětšovat
Relativniacute permeabilita μr feromagnetickyacutech laacutetek neniacute konstantniacute proto zaacutevislost B = f(I) neniacute lineaacuterniacute Grafem teacuteto zaacutevislosti je křivka ndash hystereacutezniacute smyčka
Hystereacutezniacute smyčka je důležitou charakteristikou feromagnetickyacutech laacutetek Podle tvaru křivky děliacuteme laacutetky na a) magneticky tvrdeacute - majiacute širokou hystereacutezniacute smyčku velkou hodnotu Br a jsou viacutece
odolnějšiacute vůči zmagnetovaacuteniacute (ocel s velkyacutem obsahem uhliacuteku hellip) Po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole zůstaacutevajiacute nadaacutele zmagnetovaacuteny a chovajiacute se jako permanentniacute magnet Jejich magnetickeacute pole lze zrušit pomociacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole opačneacute polarity (např do ciacutevky s jaacutedrem zavedeme proud opačneacuteho směru)
b) magneticky měkkeacute - materiaacutely s uacutezkou hystereacutezniacute smyčkou ktereacute se dajiacute snadno zmagnetovat (magnetofonoveacute paacutesky diskety hellip) Majiacute malou hodnotu Br což znamenaacute že po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole jejich vlastniacute magnetickeacute pole zanikaacute
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole ciacutevky s jaacutedrem v zaacutevislosti na velikosti proudu I Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT ampeacutermetr HCS-BTA stojan laboratorniacute ciacutevka 400 z různaacute jaacutedra regulovatelnyacute zdroj KXN 305D
86
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr plusmn140 mT ke vstupu CH1 LabQuestu Ke vstupu CH2 zapojiacuteme
ampeacutermetr HCS-BTA Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a připojiacuteme ho k USB PC 3 V programu LoggerPro v menu Data ndash Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme Naacutezev
magnetickaacute indukce Značka B Jednotka mT Rovnice Potential57 4 Na ose y zvoliacuteme magnetickaacute indukce a na ose x elektrickyacute proud 5 V menu Experiment ndash Sběr dat hellip zvoliacuteme bdquoNepřerušenyacute sběr datldquo Vzorkovaciacute
frekvence 10 vzorkůsekundu 6 Uvnitř ciacutevky je jaacutedro s feromagneticky měkkeacute oceli Vynulujeme senzor proudu a napětiacute
(teslametr plusmn140 mT) Teslametr přiložiacuteme těsně k jaacutedru (viz scheacutema) 7 Na regulovatelneacutem zdroji napětiacute zvětšujeme pomalu napětiacute až dosaacutehneme proud ciacutevkou
5 A Potom zase zmenšujeme napětiacute (proud) na bdquonululdquo Přepoacutelujeme poacutely zdroje pomociacute banaacutenků nebo dvojpoacutelovyacutem přepiacutenačem
87
8 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat v programu LoggerPro a opakujeme činnost v bodě 7 dvakraacutet Tiacutem se vykresliacute celaacute hystereacutezniacute smyčka Zastaviacuteme sběr dat tlačiacutetkem Stop v programu LoggerPro Uložiacuteme měřeniacute
9 Zopakujeme měřeniacute pro různaacute jaacutedra
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme různaacute jaacutedra z feromagneticky tvrdeacute oceli ndash např šroubovaacutek
2 Z grafu můžeme určit hodnotu zbytkoveacute magnetickeacute indukce Br 3 Proč je pro jaacutedra transformaacutetorů vyacutehodnějšiacute použiacutet feromagneticky měkkou ocel
88
89
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole 714 HALLŮV JEV
Fyzikaacutelniacute princip Hallův jev vznikaacute při průchodu proudu I tenkou polovodičovou destičkou (InSb InAs s odporem 001 až 20 Ohmů a tloušťky cca 01 mm jednaacute se o kompromis mezi maximem citlivost a mechanickeacute pevnosti) obdeacutelniacutekoveacuteho tvaru Při vloženiacute destičky do magnetickeacuteho pole skrze ni prochaacuteziacute indukčniacute tok a přeskupuje naacuteboje v destičce na jednu stranu Tak na bočniacutech stěnaacutech destičky vznikaacute napětiacute (tzv Hallovo napětiacute) ktereacute se daacute vypočiacutetat pomociacute vzorce UH = kIB kde k je konstanta (zahrnuje typ materiaacutelu a tloušťku destičky) I je stejnosměrnyacute proud a B je magnetickaacute indukce způsobenaacute magnetickyacutem polem
Ciacutel Pomociacute teslametru změřit jak zaacutevisiacute napětiacute UH na Hallově sondě na magnetickeacute indukci B magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA teslametr MG-BTA teslametr bdquoza paacuter korunldquo (viz doprovodnyacute text) permanentniacute magnet
90
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 a teslametr MG-BTA ke vstupu CH2
LabQuestu Na teslametru MG-BTA nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Voltmetr VP-BTA připojiacuteme k teslametru bdquoza paacuter korunldquo - je na něm zapojena Hallova sonda na napětiacute 3 V a protilehleacute vyacutevody z Hallovy sondy jsou vyvedeny pomociacute dvou vodičů Na nich budeme měřit UH pomociacute voltmetru VP-BTA LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 2 vzorkysekundu 4 Zapneme zdroj proudu na teslametru bdquoza paacuter korunldquo Vynulujeme oba senzory
Permanentniacute magnet přibliacutežiacuteme k teslametru MG-BTA a teslametru bdquoza paacuter korunldquo na vzdaacutelenost asi 2cm Digitaacutelniacute displej teslametru ukazuje hodnotu 5 mT (viz scheacutema)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem vzdalujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 1)
6 Pak otočiacuteme magnet o 180deg a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem přibližujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 2)
91
7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 8 Opakujeme měřeniacute pro různeacute Hallovy sondy
9 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash jakaacute je zaacutevislost UH na B jakaacute je citlivost
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kde se Hallova sonda použiacutevaacute 2 Jakyacute je rozsah teslametru MG-BTA a jakyacute teslametru bdquoza paacuter korunldquo 3 Zkus změřit magnetickou indukci magnetu bdquoparalelněldquo oběma teslametry U teslametru
bdquoza paacuter korunldquo vlož lineaacuterniacute funkci kteraacute přepočiacutetaacute UH na B
92
93
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
94
95
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr Z grafů je zřejmeacute že se jednaacute o přiacutemou uacuteměrnost Pro prvniacute (modryacute graf) Hallův senzor je rovnice přiacutemeacute uacuteměrnosti B=f(UH) = 333UH mT A pro druhyacute (červenyacute graf) Hallův senzor je rovnice B=f(UH) = 83UH mT
96
97
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
715 MAGNETICKYacute ZAacuteZNAM SIGNAacuteLŮ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickyacute zaacuteznam signaacutelů kteryacutem je uchovaacutevaacutena zvukovaacute či obrazovaacute informace nebo takeacute digitaacutelniacute informace zpracovanaacute počiacutetačem Magnetickyacute zaacuteznam je založen na trvaleacutem zmagnetovaacuteniacute vrstvy feromagnetika (např oxidu železa) naneseneacuteho na nosiči z plastickeacuteho materiaacutelu
Magnetickyacute zaacuteznam se uskutečňuje pomociacute zvlaacuteštniacuteho elektromagnetu ndash zaacuteznamoveacute hlavy
Ciacutel Proveacutest mazaacuteniacute magnetickyacute zaacuteznam sniacutemaacuteniacute a opětneacute mazaacuteniacute na nosič Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA permanentniacute magnet na mazaacuteniacute permanentniacute magnet na zaacuteznam svinovaciacute metr jako nosič zaznamenaneacuteho signaacutelu
98
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru MG-BTA
nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Deacutelka 10 s
Vzorkovaciacute frekvence 20 vzorkůsekunda 4 Nejdřiacuteve provedeme mazaacuteniacute na nosiči (svinovaciacute metr)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu (10 s) rovnoměrnyacutem
pohybem pomociacute teslametru provedeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů na nosiči
6 Provedeme zaacuteznam signaacutelů na nosiči (např čtyřikraacutet)
7 Zopakujeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů (jako v bodě 5) 8 Zopakujeme mazaacuteniacute a sniacutemaniacute (jako v bodě 4 a 5)
99
9 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej zaacuteznam různyacutem (S N) poacutelem permanentniacuteho magnetu Jak se změniacute průběh
signaacutelu 2 Vyzkoušej mazaacuteniacute a zaacuteznam na skutečnyacute nosič ndash paacutesek od videokazety 3 Vyzkoušej zaacuteznam na disketu
100
101
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
716 ELEKTROMAGNETICKAacute INDUKCE
Fyzikaacutelniacute princip Elektromagnetickaacute indukce je jev při ktereacutem vznikaacute elektrickeacute napětiacute ve vodiči změnou magnetickeacuteho pole v okoliacute vodiče (ciacutevky) Indukovaneacute napětiacute zaacutevisiacute na velikosti změny magnetickeacuteho pole i na rychlosti jeho změny
tU i
Indukovaneacute napětiacute maacute takovou polaritu že indukovanyacute proud vytvaacuteřiacute magnetickeacute pole s opačnyacutem směrem indukčniacutech čar než maacute magnetickeacute pole ktereacute indukci vyvolalo (Lenzův zaacutekon)
Ciacutel Změřit indukovaneacute napětiacute Ověřit na čem zaacutevisiacute Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA ciacutevka s jaacutedrem permanentniacute magnet
102
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu Roztočiacuteme permanentniacute magnet v těsneacutem okoliacute ciacutevky (jaacutedra)
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Opakujeme měřeniacute s rychlejšiacutem (pomalejšiacutem) otaacutečeniacutem magnetu 5 Vyměniacuteme magnet za bdquosilnějšiacuteldquo 6 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash na čem zaacutevisiacute indukovaneacute napětiacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkus ciacutevku s jinyacutem počtem zaacutevitů 2 Zkus pohybovat membraacutenou reproduktoru a měřit indukovaneacute napětiacute 3 Zkus napjatou strunu umiacutestit do magnetickeacuteho pole a na niacute měřit velikost indukovaneacuteho
napětiacute
103
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
717 DEMONSTRACE VOLNEacuteHO PAacuteDU MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Volnyacute paacuted je rovnoměrně zrychlenyacute pohyb volně padajiacuteciacuteho tělesa v bliacutezkosti země K měřeniacute pohybu volneacuteho paacutedu tělesa (magnetu) použijeme trubici z nevodiveacuteho materiaacutelu Na trubici jsou v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech navinuty ciacutevky ktereacute jsou navzaacutejem spojeneacute do seacuterie Spojeniacute ciacutevek připojiacuteme k voltmetru a zobraziacuteme časovyacute zaacuteznam napětiacute na jednotlivyacutech ciacutevkaacutech při pohybu magnetu trubiciacute vnitřkem jednotlivyacutech ciacutevek
Ciacutel Změřit časovyacute průběh indukovaneacuteho napětiacute při pohybu (volneacutem paacutedu) magnetu vnitřkem ciacutevek Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA neodymovyacute magnet (vaacuteleček) 2 m dlouhaacute PPR trubka 25x35 PN16 na ktereacute jsou navinuty ciacutevky (10 z) v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech
104
Scheacutema
105
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Sestaviacuteme obvod podle
scheacutema Voltmetr připojiacuteme ke koncům seacuterioveacuteho spojeniacute ciacutevek LabQuest připojiacuteme k PC přes USB
2 Zapneme LabQuest V programu Logger Pro v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 06 s Frekvence 1 000 vzorkůs Daacutele Trigger je rostouciacute přes 001 V
3 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat (měřeniacute) v programu Logger Pro Neodymovyacute magnet vložiacuteme do uacutestiacute PPR trubky a pustiacuteme
4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme časoveacute intervaly mezi jednotlivyacutemi průchody
magnetu Daacutele vypočiacutetaacuteme rychlosti v jednotlivyacutech intervalech Určiacuteme zrychleniacute mezi jednotlivyacutemi intervaly Přiacuteklad vyacutepočtu pro vyacuteše uvedeneacute měřeniacute
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyložte průběh zaacuteznamu z hlediska velikosti a polarity jednotlivyacutech napětiacute a jejich
umiacutestěniacute na ose času 2 Zopakuj měřeniacute s padajiacuteciacutem magnetem s opačnou orientaciacute poacutelů magnetu 3 Jak se změniacute časovyacute průběh při použitiacute delšiacuteho magnetu (viacutece vaacutelečků) 4 Zopakuj měřeniacute s tiacutem že konec trubky ucpeš gumovou zaacutetkou 5 Připoj k vyacutestupu signaacutelu z ciacutevek zesilovač a reproduktor a poslechem sleduj volnyacute paacuted
magnetu
106
107
Střiacutedavyacute proud 718 PŘECHODNYacute DĚJ Fyzikaacutelniacute princip Přechodnyacutem dějem v obvodu s kondenzaacutetorem nebo s ciacutevkou nazyacutevaacuteme skokovou změnu napětiacute a proudu na kondenzaacutetoru a ciacutevce Tuto změnu vyvolaacuteme sepnutiacutem nebo vypnutiacutem spiacutenače (přepiacutenače) Ciacutel Určit jak se měniacute napětiacute a proud v obvodu s kondenzaacutetorem a s ciacutevkou při přechodneacutem ději Pomůcky LabQuest ciacutevka 1 200 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr VP-BTA voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
a) b)
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr
DCP-BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema a)
108
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Zapojiacuteme obvod podle scheacutema b) 6 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 1 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 A Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a hned ho přepneme zpět
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zamysli se co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru (ciacutevky) ke zdroji
napětiacute a co se děje při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute k rezistoru Kde se to daacute využiacutet 2 Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Zkus to
vymyslet a potom ověř měřeniacutem
109
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
2 Doplňkoveacute otaacutezky a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k
rezistoru c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute
110
d) 4) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru
e) 5) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů f) 6) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
111
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 27 degC
Tlak 1008 hPa
Vlhkost 53
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
112
3 Doplňkoveacute otaacutezky
a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute dochaacuteziacute k jeho nabiacutejeniacute Na kondenzaacutetoru se akumuluje elektrickyacute naacuteboj (zvětšuje se jeho elektrickaacute energie) V okamžiku zapojeniacute bude obvodem prochaacutezet největšiacute elektrickyacute proud Nenabityacute kondenzaacutetor se zpočaacutetku chovaacute jako zkrat Čiacutem viacutece se však bude kondenzaacutetor nabiacutejet (bude v něm vzrůstat nahromaděnyacute naacuteboj) a poroste jeho napětiacute tiacutem menšiacute proud bude prochaacutezet obvodem
b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k rezistoru Po odpojeniacute obvodu od zdroje napětiacute se začiacutenaacute kondenzaacutetor vybiacutejet (chovaacute se jako zdroj) Elektrickaacute energie kterou kondenzaacutetor vybije se v rezistoru přeměniacute na teplo Teoreticky se kondenzaacutetor vybiacutejiacute nekonečně dlouhou dobu V okamžiku odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje napětiacute prochaacuteziacute obvodem velkyacute proud opačnyacutem směrem než při zapojeniacute ke zdroji napětiacute Napětiacute i proud postupně klesajiacute
c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute ciacutevky ke zdroji stejnosměrneacuteho napětiacute začne obvodem prochaacutezet proud kteryacute na ciacutevce způsobiacute indukovaacuteniacute napětiacute jež je uacuteměrneacute časoveacute změně magnetickeacuteho indukčniacuteho toku a s polaritou působiacuteciacute proti napětiacute zdroje Proud v obvodu se proto zvětšuje na svou maximaacutelniacute hodnotu jen postupně neboť čaacutest energie dodaacutevaneacute ze zdroje do obvodu se spotřebovaacutevaacute na vytvaacuteřeniacute magnetickeacuteho pole ciacutevky (indukovaneacute napětiacute na ciacutevce postupně klesaacute) Proud se ustaacuteliacute teprve v okamžiku kdy se časovaacute změna magnetickeacuteho indukčniacuteho toku bude rovna nule (to platiacute i pro indukovaneacute napětiacute na ciacutevce)
d) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru Po odpojeniacute ciacutevky od zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute se začne v ciacutevce indukovat napětiacute opačneacute polarity (může dosaacutehnout vyššiacutech hodnot než je napětiacute zdroje) než v předešleacute faacutezi ktereacute způsobiacute zpomaleniacute zaacuteniku magnetickeacuteho pole Směr toku proudu zůstaacutevaacute nezměněn Energie magnetickeacuteho pole ciacutevky se přeměniacute na rezistoru na teplo Proud i napětiacute tedy rychle ale postupně klesajiacute k nuloveacute hodnotě
e) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Kondenzaacutetor Čiacutem menšiacute odpor maacute rezistor tiacutem rychleji se kondenzaacutetor nabije a tiacutem rychleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor rychle vybije a vzniklyacute proud v obvodu rychle klesaacute Čiacutem většiacute odpor maacute rezistor tiacutem pomaleji se rezistor nabije a tiacutem pomaleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor vybije pomaleji a vzniklyacute proud v obvodu pozvolna klesaacute Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud Ciacutevka Čiacutem menšiacute odpor majiacute rezistory tiacutem pozvolněji klesaacute indukovaneacute napětiacute vznikleacute na ciacutevce při zapojeniacute ke zdroji Toteacutež platiacute pro elektrickyacute proud kteryacute se v tomto přiacutepadě ustaacuteliacute za delšiacute časovyacute okamžik Jinak je tomu v přiacutepadě že rezistory majiacute většiacute odpor Indukovaneacute napětiacute klesaacute rychleji a proud se v obvodu ustaacuteliacute na konstantniacute hodnotě za velmi kraacutetkou dobu Při odpojeniacute od zdroje klesajiacute proud a napětiacute v obou přiacutepadech přibližně stejně Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud
113
Kondenzaacutetor + rezistor 50 Ω + rezistor 200 ΩCiacutevka + rezistory 50 Ω + rezistory 200 Ω
114
f) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
Řada přechodnyacutech jevů je nežaacutedouciacute protože způsobiacute např kraacutetkodobeacute přetiacuteženiacute obvodu a tiacutem zkracujiacute životnost zařiacutezeniacute (zapnutiacute studeneacute žaacuterovky ndash naacuterazovyacute proud je až desetkraacutet většiacute než ustaacutelenyacute proud) Některeacute přechodneacute děje jsou však žaacutedouciacute a některeacute obvody jsou přiacutemo na využitiacute přechodnyacutech dějů založeny (generaacutetory klopneacute obvody) V elektronice existujiacute přechodneacute děje založeneacute na RC RL a RLC obvodech vzhledem k co možnaacute nejmenšiacutem použiacutevaacuteniacute ciacutevek majiacute největšiacute vyacuteznam při nabiacutejeniacute a vybiacutejeniacute kondenzaacutetory Obecně jsou v elektronice nejrozšiacuteřenějšiacute tepelneacute přechodneacute jevy V silnoproudeacute elektronice se měřiacute oteplovaciacute křivky elektrickyacutech strojů v počiacutetačoveacute technice se měřiacute otepleniacute hlavniacuteho procesoru měřeniacute teploty harddisku atd
115
Střiacutedavyacute proud 719 STŘIacuteDAVYacute PROUD S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem maacute časovyacute diagram napětiacute stejnou faacutezi (faacutezovyacute rozdiacutel je nulovyacute) jako časovyacute diagram proudu
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
116
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Um f Im T a (faacutezovyacute rozdiacutel) Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a u
5 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zakreslete faacutezorovyacute diagram 2 Určete z grafů velikost odporu rezistoru
117
Střiacutedavyacute proud 720 VYacuteKON STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem je okamžitaacute hodnota vyacutekonu p = ui = Ri2 = RIm
2sin2t
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem a zobrazit časovyacute diagram vyacutekonu Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
118
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Zvoliacuteme zaacuteložku tabulka V menu Tabulka zvoliacuteme Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec Naacutezev ndash
Vyacutekon Jednotka ndash W Tvar vyacuterazu XY Sloupec pro X ndash proud Sloupec pro Y ndash napětiacute
5 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Pm f Im T Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a p
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jakyacute je poměr frekvence okamžiteacute hodnoty vyacutekonu a okamžiteacute hodnoty proudu 2 Určete z grafu okamžiteacute hodnoty vyacutekonu středniacute hodnotu vyacutekonu P
119
Střiacutedavyacute proud 721 STŘIacuteDAVYacute PROUD S INDUKČNOSTIacute
Fyzikaacutelniacute princip
Induktance je veličina I
UX L Induktance XL je přiacutemo uacuteměrnaacute indukčnosti ciacutevky L a
frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute induktance indukčnost ciacutevky Ověřit že induktance na indukčnosti a frekvenci zaacutevisiacute přiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω voltmetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z a voltmetrem (ry) 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute
(Zesilovač)
120
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a indukčnosti Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z Vypočiacutetaacuteme induktanci XL Z induktance a frekvence vypočiacutetaacuteme indukčnost L
5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XL = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Miacutesto ciacutevky zapoj tlumivku (2times47 mH) a proveď stejneacute měřeniacute V čem se lišiacute zaacutevislost
XL = f(f) Proč se lišiacute
2 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na indukčnosti pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu
3 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty induktance pro vyššiacute frekvence 4 Zkus změřit přechodnyacute děj na indukčnosti
121
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900
1000 průměr
122
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr
2 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
123
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25degC
Tlak 1004 hPa
Vlhkost 53
3 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
RUL hellipstejnosměrnyacute obvod
IUL 22
ciacutevkyRZ fX L
2
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00364 01620 44510 (Rciacutevky) 00000 00000
100 09600 00096 00460 47917 17744 00028 200 09440 00094 00600 63559 45372 00036 300 09410 00094 00800 85016 72433 00038 400 09380 00094 00990 105544 95699 00038 500 09360 00094 01210 129274 121369 00039 600 09340 00093 01430 153105 146492 00039 700 09300 00093 01640 176344 170634 00039 800 09260 00093 01860 200864 195870 00039 900 09230 00092 02090 226436 222018 00039
1000 09160 00092 02290 250000 246006 00039 průměr 00037
124
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00367 00673 18338 (Rciacutevky) 00000 00000
100 63300 00633 15760 248973 248297 00395 200 59700 00597 26440 442881 442501 00352 300 55100 00551 35240 639564 639301 00339 400 49400 00494 43500 880567 880376 00350 500 42700 00427 50400 1180328 1180185 00376 600 34760 00348 56300 1619678 1619574 00430 700 26080 00261 61300 2350460 2350389 00534 800 15650 00157 65000 4153355 4153314 00826 900 07050 00071 66600 9446809 9446791 01671
1000 04850 00049 66800 13773196 13773184 02192 průměr 00747
4 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
Graf pro školniacute ciacutevku 400 zaacutevitů Ciacutevka neobsahuje jaacutedro induktance je teacuteměř přesně lineaacuterniacute funkciacute frekvence střiacutedaveacuteho napětiacute Konstantou uacuteměry je vyacuteraz 2πL kde L je indukčnost ciacutevky Indukčnost je teacutež konstantniacute Graf pro tlumivku 47 mH Induktance neniacute lineaacuterniacute funkciacute frekvence Přiacutečinou je jaacutedro na němž je namotaacuten vodivyacute draacutet ciacutevky Z toho důvodu nelze indukčnost ciacutevky L považovat za konstantniacute hodnotu
125
Střiacutedavyacute proud 722 STŘIacuteDAVYacute PROUD S KAPACITOU
Fyzikaacutelniacute princip
Kapacitance je veličina I
UX C Kapacitance XC je nepřiacutemo uacuteměrnaacute kapacitě
kondenzaacutetoru C a frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute kapacitance kapacitu kondenzaacutetoru Ověřit že kapacitance na kapacitě a frekvenci zaacutevisiacute nepřiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) rezistor 100 Ω voltmetr (y)
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetrem (ry)
126
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a kondenzaacutetoru Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme kapacitanci XC Z kapacitance a frekvence vypočiacutetaacuteme kapacitu C 5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XC = f(f) 8 Porovnej hodnotu kapacity vypočiacutetanou a jmenovitou
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru
2 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty kapacitance pro vyššiacute frekvence 3 Zkus změřit přechodnyacute děj na kondenzaacutetoru
127
Střiacutedavyacute proud 723 SLOŽENYacute OBVOD STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU
Fyzikaacutelniacute princip
Impedance je veličina I
UZ Při seacuterioveacutem spojeniacute prochaacuteziacute rezistorem ciacutevkou a
kondenzaacutetorem složenyacutem obvodem RLC stejnyacute proud i Ciacutel Určit pomociacute vyacutesledneacuteho napětiacute a proudu impedanci Z Určit jak zaacutevisiacute impedance Z na frekvenci f Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) voltmetr - multimetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetry
128
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a celkoveacute napětiacute Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z 5 Změniacuteme kmitočet na 400 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 800 Hz 1 200 Hz 10 000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti Z = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jak se měniacute impedance Z v zaacutevislosti na kmitočtu Zkus vysvětlit proč tomu tak je
2 Sestroj graf Z = f(f) podle vzorce 2
2 1
CLRZ
kde f (0 Hz 10 kHz)
R = 100 Ω C = 47 μF a L = 41 mH Porovnej grafy (naměřenyacute a teoretickyacute)
0000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
3 Kde se využiacutevaacute teacuteto zaacutevislosti Vysvětli Jak se změniacute tyto zaacutevislosti změniacuteme-li hodnotu kapacity nebo indukčnosti
4 Zkus změřit podobnou zaacutevislost Z = f(f) pro paralelniacute obvod RLC Pozor Vzhledem k maleacutemu vnitřniacutemu odporu ciacutevky L při niacutezkyacutech kmitočtech je potřeba zařadit k obvodu RLC seacuteriově rezistor 100 Ω
5 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute na rezistoru ciacutevce a kondenzaacutetoru a hodnotu proudu na rezistoru pomociacute druheacuteho LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute jednotlivyacutech napětiacute vzhledem k proudu
129
Střiacutedavyacute proud 724 USMĚRŇOVAČ Fyzikaacutelniacute princip V usměrňovači střiacutedaveacuteho proudu se využiacutevaacute zaacutekladniacute vlastnosti polovodičoveacute diody bdquopropustit proud pouze jedniacutem směremldquo K usměrněniacute se využiacutevaacute jednocestnyacute usměrňovač nebo dvoucestnyacute usměrňovač (Graetzovo zapojeniacute) K vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho zapojeniacute se použiacutevaacute kondenzaacutetor a tlumivka Ciacutel Určit průběh stejnosměrneacuteho pulzujiacuteciacuteho napětiacute po usměrněniacute jednocestnyacutem a dvoucestnyacutem usměrňovačem Daacutele pak určit průběh po vyhlazeniacute Pomůcky LabQuest ciacutevka 400 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF diody voltmetr VP-BTA multimetr zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute - transformaacutetor
Scheacutema
130
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Ke zdroji střiacutedaveacuteho napětiacute
(transformaacutetor ndash napětiacute maximaacutelně 6 V) připojiacuteme rezistor a k němu voltmetr (podle scheacutema) Multimetrem změřiacuteme efektivniacute hodnotu střiacutedaveacuteho napětiacute
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 004 s Frekvence 10 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V
3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Z grafu určiacuteme maximaacutelniacute
hodnotu (amplitudu) periodu a vypočiacutetaacuteme frekvenci Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 5 Zapojiacuteme jednocestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 6 Zapojiacuteme dvoucestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 7 Zapojiacuteme kondenzaacutetor a tlumivku a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty
131
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měniacuteme různeacute hodnoty kondenzaacutetorů a tlumivek 2 Proč v zapojeniacutech s diodou (diodami) dochaacuteziacute k poklesu napětiacute a jakou maacute tento pokles
velikost Čemu tato velikost odpoviacutedaacute 3 Popiš vliv kondenzaacutetoru a tlumivky na vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute Proč
se zapojujiacute paralelně (do seacuterie)
132
133
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
134
2 Tabulka Umax= Uef=
3 Zaacutevěr
135
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
2 Tabulka Umax= 45 V Uef= 32 V 3 Zaacutevěr Různeacute změny hodnot kondenzaacutetorů a tlumivek majiacute vliv na menšiacute nebo většiacute vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute V zapojeniacutech s diodami dochaacuteziacute k poklesu napětiacute přibližně 05 V a to z důvodu uacutebytku napětiacute na diodě (dvou diodaacutech u dvoucestneacuteho zapojeniacute) Kondenzaacutetor se při maximaacutelniacute hodnotě napětiacute nabiacutejiacute a při poklesu napětiacute vybiacutejiacute a dodaacutevaacute el energii v tomto okamžiku Tlumivka zapojenaacute v seacuterii braacuteniacute rychlyacutem změnaacutem napětiacute
136
137
Střiacutedavyacute proud v energetice
725 TROJFAacuteZOVAacute SOUSTAVA
Fyzikaacutelniacute princip Třiacutefaacutezoveacute napětiacute vznikaacute otaacutečeniacutem magnetu v soustavě třiacute ciacutevek (alternaacutetor) Maacuteme tedy tři zdroje střiacutedaveacuteho napětiacute ndash faacuteze Třiacutefaacutezovyacute rozvod lze využiacutet k zapojeniacute do hvězdy (a)) nebo k zapojeniacute do trojuacutehelniacuteku (b)) Faacutezoveacute napětiacute (u1 u2 u3) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 230 V) mezi středniacutem vodičem (N) a faacutezovyacutem vodičem (L1 L2 L3) Sdruženeacute napětiacute (u12 u13 u23) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 400 V) mezi libovolnyacutemi dvěma faacutezovyacutemi vodiči
Ciacutel Změřit časovyacute průběh napětiacute třiacute faacuteziacute v zapojeniacute do hvězdy Ověřit že součet napětiacute v každeacutem čase je nulovyacute Ověřit že poměr sdruženeacuteho a faacutezoveacuteho napětiacute je 173 times většiacute Pomůcky LabQuest zdroj třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute 3 rezistory 100 Ω 3 voltmetry VP-BTA
Scheacutema
138
Postup 1 Připojiacuteme 3 voltmetry VP-BTA ke vstupům CH1 CH2 a CH3 LabQuestu Zapojiacuteme
obvod podle scheacutema Na zdroji třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute nastaviacuteme hodnotu faacutezoveacuteho napětiacute do 5 V
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme v každeacutem časoveacutem okamžiku okamžiteacute hodnoty
napětiacute u1 u2 a u3 a provaacutediacuteme jejich součet ndash ověřujeme že součet je nulovyacute 6 Střiacutedavyacutem voltmetrem změřiacuteme sdruženeacute a faacutezoveacute napětiacute (efektivniacute hodnoty)
a vypočiacutetaacuteme jejich poměr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z grafu ndash časoveacuteho průběhu napětiacute urči o jakou čaacutest periody jsou posunuta napětiacute 2 Z grafu urči jakaacute je frekvence a perioda střiacutedavyacutech napětiacute 3 Jakyacute je poměr efektivniacute a maximaacutelniacute hodnoty faacutezoveacuteho střiacutedaveacuteho napětiacute ktereacute jsi
naměřil 4 Z grafu urči amplitudu sdruženeacuteho napětiacute a amplitudu faacutezoveacuteho napětiacute Jakyacute je jejich
poměr
139
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) =
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o helliphelliphellip periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = helliphelliphellip Hz Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = helliphelliphellip s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
140
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) =
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = V Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = helliphelliphellip
141
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = 0 V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = 410 V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) = 3 173
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o třetinu periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = 50 Hz
142
Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = 002 s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) = 2 14
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = 591 V
Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = 3 174
143
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
726 ELEKTROMAGNETICKYacute OSCILAacuteTOR
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacutem elektromagnetickyacutem oscilaacutetorem je obvod tvořenyacute ciacutevkou a kondenzaacutetorem - obvod LC nebo oscilačniacute obvod Kondenzaacutetor spojiacuteme se zdrojem stejnosměrneacuteho napětiacute 45 V (plochaacute baterie viz scheacutema) Přepiacutenačem připojiacuteme nabityacute kondenzaacutetorem k ciacutevce V obvodu vznikne elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Energie elektrickeacuteho pole kondenzaacutetoru se měniacute na energii magnetickeacuteho pole ciacutevky a naopak V oscilačniacutem obvodu nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute
Ciacutel Změřit napětiacute a proud v oscilačniacutem obvodu Ověřit elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute oscilačniacuteho obvodu je tlumeneacute Pomůcky LabQuest voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA kondenzaacutetor 2 200 microF ciacutevka s jaacutedrem 1 200 z přepiacutenač
Scheacutema
Postup 1 Voltmetr a ampeacutermetr zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Obvod zapojiacuteme podle scheacutema Přepiacutenač je v poloze bdquo1ldquo (kondenzaacutetor se nabiacutejiacute) 3 Zapneme LabQuest a připojiacuteme jej přes USB k PC
144
4 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Trvaacuteniacute 2 s Vzorkovaciacute frekvence 200 vzorkůsekundu Trigger zatrhneme Spuštěniacute triggeru když napětiacute je rostouciacute přes 005 V
5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme tlačiacutetko Sběr dat 6 Přepneme přepiacutenač do polohy bdquo2ldquo
7 Z grafu odečteme periodu kmitaacuteniacute Určiacuteme kmitočet 8 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změřiacuteme indukčnost L (multimetrem) a vypočiacutetaacuteme periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute
Porovnaacuteme s naměřenou hodnotou 2 Změň parametry součaacutestek (indukčnost kapacita) a zopakuj měřeniacute
145
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
T = helliphelliphellip s f = helliphelliphellip Hz 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
146
147
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
Naměřeneacute T = 0614 s f = 162 Hz Vypočiacutetaneacute L = 154 H C = 22 mF T= )(2 CL = 0366 s
3 Zaacutevěr V elektromagnetickeacutem oscilaacutetoru se přeměňuje elektrickaacute energie na energii magnetickeacuteho pole a naopak Nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Je zde patrnaacute analogie mezi ději mechanickyacutemi (kmitaacuteniacute) a elektromagnetickyacutemi
148
149
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
727 VLASTNOSTI ELEKTROMAGNETICKEacuteHO
VLNĚNIacute Fyzikaacutelniacute princip Magnetickeacute pole můžeme znaacutezornit pomociacute indukčniacutech čar
Elektrickeacute pole popisujeme elektrickyacutemi siločarami
Elektrickeacute a magnetickeacute pole spolu často souvisejiacute Mluviacuteme pak o elektromagnetickeacutem poli Elektromagnetickeacute vlny jsou přiacutečneacute a šiacuteřiacute se i ve vakuu Šiacuteřiacute se rychlostiacute světla Elektromagnetickyacutemi vlnami se přenaacutešejiacute signaacutely rozhlasu televize mobilniacutech telefonů atd I světlo je elektromagnetickeacute vlněniacute (zaacuteřeniacute)
Mezi frekvenciacute f vlnovou deacutelkou λ a rychlostiacute šiacuteřeniacute elektromagnetickeacuteho vlněniacute c (světla)
platiacute vzoreccf
Ciacutel Změřit vlnovou deacutelku elektromagnetickeacuteho vlněniacute Prokaacutezat polarizaci elektromagnetickeacute vlny
150
Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA bezdraacutetovyacute zvonek ndash tlačiacutetko pracujiacuteciacute na frekvenci 43392 MHz přijiacutemač s půlvlnnyacutem dipoacutelem (viz přiacutespěvek od Oldřicha Lepila)
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Pohybujeme rovnoměrnyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 1) 5 Z poloh maxim a minim určiacuteme vlnovou deacutelku 6 Uložiacuteme měřeniacute 7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Pohybujeme rovnoměrnyacutem otaacutečivyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 2) 9 Stejnou vlastnost můžeme ukaacutezat tak že mezi vysiacutelač a přijiacutemač vložiacuteme mřiacutežku kterou
otaacutečiacuteme v rovině kolmeacute ke směru šiacuteřeniacute vlněniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash vlnovaacute deacutelka a polarizace elektromagnetickeacuteho vlněniacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej jak zaacutevisiacute velikost naměřeneacuteho napětiacute na vzdaacutelenosti vysiacutelače od přijiacutemače 2 Pomociacute mřiacutežky nebo plechu vyzkoušej odraz vlněniacute (a interferenci)
17
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 72 Kapacita kondenzaacutetoru Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25 degC
Tlak 998 hPa
Vlhkost 53
1 Graf U = f(t) a I = f(t)
2 Vyacutepočty U = 481 V Q = 0010036 C
UQC F002150
814010360
3 Zaacutevěr
Jmenovitaacute hodnota kapacity kondenzaacutetoru je 2 200microF Změřenaacute a vypočiacutetanaacute je 2 150 microF
18
19
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole 73 VYBIacuteJENIacute KONDENZAacuteTORŮ
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q = f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Změřit vybiacutejeciacute křivku kondenzaacutetoru Určit kapacitu kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 1 kΩ 2 ks kondenzaacutetory 2 200 μF voltmetr VP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry DVP-BTA ke vstupu CH1 a CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod
podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 30 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 1 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
20
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač podle scheacutema a po sekundě (odhadneme) přepneme přepiacutenač opačně
5 Měřeniacute uložiacuteme Opakujeme pro dva kondenzaacutetory zapojeneacute paralelně a do seacuterie 6 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V (začaacutetek měřeniacute) 7 Vytvořiacuteme novou vypočiacutetaacutevanou veličinu I = UR (R = 1 000 Ω) 8 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q = C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
9 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči rovnici funkce U = f (t) přiacutepadně I = f (t) 2 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 3 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 10 kΩ)
21
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
CeAU tB = helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
22
23
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
598100324 23750 ttB eCeAU (červenyacute graf) 3 Zaacutevěr
Napětiacute na kondenzaacutetoru při vybiacutejeniacute klesaacute podle exponenciaacutelniacute funkce
24
25
Elektrickyacute proud v kovech 74 OHMŮV ZAacuteKON
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon Pokud maacute kovovyacute vodič staacutelou teplotu je proud prochaacutezejiacuteciacute vodičem přiacutemo uacuteměrnyacute napětiacute mezi konci vodiče (r 1826 GSOhm) Grafem přiacutemeacute uacuteměrnostiacute je přiacutemka prochaacutezejiacuteciacute počaacutetkem Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky a rezistory 12 Ω 33 Ω a 100 Ω Pomůcky LabQuest rezistor 33 Ω a 100 Ω žaacuterovka 6 V03 A voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 60 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme napětiacute
Vlevo 0 Vpravo 6 V Na ose y zvoliacuteme Elektrickyacute proud a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 06 A V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
26
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Reostatem pomalu zvyšujeme napětiacute a proud Hodnota napětiacute nesmiacute překročit 5 V a
proudu 06 A Zobrazuje se tzv voltampeacuterovaacute charakteristika Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro rezistor 33 Ω a pro žaacuterovku
7 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Platiacute Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky 2 Porovnej voltampeacuteroveacute charakteristiky rezistorů s různyacutemi hodnotami odporů 3 Zkus vymyslet jak ověřiacuteš že Ohmův zaacutekon platiacute i pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky
27
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
a) pro žaacuterovku
b) pro vodič
28
2 Zaacutevěr
29
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
pro žaacuterovku a pro vodič (rezistor)
2 Zaacutevěr Pro žaacuterovku nevychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) protože se teplota wolframoveacuteho vlaacutekna měniacute a tiacutem i jeho odpor Pro rezistory (vodič) vychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) Sklon polopřiacutemky zaacutevisiacute na odporu vodiče ndash čiacutem je odpor většiacute tiacutem je sklon menšiacute
30
31
Elektrickyacute proud v kovech
75 OHMŮV ZAacuteKON PRO UZAVŘENYacute OBVOD
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Proud v uzavřeneacutem obvodu je roven podiacutelu elektromotorickeacuteho napětiacute Ue zdroje a celkoveacuteho odporu R + Ri kde Ri je vnitřniacute odpor zdroje
i
e
RRUI
Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat 100 Ω a 10 kΩ
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema
32
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Elektrickeacute napětiacute a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 V V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat - Ampeacutermetr Reostat 100 Ω a 10 kΩ nastaviacuteme na max hodnoty odporu
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Sepneme spiacutenač 5 Reostatem 10 kΩ pomalu (10 s) zvětšujeme proud (hodnota odporu na min) Jakmile
reostat 10 kΩ vytočiacuteme do krajniacute polohy (min) pokračujeme stejně reostatem 100 Ω do krajniacute polohy (min) Hodnota proudu nesmiacute překročit 06 A což při napětiacute 45 V zajistiacute rezistor 10 Ω Zobrazuje se tzv zatěžovaciacute charakteristika zdroje Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro různě stareacute plocheacute baterie
7 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku Napětiacute
Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute Určiacuteme koeficienty lineaacuterniacute funkce Opakujeme pro všechny grafy
8 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona pro uzavřenyacute obvod)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z koeficientů lineaacuterniacutech funkciacute určete napětiacute napraacutezdno U0 a zkratovyacute proud Ik Daacutele
určete vnitřniacute odpor Ri plocheacute baterie noveacute a stareacute 2 Vnitřniacute odpor plocheacute baterie se staacuteřiacutem zvětšuje Jak se to projevuje na zatěžovaciacute
charakteristice
33
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
1 Vyacutepočet a) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip
b) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip 2 Zaacutevěr
34
35
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
2 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
3 Vyacutepočet a) U = f(I)= -09126I+4925 U0=4925 V Ik=54 A Ri=09126 b) U = f(I)= -5011I+445 U0=445 V Ik=089 A Ri=5011 c) U = f(I)= -RiI+U0= -4244I+4132 U0=4132V Ik=097 A Ri=4244 4 Zaacutevěr Novaacute plochaacute baterie maacute většiacute svorkoveacute napětiacute na praacutezdno U0 většiacute zkratovyacute proud Ik a menšiacute vnitřniacute odpor Ri U staršiacute (reacute) plocheacute baterie je to naopak
36
37
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 76 TERMISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Termistor je polovodičovaacute součaacutestka jejiacutež odpor zaacutevisiacute na teplotě
Z teorie vyplyacutevaacute že zaacutevislost odporu termistoru na teplotě je daacutena vztahem
16273 tT eAeAR
(1) T hellip termodynamickaacute teplota R hellip odpor termistoru při daneacute teplotě T A hellip lineaacuterniacute koeficient β hellip index citlivosti materiaacutelu termistoru Pokud bychom chtěli využiacutevat termistor jako teploměr budeme potřebovat znaacutet inverzniacute funkci (2) tedy funkci vyjadřujiacuteciacute zaacutevislost teploty na odporu Tuto funkci ziacuteskaacuteme z rovnice (1) aplikovaacuteniacutem přirozeneacuteho logaritmu naacuteslednou uacutepravou a převedeniacutem do Celsiovy stupnice
15273ln
15273lnln
ARAR
t (2)
t hellip teplota ve degC R hellip odpor termistoru v Ω Ciacutel Změř zaacutevislost odporu termistoru na teplotě Z grafu urči konstanty A a β
38
Pomůcky LabQuest ohmmetr (musiacute byacutet nainstalovaacuten) teploměr TMP-BTA rychlovarnaacute konvice s horkou vodou termistory se jmenovitou hodnotou odporu 47 kΩ 10 kΩ 15 kΩ počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 V konvici si ohřejeme vodu 2 Teploměr TMP-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 2 a ohmmetr do konektoru CH 1
LabQuestu 3 K ohmmetru připojiacuteme termistor (10 kΩ) kteryacute zastrčiacuteme společně s teploměrem do
kaacutedinky 4 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 5 Zapneme LabQuest 6 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko
zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance) 7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s
Frekvence 1 čteniacutes 8 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a
na osu x Teplotu
39
9 Nalejeme horkou vodu z konvice do kaacutedinky s teploměrem a termistorem a zapneme Sběr dat v programu LoggerPro
10 Voda postupně chladne a počiacutetač vykresluje graf zaacutevislosti R = f(t) Ochlazovaacuteniacute můžeme pomalu urychlovat opatrnyacutem přileacutevaacuteniacutem studeneacute vody a současnyacutem miacutechaacuteniacutem Pro hlubšiacute ochlazeniacute můžeme použiacutet kousek ledu
11 Po skončeniacute měřeniacute (300 s) uložiacuteme toto měřeniacute do paměti ndash menu Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute a můžeme opakovat měřeniacute pro dalšiacute termistor Nebo při měřeniacute použiacutet současně dva ohmmetry (CH 2 a CH 3) a dva termistory
12 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash sestrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a β
2 V programu Logger Pro můžeme v menu Analyacuteza ndash Curve Fit zkusit proložit funkci kterou si vybereme ze seznamu A určiacuteme koeficienty A a β Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že zvolenaacute funkce bdquofungujeldquo
3 Zdůvodněte proč odpor termistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
40
41
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
3 Jakaacute je to funkce
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R )
Termistor
Termistor
Termistor
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
42
43
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
Termistory 15k 10k a 4k7 dosahujiacute jmenoviteacute hodnoty přibližně při 25 degC Termistory s většiacutem jmenovityacutem odporem majiacute při stejně velkeacute změně teploty většiacute změnu odporu Index citlivosti materiaacutelu je přibližně stejnyacute
3 Jakaacute je to funkce
Exponenciaacutelniacute klesajiacuteciacute 16273 tT eAeAR
44
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R ) Termistor 15000Ω 3285 02388 15273
3285
23880 teR 15273
23880lnln3285
R
t
Termistor 10000Ω 3592 005836 15273
3592
058360 teR 15273
058360lnln3592
R
t
Termistor 4700 Ω 3545 003204 15273
3545
032040 teR 15273
032040lnln3545
R
t
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
S rostouciacute teplotou se rychle zvětšuje hustota volnyacutech bdquovytřesenyacutechldquo elektronů z vazeb a tiacutem rezistivita rychle klesaacute
45
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 77 FOTOREZISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Fotorezistor (dřiacuteve označovaacuten jako fotoodpor) je pasivniacute elektrotechnickaacute součaacutestka bez PN přechodu jejiacutež elektrickyacute odpor R se snižuje se zvyšujiacuteciacutem se osvětleniacutem E resp elektrickaacute vodivost G se zvyšuje
Princip fotorezistoru je založen na vnitřniacutem fotoelektrickeacutem jevu světlo (foton) naraziacute do elektronu ve valenčniacute sfeacuteře a předaacute mu svoji energii tiacutem elektron ziacuteskaacute dostatek energie k překonaacuteniacute zakaacutezaneacuteho paacutesu a skočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho Tiacutem opustiacute svůj atom a pohybuje se jako volnyacute elektron prostorem krystaloveacute mřiacutežky Na jeho miacutestě vznikla diacutera Takto vznikleacute volneacute elektrony přispiacutevajiacute ke sniacuteženiacute elektrickeacuteho odporu R (zvyacutešeniacute elektrickeacute vodivosti G) Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost Funkce R = f(E) je funkce mocninnaacute R = AmiddotE-B Tuto funkci můžeme zlogaritmovat a převeacutest
na funkci lineaacuterniacute lnR= -BmiddotlnE + lnA nebo určit inverzniacute funkci BB RAE11
Inverzniacute
funkce může sloužit ke konstrukci luxmetru z fotorezistoru Ciacutel Změřit zaacutevislost odporu fotorezistoru na osvětleniacute Z grafu určit konstanty A a B
46
Pomůcky LabQuest 3 ohmmetry (ohmmetr musiacute byacutet nainstalovaacuten) luxmetr LS-BTA fotorezistory počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 Luxmetr LS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 Ohmmetry zapojiacuteme do konektorů
CH 2 CH 3 a CH4 LabQuestu 2 K ohmmetrům připojiacuteme fotorezistory 3 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 4 Zapneme LabQuest
47
5 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance)
6 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s Frekvence 1 čteniacutes
7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a na osu x Osvětleniacute
8 Těsně vedle fotorezistorů umiacutestiacuteme luxmetr 9 Budeme postupně viacutece a viacutece zakryacutevat papiacutery fotorezistory s luxmetrem Tiacutem dosaacutehneme
změnu osvětleniacute a odporu fotorezistorů Zastaviacuteme měřeniacute 10 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů 11 Provedeme analyacutezu grafů Určiacuteme konstanty mocninneacute funkce A a B Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash setrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a B
2 Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že určenaacute funkce bdquofungujeldquo 3 Zdůvodněte proč odpor fotorezistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
48
49
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy 3 Jakaacute je to funkce 4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute Fotorezistor středniacute Fotorezistor velkyacute
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E
50
51
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy Pro tři měřeneacute fotorezistory jsou průběhy funkciacute podobneacute U maleacuteho a středniacuteho fotorezistoru je pokles odporu R většiacute něž u velkeacuteho fotorezistoru při stejně velkeacute změně osvětleniacute E 3 Jakaacute je to funkce Funkce R=f(E) je funkce mocninnaacute R=AmiddotE-B Je to funkce klesajiacuteciacute
52
4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute 100100 07246 R=100100middotE-07246 381
11
7960821 RRAE BB
Fotorezistor středniacute 97030 08379 R=97030middotE-08379 1931
11
894688 RRAE BB
Fotorezistor velkyacute 30350 06885 R=30350middotE-06885 4521
11
3236193 RRAE BB
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem viacutece elektronů přeskočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho a tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost ndash zmenšuje se odpor R
53
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech
78 TRANZISTOR JAKO SPIacuteNAČ A ZESILOVAČ
Fyzikaacutelniacute princip Tranzistor je polovodičovaacute součaacutestka se dvěma přechody PN Středniacute čaacutest krystalu polovodiče je baacuteze B a přechody PN ji oddělujiacute od oblasti s opačnyacutem typem vodivosti kolektorem C a emitorem E Podle druhu vodivosti jednotlivyacutech čaacutestiacute označujeme tranzistory jako typy NPN a PNP
Zaacutekladniacute funkce tranzistoru Maleacute napětiacute v obvodu baacuteze vzbuzuje proud kteryacute je přiacutečinou mnohokraacutet většiacuteho proudu v obvodu kolektoroveacutem Tranzistor se použiacutevaacute jako bdquoelektronickyacute spiacutenačldquo a bdquozesilovačldquo
Ciacutel Ověřit činnost tranzistoroveacuteho spiacutenače a tranzistoroveacuteho zesilovače Pomůcky LabQuest dva voltmetry VP-BTA zapojeniacute tranzistoru jako spiacutenače a zesilovače (podle scheacutema) generaacutetor signaacutelu (může byacutet použit i druhyacute LabQuest se zesilovačem) baterie 45 V
54
Scheacutema
a) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquospiacutenačeldquo
b) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquozesilovačeldquo
55
Postup 1 Voltmetry zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquospiacutenačldquo podle scheacutema a) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1) a
UCE (U2) 3 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme trojuacutehelniacutekovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 5 V
4 Voltmetr U1 připojiacuteme mezi baacutezi a emitor (UBE) Voltmetr U2 připojiacuteme mezi kolektor a
emitor (UCE) 5 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 3 s Frekvence
10 000 čteniacutes 6 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
Tranzistor jako bdquospiacutenačldquo
7 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 8 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquozesilovačldquo podle scheacutema b) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1)
a UCE (U2) Potenciometrem P nastaviacuteme bdquopracovniacute bod tranzistoruldquo ndash UCE bude miacutet přibližně polovičniacute hodnotu napaacutejeciacuteho napětiacute (jestliže napětiacute zdroje je UB= 45 V rarr UCE= 225 V)
9 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme sinusovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 015 V 10 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 01 s Frekvence 10 000 čteniacutes
56
Tranzistor jako bdquozesilovačldquo
11 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 12 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 13 Určiacuteme jakyacute je poměr UCEUBE 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Při jakeacutem napětiacute UBE tranzistor bdquosepneldquo Jak dlouho probiacutehaacute bdquosepnutiacuteldquo (tranzistor jako
spiacutenač) 2 Zkus měnit kmitočet vstupniacuteho napětiacute zesilovače 3 Zkus měnit nastaveniacute pracovniacuteho bodu Jakyacute to maacute vliv na vyacutestupniacute signaacutel 4 Zkus měnit velikost střiacutedaveacuteho vstupniacuteho napětiacute Jakyacute to maacute vliv na tvar vyacutestupniacuteho
napětiacute 5 Urči zesilovaciacute činitel 6 Je vyacutestupniacute signaacutel bdquozkreslenyacuteldquo Co je přiacutečinou
57
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
58
59
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač
2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač
60
b) Tranzistor jako zesilovač
3 Zaacutevěr a)Tranzistor jako spiacutenač ndash z měřeniacute je patrneacute že se tranzistor otevře při překročeniacute napětiacute asi 07 V mezi baacuteziacute a editorem b)Tranzistor jako zesilovač ndash změřeniacute je patrneacute že tranzistor zesiluje napětiacute přibližně 23times Z měřeniacute je daacutele patrneacute že dochaacuteziacute ke zkresleniacute vstupniacuteho signaacutelu
61
Elektrickyacute proud v kapalinaacutech 79 ELEKTROLYacuteZA
Fyzikaacutelniacute princip Elektrolyacutezou nazyacutevaacuteme laacutetkoveacute změny vyvolaneacute při průchodu proudu elektrolytem na elektrodaacutech Faradayův zaacutekon Hmotnost m vyloučeneacute laacutetky je přiacutemo uacuteměrnaacute naacuteboji Q kteryacute prošel elektrolytem M = AQ = AmiddotImiddott Konstanta uacuteměrnosti A kteraacute je pro danou laacutetku charakteristickaacute se nazyacutevaacute elektrochemickyacute ekvivalent laacutetky Ciacutel Určit elektrochemickyacute ekvivalent mědi v roztoku siacuteranu měďnateacuteho CuSO4 Pomůcky LabQuest ampeacutermetr HCS-BTA žaacuterovka 24 V40 W naacutedoba s roztokem Cu2SO4 zdroj stejnosměrneacuteho napětiacute 24 V digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001
Scheacutema
62
Postup 1 Sestaviacuteme měřeniacute podle scheacutema Katodu připevniacuteme na stativ kteryacute stojiacute na digitaacutelniacutech
vahaacutech 2 Ampeacutermetr HCS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 LabQuestu a ten připojiacuteme přes
USB k PC 3 Digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001 připojiacuteme přes USB k PC 4 Zapneme LabQuest 5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 1 vzoreksekundu 6 Zapneme zdroj proudu 7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a nechaacuteme určitou dobu probiacutehat
měřeniacute
8 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 9 V grafu I = f (t) určiacuteme velikost naacuteboje Q kteryacute prošel obvodem pomociacute volby v menu
Analyacuteza - Integraacutel 10 Vypočiacutetaacuteme elektrochemickyacute ekvivalent mědi A (při elektrolyacuteze roztoku Cu2SO4)
zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pomociacute elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi spočiacutetejte Avogadrovu a Faradayovu
konstantu 2 Naměřeneacute hodnoty porovnejte s tabulkovyacutemi hodnotami 3 Zkus zopakovat měřeniacute s jinyacutem elektrolytem 4 Co může byacutet přiacutečinou naacuterůstu elektrickeacuteho proudu v průběhu měřeniacute (viz vyacuteše)
63
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu
3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
64
65
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu 0000002480
1210103 4
3 Zaacutevěr Elektrochemickyacute ekvivalent mědi měřeniacutem a vyacutepočtem vychaacuteziacute 0000000248 kgmiddotC-1 Tabulkovaacute hodnota elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi je A = 03310-6 kgC-1 Chyba měřeniacute je způsobenaacute nepřesnostiacute měřeniacute
66
67
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
710 MAGNETICKEacute POLE CIacuteVKY
Fyzikaacutelniacute princip
Magnetickaacute indukce uvnitř velmi dlouheacute ciacutevky maacute velikost l
INB kde I je velikost
proudu N je celkovyacute počet zaacutevitů a l je deacutelka ciacutevky
Ciacutel Ověřit zaacutevislost magnetickeacute indukce na velikosti proudu prochaacutezejiacuteciacuteho ciacutevkou Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω ampeacutermetr DCP-BTA teslametr MG-BTA ciacutevka 166 a 332 zaacutevitů regulovatelnyacute zdroj proudu a napětiacute BK 127
Scheacutema
68
Postup 1 Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme teslametr MG-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud
Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Magnetickou indukci a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 mT V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Regulovatelnyacutem zdrojem zvyšujeme napětiacute Kontrolujeme proud ndash max 06 A
Teslametrem měřiacuteme magnetickou indukci uvnitř ciacutevky
6 Vysloviacuteme zaacutevěr - jak zaacutevisiacute magnetickaacute indukce B na velikosti elektrickeacute proudu I
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Ze znalosti počtu zaacutevitů deacutelky ciacutevky a proudu spočiacutetej magnetickou indukci 2 Změň ciacutevku a opakuj měřeniacute 3 Změř jak se měniacute magnetickaacute indukce po podeacutelneacute ose ciacutevky při daneacute hodnotě proudu
69
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = helliphellip A N= 332 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
b) I = helliphellip A N= 166 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
70
3 Zaacutevěr
Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = helliphelliphelliphellip mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je měřeniacutem B = helliphelliphelliphellip mT Tyto hodnoty helliphelliphelliphelliphellip s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Jejich rovnice jsou B = helliphelliphelliphellipmiddotI a B = helliphelliphellipmiddotI
71
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = 05807 A N = 332 z l = 15 cm
mTl
INB 615115058070133104 7
b) I = 061 A N = 166 z l = 15 cm mT
lINB 8480
150610166104 7
72
3 Zaacutevěr Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = 1734 mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je B= 0835 mT Tyto hodnoty souhlasiacute s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je přiacutemaacute uacuteměrnost Jejich rovnice jsou B = 2906middotI a B = 1445middotI
73
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
711 MAGNETICKEacute POLE ZEMĚ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Stejně i Země maacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Zemskeacute magnetickeacute pole v ČR maacute magnetickou indukci 0048 mT Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole Země Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA stojan laboratorniacute uacutehloměr
74
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 03 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve vodorovneacute rovině
otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum (N a S magnetickyacute poacutel) Z maximaacutelniacutech hodnot odečteme vodorovnou amplitudu magnetickeacute indukce B Země
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve svisleacute rovině (N-S směr) otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum Maximaacutelniacute hodnota je hodnotou magnetickeacute indukce B Země
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči sklon indukčniacute čaacutery magnetickeacuteho pole u naacutes v ČR vzhledem k povrchu země 2 Teslametr upevniacuteme do stojanu Pod teslametr položiacuteme uacutehloměr
75
3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev Uacutehel Jednotky deg
4 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Podle kompasu nastaviacuteme teslametr na sever 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 7 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0deg a stiskneme OK 8 Teslametr otočiacuteme o 10deg 9 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 10 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 10deg a stiskneme OK 11 Opakujeme body 8 9 a 10 pro 20deg 30deg 40deg hellip 360deg 12 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 13 Měřeniacute zopakujeme v horizontaacutelniacute rovině v bdquoN ndash Sldquo směru 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
76
77
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
78
79
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(t)
2 Zaacutevěr Velikost vektoru magnetickeacute indukce vychaacuteziacute přibližně B = 005 mT Tento vektor maacute vzhledem k vodorovneacutemu směru uacutehel sklonu 60deg
80
81
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
712 MAGNETICKEacute POLE MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT stojan laboratorniacute permanentniacute magnet
82
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně
přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k severniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně pohybujeme (asi 5 sekund) teslametrem kolmo k podeacutelneacute ose magnetu k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund) Uložiacuteme měřeniacute
83
6 Otevřeme novyacute soubor a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf
7 Zopakujeme měřeniacute pro magnet tvaru podkovy s teslametrem plusmn 140 mT
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev deacutelka
Jednotky cm 2 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Teslametr upevniacuteme do stojanu a postaviacuteme na okraj
magnetickeacuteho pole magnetu tvaru podkovy 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 5 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK 6 Teslametr posuneme o 1 cm 7 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 8 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 1 cm a stiskneme OK 9 Opakujeme body 7 8 a 9 pro 2cm 3 cm 4 cm hellip20 cm 10 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 11 Měřeniacute zopakujeme ve vertikaacutelniacute rovině magnetu (bdquoN ndash Sldquo) 12 Vysloviacuteme zaacutevěr
84
85
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
713 VLASTNOSTI FEROMAGNETICKYacuteCH
LAacuteTEK Fyzikaacutelniacute princip Budeme-li postupně zvětšovat proud I v ciacutevce s jaacutedrem z feromagnetickeacute laacutetky bude se postupně i magnetickaacute indukce B v jaacutedře zvětšovat
Relativniacute permeabilita μr feromagnetickyacutech laacutetek neniacute konstantniacute proto zaacutevislost B = f(I) neniacute lineaacuterniacute Grafem teacuteto zaacutevislosti je křivka ndash hystereacutezniacute smyčka
Hystereacutezniacute smyčka je důležitou charakteristikou feromagnetickyacutech laacutetek Podle tvaru křivky děliacuteme laacutetky na a) magneticky tvrdeacute - majiacute širokou hystereacutezniacute smyčku velkou hodnotu Br a jsou viacutece
odolnějšiacute vůči zmagnetovaacuteniacute (ocel s velkyacutem obsahem uhliacuteku hellip) Po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole zůstaacutevajiacute nadaacutele zmagnetovaacuteny a chovajiacute se jako permanentniacute magnet Jejich magnetickeacute pole lze zrušit pomociacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole opačneacute polarity (např do ciacutevky s jaacutedrem zavedeme proud opačneacuteho směru)
b) magneticky měkkeacute - materiaacutely s uacutezkou hystereacutezniacute smyčkou ktereacute se dajiacute snadno zmagnetovat (magnetofonoveacute paacutesky diskety hellip) Majiacute malou hodnotu Br což znamenaacute že po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole jejich vlastniacute magnetickeacute pole zanikaacute
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole ciacutevky s jaacutedrem v zaacutevislosti na velikosti proudu I Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT ampeacutermetr HCS-BTA stojan laboratorniacute ciacutevka 400 z různaacute jaacutedra regulovatelnyacute zdroj KXN 305D
86
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr plusmn140 mT ke vstupu CH1 LabQuestu Ke vstupu CH2 zapojiacuteme
ampeacutermetr HCS-BTA Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a připojiacuteme ho k USB PC 3 V programu LoggerPro v menu Data ndash Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme Naacutezev
magnetickaacute indukce Značka B Jednotka mT Rovnice Potential57 4 Na ose y zvoliacuteme magnetickaacute indukce a na ose x elektrickyacute proud 5 V menu Experiment ndash Sběr dat hellip zvoliacuteme bdquoNepřerušenyacute sběr datldquo Vzorkovaciacute
frekvence 10 vzorkůsekundu 6 Uvnitř ciacutevky je jaacutedro s feromagneticky měkkeacute oceli Vynulujeme senzor proudu a napětiacute
(teslametr plusmn140 mT) Teslametr přiložiacuteme těsně k jaacutedru (viz scheacutema) 7 Na regulovatelneacutem zdroji napětiacute zvětšujeme pomalu napětiacute až dosaacutehneme proud ciacutevkou
5 A Potom zase zmenšujeme napětiacute (proud) na bdquonululdquo Přepoacutelujeme poacutely zdroje pomociacute banaacutenků nebo dvojpoacutelovyacutem přepiacutenačem
87
8 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat v programu LoggerPro a opakujeme činnost v bodě 7 dvakraacutet Tiacutem se vykresliacute celaacute hystereacutezniacute smyčka Zastaviacuteme sběr dat tlačiacutetkem Stop v programu LoggerPro Uložiacuteme měřeniacute
9 Zopakujeme měřeniacute pro různaacute jaacutedra
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme různaacute jaacutedra z feromagneticky tvrdeacute oceli ndash např šroubovaacutek
2 Z grafu můžeme určit hodnotu zbytkoveacute magnetickeacute indukce Br 3 Proč je pro jaacutedra transformaacutetorů vyacutehodnějšiacute použiacutet feromagneticky měkkou ocel
88
89
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole 714 HALLŮV JEV
Fyzikaacutelniacute princip Hallův jev vznikaacute při průchodu proudu I tenkou polovodičovou destičkou (InSb InAs s odporem 001 až 20 Ohmů a tloušťky cca 01 mm jednaacute se o kompromis mezi maximem citlivost a mechanickeacute pevnosti) obdeacutelniacutekoveacuteho tvaru Při vloženiacute destičky do magnetickeacuteho pole skrze ni prochaacuteziacute indukčniacute tok a přeskupuje naacuteboje v destičce na jednu stranu Tak na bočniacutech stěnaacutech destičky vznikaacute napětiacute (tzv Hallovo napětiacute) ktereacute se daacute vypočiacutetat pomociacute vzorce UH = kIB kde k je konstanta (zahrnuje typ materiaacutelu a tloušťku destičky) I je stejnosměrnyacute proud a B je magnetickaacute indukce způsobenaacute magnetickyacutem polem
Ciacutel Pomociacute teslametru změřit jak zaacutevisiacute napětiacute UH na Hallově sondě na magnetickeacute indukci B magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA teslametr MG-BTA teslametr bdquoza paacuter korunldquo (viz doprovodnyacute text) permanentniacute magnet
90
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 a teslametr MG-BTA ke vstupu CH2
LabQuestu Na teslametru MG-BTA nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Voltmetr VP-BTA připojiacuteme k teslametru bdquoza paacuter korunldquo - je na něm zapojena Hallova sonda na napětiacute 3 V a protilehleacute vyacutevody z Hallovy sondy jsou vyvedeny pomociacute dvou vodičů Na nich budeme měřit UH pomociacute voltmetru VP-BTA LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 2 vzorkysekundu 4 Zapneme zdroj proudu na teslametru bdquoza paacuter korunldquo Vynulujeme oba senzory
Permanentniacute magnet přibliacutežiacuteme k teslametru MG-BTA a teslametru bdquoza paacuter korunldquo na vzdaacutelenost asi 2cm Digitaacutelniacute displej teslametru ukazuje hodnotu 5 mT (viz scheacutema)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem vzdalujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 1)
6 Pak otočiacuteme magnet o 180deg a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem přibližujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 2)
91
7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 8 Opakujeme měřeniacute pro různeacute Hallovy sondy
9 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash jakaacute je zaacutevislost UH na B jakaacute je citlivost
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kde se Hallova sonda použiacutevaacute 2 Jakyacute je rozsah teslametru MG-BTA a jakyacute teslametru bdquoza paacuter korunldquo 3 Zkus změřit magnetickou indukci magnetu bdquoparalelněldquo oběma teslametry U teslametru
bdquoza paacuter korunldquo vlož lineaacuterniacute funkci kteraacute přepočiacutetaacute UH na B
92
93
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
94
95
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr Z grafů je zřejmeacute že se jednaacute o přiacutemou uacuteměrnost Pro prvniacute (modryacute graf) Hallův senzor je rovnice přiacutemeacute uacuteměrnosti B=f(UH) = 333UH mT A pro druhyacute (červenyacute graf) Hallův senzor je rovnice B=f(UH) = 83UH mT
96
97
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
715 MAGNETICKYacute ZAacuteZNAM SIGNAacuteLŮ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickyacute zaacuteznam signaacutelů kteryacutem je uchovaacutevaacutena zvukovaacute či obrazovaacute informace nebo takeacute digitaacutelniacute informace zpracovanaacute počiacutetačem Magnetickyacute zaacuteznam je založen na trvaleacutem zmagnetovaacuteniacute vrstvy feromagnetika (např oxidu železa) naneseneacuteho na nosiči z plastickeacuteho materiaacutelu
Magnetickyacute zaacuteznam se uskutečňuje pomociacute zvlaacuteštniacuteho elektromagnetu ndash zaacuteznamoveacute hlavy
Ciacutel Proveacutest mazaacuteniacute magnetickyacute zaacuteznam sniacutemaacuteniacute a opětneacute mazaacuteniacute na nosič Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA permanentniacute magnet na mazaacuteniacute permanentniacute magnet na zaacuteznam svinovaciacute metr jako nosič zaznamenaneacuteho signaacutelu
98
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru MG-BTA
nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Deacutelka 10 s
Vzorkovaciacute frekvence 20 vzorkůsekunda 4 Nejdřiacuteve provedeme mazaacuteniacute na nosiči (svinovaciacute metr)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu (10 s) rovnoměrnyacutem
pohybem pomociacute teslametru provedeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů na nosiči
6 Provedeme zaacuteznam signaacutelů na nosiči (např čtyřikraacutet)
7 Zopakujeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů (jako v bodě 5) 8 Zopakujeme mazaacuteniacute a sniacutemaniacute (jako v bodě 4 a 5)
99
9 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej zaacuteznam různyacutem (S N) poacutelem permanentniacuteho magnetu Jak se změniacute průběh
signaacutelu 2 Vyzkoušej mazaacuteniacute a zaacuteznam na skutečnyacute nosič ndash paacutesek od videokazety 3 Vyzkoušej zaacuteznam na disketu
100
101
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
716 ELEKTROMAGNETICKAacute INDUKCE
Fyzikaacutelniacute princip Elektromagnetickaacute indukce je jev při ktereacutem vznikaacute elektrickeacute napětiacute ve vodiči změnou magnetickeacuteho pole v okoliacute vodiče (ciacutevky) Indukovaneacute napětiacute zaacutevisiacute na velikosti změny magnetickeacuteho pole i na rychlosti jeho změny
tU i
Indukovaneacute napětiacute maacute takovou polaritu že indukovanyacute proud vytvaacuteřiacute magnetickeacute pole s opačnyacutem směrem indukčniacutech čar než maacute magnetickeacute pole ktereacute indukci vyvolalo (Lenzův zaacutekon)
Ciacutel Změřit indukovaneacute napětiacute Ověřit na čem zaacutevisiacute Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA ciacutevka s jaacutedrem permanentniacute magnet
102
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu Roztočiacuteme permanentniacute magnet v těsneacutem okoliacute ciacutevky (jaacutedra)
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Opakujeme měřeniacute s rychlejšiacutem (pomalejšiacutem) otaacutečeniacutem magnetu 5 Vyměniacuteme magnet za bdquosilnějšiacuteldquo 6 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash na čem zaacutevisiacute indukovaneacute napětiacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkus ciacutevku s jinyacutem počtem zaacutevitů 2 Zkus pohybovat membraacutenou reproduktoru a měřit indukovaneacute napětiacute 3 Zkus napjatou strunu umiacutestit do magnetickeacuteho pole a na niacute měřit velikost indukovaneacuteho
napětiacute
103
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
717 DEMONSTRACE VOLNEacuteHO PAacuteDU MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Volnyacute paacuted je rovnoměrně zrychlenyacute pohyb volně padajiacuteciacuteho tělesa v bliacutezkosti země K měřeniacute pohybu volneacuteho paacutedu tělesa (magnetu) použijeme trubici z nevodiveacuteho materiaacutelu Na trubici jsou v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech navinuty ciacutevky ktereacute jsou navzaacutejem spojeneacute do seacuterie Spojeniacute ciacutevek připojiacuteme k voltmetru a zobraziacuteme časovyacute zaacuteznam napětiacute na jednotlivyacutech ciacutevkaacutech při pohybu magnetu trubiciacute vnitřkem jednotlivyacutech ciacutevek
Ciacutel Změřit časovyacute průběh indukovaneacuteho napětiacute při pohybu (volneacutem paacutedu) magnetu vnitřkem ciacutevek Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA neodymovyacute magnet (vaacuteleček) 2 m dlouhaacute PPR trubka 25x35 PN16 na ktereacute jsou navinuty ciacutevky (10 z) v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech
104
Scheacutema
105
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Sestaviacuteme obvod podle
scheacutema Voltmetr připojiacuteme ke koncům seacuterioveacuteho spojeniacute ciacutevek LabQuest připojiacuteme k PC přes USB
2 Zapneme LabQuest V programu Logger Pro v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 06 s Frekvence 1 000 vzorkůs Daacutele Trigger je rostouciacute přes 001 V
3 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat (měřeniacute) v programu Logger Pro Neodymovyacute magnet vložiacuteme do uacutestiacute PPR trubky a pustiacuteme
4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme časoveacute intervaly mezi jednotlivyacutemi průchody
magnetu Daacutele vypočiacutetaacuteme rychlosti v jednotlivyacutech intervalech Určiacuteme zrychleniacute mezi jednotlivyacutemi intervaly Přiacuteklad vyacutepočtu pro vyacuteše uvedeneacute měřeniacute
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyložte průběh zaacuteznamu z hlediska velikosti a polarity jednotlivyacutech napětiacute a jejich
umiacutestěniacute na ose času 2 Zopakuj měřeniacute s padajiacuteciacutem magnetem s opačnou orientaciacute poacutelů magnetu 3 Jak se změniacute časovyacute průběh při použitiacute delšiacuteho magnetu (viacutece vaacutelečků) 4 Zopakuj měřeniacute s tiacutem že konec trubky ucpeš gumovou zaacutetkou 5 Připoj k vyacutestupu signaacutelu z ciacutevek zesilovač a reproduktor a poslechem sleduj volnyacute paacuted
magnetu
106
107
Střiacutedavyacute proud 718 PŘECHODNYacute DĚJ Fyzikaacutelniacute princip Přechodnyacutem dějem v obvodu s kondenzaacutetorem nebo s ciacutevkou nazyacutevaacuteme skokovou změnu napětiacute a proudu na kondenzaacutetoru a ciacutevce Tuto změnu vyvolaacuteme sepnutiacutem nebo vypnutiacutem spiacutenače (přepiacutenače) Ciacutel Určit jak se měniacute napětiacute a proud v obvodu s kondenzaacutetorem a s ciacutevkou při přechodneacutem ději Pomůcky LabQuest ciacutevka 1 200 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr VP-BTA voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
a) b)
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr
DCP-BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema a)
108
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Zapojiacuteme obvod podle scheacutema b) 6 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 1 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 A Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a hned ho přepneme zpět
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zamysli se co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru (ciacutevky) ke zdroji
napětiacute a co se děje při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute k rezistoru Kde se to daacute využiacutet 2 Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Zkus to
vymyslet a potom ověř měřeniacutem
109
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
2 Doplňkoveacute otaacutezky a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k
rezistoru c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute
110
d) 4) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru
e) 5) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů f) 6) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
111
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 27 degC
Tlak 1008 hPa
Vlhkost 53
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
112
3 Doplňkoveacute otaacutezky
a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute dochaacuteziacute k jeho nabiacutejeniacute Na kondenzaacutetoru se akumuluje elektrickyacute naacuteboj (zvětšuje se jeho elektrickaacute energie) V okamžiku zapojeniacute bude obvodem prochaacutezet největšiacute elektrickyacute proud Nenabityacute kondenzaacutetor se zpočaacutetku chovaacute jako zkrat Čiacutem viacutece se však bude kondenzaacutetor nabiacutejet (bude v něm vzrůstat nahromaděnyacute naacuteboj) a poroste jeho napětiacute tiacutem menšiacute proud bude prochaacutezet obvodem
b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k rezistoru Po odpojeniacute obvodu od zdroje napětiacute se začiacutenaacute kondenzaacutetor vybiacutejet (chovaacute se jako zdroj) Elektrickaacute energie kterou kondenzaacutetor vybije se v rezistoru přeměniacute na teplo Teoreticky se kondenzaacutetor vybiacutejiacute nekonečně dlouhou dobu V okamžiku odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje napětiacute prochaacuteziacute obvodem velkyacute proud opačnyacutem směrem než při zapojeniacute ke zdroji napětiacute Napětiacute i proud postupně klesajiacute
c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute ciacutevky ke zdroji stejnosměrneacuteho napětiacute začne obvodem prochaacutezet proud kteryacute na ciacutevce způsobiacute indukovaacuteniacute napětiacute jež je uacuteměrneacute časoveacute změně magnetickeacuteho indukčniacuteho toku a s polaritou působiacuteciacute proti napětiacute zdroje Proud v obvodu se proto zvětšuje na svou maximaacutelniacute hodnotu jen postupně neboť čaacutest energie dodaacutevaneacute ze zdroje do obvodu se spotřebovaacutevaacute na vytvaacuteřeniacute magnetickeacuteho pole ciacutevky (indukovaneacute napětiacute na ciacutevce postupně klesaacute) Proud se ustaacuteliacute teprve v okamžiku kdy se časovaacute změna magnetickeacuteho indukčniacuteho toku bude rovna nule (to platiacute i pro indukovaneacute napětiacute na ciacutevce)
d) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru Po odpojeniacute ciacutevky od zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute se začne v ciacutevce indukovat napětiacute opačneacute polarity (může dosaacutehnout vyššiacutech hodnot než je napětiacute zdroje) než v předešleacute faacutezi ktereacute způsobiacute zpomaleniacute zaacuteniku magnetickeacuteho pole Směr toku proudu zůstaacutevaacute nezměněn Energie magnetickeacuteho pole ciacutevky se přeměniacute na rezistoru na teplo Proud i napětiacute tedy rychle ale postupně klesajiacute k nuloveacute hodnotě
e) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Kondenzaacutetor Čiacutem menšiacute odpor maacute rezistor tiacutem rychleji se kondenzaacutetor nabije a tiacutem rychleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor rychle vybije a vzniklyacute proud v obvodu rychle klesaacute Čiacutem většiacute odpor maacute rezistor tiacutem pomaleji se rezistor nabije a tiacutem pomaleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor vybije pomaleji a vzniklyacute proud v obvodu pozvolna klesaacute Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud Ciacutevka Čiacutem menšiacute odpor majiacute rezistory tiacutem pozvolněji klesaacute indukovaneacute napětiacute vznikleacute na ciacutevce při zapojeniacute ke zdroji Toteacutež platiacute pro elektrickyacute proud kteryacute se v tomto přiacutepadě ustaacuteliacute za delšiacute časovyacute okamžik Jinak je tomu v přiacutepadě že rezistory majiacute většiacute odpor Indukovaneacute napětiacute klesaacute rychleji a proud se v obvodu ustaacuteliacute na konstantniacute hodnotě za velmi kraacutetkou dobu Při odpojeniacute od zdroje klesajiacute proud a napětiacute v obou přiacutepadech přibližně stejně Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud
113
Kondenzaacutetor + rezistor 50 Ω + rezistor 200 ΩCiacutevka + rezistory 50 Ω + rezistory 200 Ω
114
f) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
Řada přechodnyacutech jevů je nežaacutedouciacute protože způsobiacute např kraacutetkodobeacute přetiacuteženiacute obvodu a tiacutem zkracujiacute životnost zařiacutezeniacute (zapnutiacute studeneacute žaacuterovky ndash naacuterazovyacute proud je až desetkraacutet většiacute než ustaacutelenyacute proud) Některeacute přechodneacute děje jsou však žaacutedouciacute a některeacute obvody jsou přiacutemo na využitiacute přechodnyacutech dějů založeny (generaacutetory klopneacute obvody) V elektronice existujiacute přechodneacute děje založeneacute na RC RL a RLC obvodech vzhledem k co možnaacute nejmenšiacutem použiacutevaacuteniacute ciacutevek majiacute největšiacute vyacuteznam při nabiacutejeniacute a vybiacutejeniacute kondenzaacutetory Obecně jsou v elektronice nejrozšiacuteřenějšiacute tepelneacute přechodneacute jevy V silnoproudeacute elektronice se měřiacute oteplovaciacute křivky elektrickyacutech strojů v počiacutetačoveacute technice se měřiacute otepleniacute hlavniacuteho procesoru měřeniacute teploty harddisku atd
115
Střiacutedavyacute proud 719 STŘIacuteDAVYacute PROUD S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem maacute časovyacute diagram napětiacute stejnou faacutezi (faacutezovyacute rozdiacutel je nulovyacute) jako časovyacute diagram proudu
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
116
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Um f Im T a (faacutezovyacute rozdiacutel) Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a u
5 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zakreslete faacutezorovyacute diagram 2 Určete z grafů velikost odporu rezistoru
117
Střiacutedavyacute proud 720 VYacuteKON STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem je okamžitaacute hodnota vyacutekonu p = ui = Ri2 = RIm
2sin2t
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem a zobrazit časovyacute diagram vyacutekonu Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
118
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Zvoliacuteme zaacuteložku tabulka V menu Tabulka zvoliacuteme Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec Naacutezev ndash
Vyacutekon Jednotka ndash W Tvar vyacuterazu XY Sloupec pro X ndash proud Sloupec pro Y ndash napětiacute
5 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Pm f Im T Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a p
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jakyacute je poměr frekvence okamžiteacute hodnoty vyacutekonu a okamžiteacute hodnoty proudu 2 Určete z grafu okamžiteacute hodnoty vyacutekonu středniacute hodnotu vyacutekonu P
119
Střiacutedavyacute proud 721 STŘIacuteDAVYacute PROUD S INDUKČNOSTIacute
Fyzikaacutelniacute princip
Induktance je veličina I
UX L Induktance XL je přiacutemo uacuteměrnaacute indukčnosti ciacutevky L a
frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute induktance indukčnost ciacutevky Ověřit že induktance na indukčnosti a frekvenci zaacutevisiacute přiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω voltmetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z a voltmetrem (ry) 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute
(Zesilovač)
120
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a indukčnosti Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z Vypočiacutetaacuteme induktanci XL Z induktance a frekvence vypočiacutetaacuteme indukčnost L
5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XL = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Miacutesto ciacutevky zapoj tlumivku (2times47 mH) a proveď stejneacute měřeniacute V čem se lišiacute zaacutevislost
XL = f(f) Proč se lišiacute
2 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na indukčnosti pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu
3 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty induktance pro vyššiacute frekvence 4 Zkus změřit přechodnyacute děj na indukčnosti
121
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900
1000 průměr
122
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr
2 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
123
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25degC
Tlak 1004 hPa
Vlhkost 53
3 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
RUL hellipstejnosměrnyacute obvod
IUL 22
ciacutevkyRZ fX L
2
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00364 01620 44510 (Rciacutevky) 00000 00000
100 09600 00096 00460 47917 17744 00028 200 09440 00094 00600 63559 45372 00036 300 09410 00094 00800 85016 72433 00038 400 09380 00094 00990 105544 95699 00038 500 09360 00094 01210 129274 121369 00039 600 09340 00093 01430 153105 146492 00039 700 09300 00093 01640 176344 170634 00039 800 09260 00093 01860 200864 195870 00039 900 09230 00092 02090 226436 222018 00039
1000 09160 00092 02290 250000 246006 00039 průměr 00037
124
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00367 00673 18338 (Rciacutevky) 00000 00000
100 63300 00633 15760 248973 248297 00395 200 59700 00597 26440 442881 442501 00352 300 55100 00551 35240 639564 639301 00339 400 49400 00494 43500 880567 880376 00350 500 42700 00427 50400 1180328 1180185 00376 600 34760 00348 56300 1619678 1619574 00430 700 26080 00261 61300 2350460 2350389 00534 800 15650 00157 65000 4153355 4153314 00826 900 07050 00071 66600 9446809 9446791 01671
1000 04850 00049 66800 13773196 13773184 02192 průměr 00747
4 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
Graf pro školniacute ciacutevku 400 zaacutevitů Ciacutevka neobsahuje jaacutedro induktance je teacuteměř přesně lineaacuterniacute funkciacute frekvence střiacutedaveacuteho napětiacute Konstantou uacuteměry je vyacuteraz 2πL kde L je indukčnost ciacutevky Indukčnost je teacutež konstantniacute Graf pro tlumivku 47 mH Induktance neniacute lineaacuterniacute funkciacute frekvence Přiacutečinou je jaacutedro na němž je namotaacuten vodivyacute draacutet ciacutevky Z toho důvodu nelze indukčnost ciacutevky L považovat za konstantniacute hodnotu
125
Střiacutedavyacute proud 722 STŘIacuteDAVYacute PROUD S KAPACITOU
Fyzikaacutelniacute princip
Kapacitance je veličina I
UX C Kapacitance XC je nepřiacutemo uacuteměrnaacute kapacitě
kondenzaacutetoru C a frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute kapacitance kapacitu kondenzaacutetoru Ověřit že kapacitance na kapacitě a frekvenci zaacutevisiacute nepřiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) rezistor 100 Ω voltmetr (y)
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetrem (ry)
126
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a kondenzaacutetoru Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme kapacitanci XC Z kapacitance a frekvence vypočiacutetaacuteme kapacitu C 5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XC = f(f) 8 Porovnej hodnotu kapacity vypočiacutetanou a jmenovitou
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru
2 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty kapacitance pro vyššiacute frekvence 3 Zkus změřit přechodnyacute děj na kondenzaacutetoru
127
Střiacutedavyacute proud 723 SLOŽENYacute OBVOD STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU
Fyzikaacutelniacute princip
Impedance je veličina I
UZ Při seacuterioveacutem spojeniacute prochaacuteziacute rezistorem ciacutevkou a
kondenzaacutetorem složenyacutem obvodem RLC stejnyacute proud i Ciacutel Určit pomociacute vyacutesledneacuteho napětiacute a proudu impedanci Z Určit jak zaacutevisiacute impedance Z na frekvenci f Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) voltmetr - multimetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetry
128
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a celkoveacute napětiacute Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z 5 Změniacuteme kmitočet na 400 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 800 Hz 1 200 Hz 10 000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti Z = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jak se měniacute impedance Z v zaacutevislosti na kmitočtu Zkus vysvětlit proč tomu tak je
2 Sestroj graf Z = f(f) podle vzorce 2
2 1
CLRZ
kde f (0 Hz 10 kHz)
R = 100 Ω C = 47 μF a L = 41 mH Porovnej grafy (naměřenyacute a teoretickyacute)
0000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
3 Kde se využiacutevaacute teacuteto zaacutevislosti Vysvětli Jak se změniacute tyto zaacutevislosti změniacuteme-li hodnotu kapacity nebo indukčnosti
4 Zkus změřit podobnou zaacutevislost Z = f(f) pro paralelniacute obvod RLC Pozor Vzhledem k maleacutemu vnitřniacutemu odporu ciacutevky L při niacutezkyacutech kmitočtech je potřeba zařadit k obvodu RLC seacuteriově rezistor 100 Ω
5 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute na rezistoru ciacutevce a kondenzaacutetoru a hodnotu proudu na rezistoru pomociacute druheacuteho LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute jednotlivyacutech napětiacute vzhledem k proudu
129
Střiacutedavyacute proud 724 USMĚRŇOVAČ Fyzikaacutelniacute princip V usměrňovači střiacutedaveacuteho proudu se využiacutevaacute zaacutekladniacute vlastnosti polovodičoveacute diody bdquopropustit proud pouze jedniacutem směremldquo K usměrněniacute se využiacutevaacute jednocestnyacute usměrňovač nebo dvoucestnyacute usměrňovač (Graetzovo zapojeniacute) K vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho zapojeniacute se použiacutevaacute kondenzaacutetor a tlumivka Ciacutel Určit průběh stejnosměrneacuteho pulzujiacuteciacuteho napětiacute po usměrněniacute jednocestnyacutem a dvoucestnyacutem usměrňovačem Daacutele pak určit průběh po vyhlazeniacute Pomůcky LabQuest ciacutevka 400 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF diody voltmetr VP-BTA multimetr zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute - transformaacutetor
Scheacutema
130
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Ke zdroji střiacutedaveacuteho napětiacute
(transformaacutetor ndash napětiacute maximaacutelně 6 V) připojiacuteme rezistor a k němu voltmetr (podle scheacutema) Multimetrem změřiacuteme efektivniacute hodnotu střiacutedaveacuteho napětiacute
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 004 s Frekvence 10 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V
3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Z grafu určiacuteme maximaacutelniacute
hodnotu (amplitudu) periodu a vypočiacutetaacuteme frekvenci Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 5 Zapojiacuteme jednocestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 6 Zapojiacuteme dvoucestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 7 Zapojiacuteme kondenzaacutetor a tlumivku a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty
131
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měniacuteme různeacute hodnoty kondenzaacutetorů a tlumivek 2 Proč v zapojeniacutech s diodou (diodami) dochaacuteziacute k poklesu napětiacute a jakou maacute tento pokles
velikost Čemu tato velikost odpoviacutedaacute 3 Popiš vliv kondenzaacutetoru a tlumivky na vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute Proč
se zapojujiacute paralelně (do seacuterie)
132
133
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
134
2 Tabulka Umax= Uef=
3 Zaacutevěr
135
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
2 Tabulka Umax= 45 V Uef= 32 V 3 Zaacutevěr Různeacute změny hodnot kondenzaacutetorů a tlumivek majiacute vliv na menšiacute nebo většiacute vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute V zapojeniacutech s diodami dochaacuteziacute k poklesu napětiacute přibližně 05 V a to z důvodu uacutebytku napětiacute na diodě (dvou diodaacutech u dvoucestneacuteho zapojeniacute) Kondenzaacutetor se při maximaacutelniacute hodnotě napětiacute nabiacutejiacute a při poklesu napětiacute vybiacutejiacute a dodaacutevaacute el energii v tomto okamžiku Tlumivka zapojenaacute v seacuterii braacuteniacute rychlyacutem změnaacutem napětiacute
136
137
Střiacutedavyacute proud v energetice
725 TROJFAacuteZOVAacute SOUSTAVA
Fyzikaacutelniacute princip Třiacutefaacutezoveacute napětiacute vznikaacute otaacutečeniacutem magnetu v soustavě třiacute ciacutevek (alternaacutetor) Maacuteme tedy tři zdroje střiacutedaveacuteho napětiacute ndash faacuteze Třiacutefaacutezovyacute rozvod lze využiacutet k zapojeniacute do hvězdy (a)) nebo k zapojeniacute do trojuacutehelniacuteku (b)) Faacutezoveacute napětiacute (u1 u2 u3) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 230 V) mezi středniacutem vodičem (N) a faacutezovyacutem vodičem (L1 L2 L3) Sdruženeacute napětiacute (u12 u13 u23) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 400 V) mezi libovolnyacutemi dvěma faacutezovyacutemi vodiči
Ciacutel Změřit časovyacute průběh napětiacute třiacute faacuteziacute v zapojeniacute do hvězdy Ověřit že součet napětiacute v každeacutem čase je nulovyacute Ověřit že poměr sdruženeacuteho a faacutezoveacuteho napětiacute je 173 times většiacute Pomůcky LabQuest zdroj třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute 3 rezistory 100 Ω 3 voltmetry VP-BTA
Scheacutema
138
Postup 1 Připojiacuteme 3 voltmetry VP-BTA ke vstupům CH1 CH2 a CH3 LabQuestu Zapojiacuteme
obvod podle scheacutema Na zdroji třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute nastaviacuteme hodnotu faacutezoveacuteho napětiacute do 5 V
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme v každeacutem časoveacutem okamžiku okamžiteacute hodnoty
napětiacute u1 u2 a u3 a provaacutediacuteme jejich součet ndash ověřujeme že součet je nulovyacute 6 Střiacutedavyacutem voltmetrem změřiacuteme sdruženeacute a faacutezoveacute napětiacute (efektivniacute hodnoty)
a vypočiacutetaacuteme jejich poměr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z grafu ndash časoveacuteho průběhu napětiacute urči o jakou čaacutest periody jsou posunuta napětiacute 2 Z grafu urči jakaacute je frekvence a perioda střiacutedavyacutech napětiacute 3 Jakyacute je poměr efektivniacute a maximaacutelniacute hodnoty faacutezoveacuteho střiacutedaveacuteho napětiacute ktereacute jsi
naměřil 4 Z grafu urči amplitudu sdruženeacuteho napětiacute a amplitudu faacutezoveacuteho napětiacute Jakyacute je jejich
poměr
139
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) =
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o helliphelliphellip periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = helliphelliphellip Hz Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = helliphelliphellip s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
140
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) =
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = V Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = helliphelliphellip
141
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = 0 V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = 410 V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) = 3 173
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o třetinu periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = 50 Hz
142
Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = 002 s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) = 2 14
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = 591 V
Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = 3 174
143
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
726 ELEKTROMAGNETICKYacute OSCILAacuteTOR
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacutem elektromagnetickyacutem oscilaacutetorem je obvod tvořenyacute ciacutevkou a kondenzaacutetorem - obvod LC nebo oscilačniacute obvod Kondenzaacutetor spojiacuteme se zdrojem stejnosměrneacuteho napětiacute 45 V (plochaacute baterie viz scheacutema) Přepiacutenačem připojiacuteme nabityacute kondenzaacutetorem k ciacutevce V obvodu vznikne elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Energie elektrickeacuteho pole kondenzaacutetoru se měniacute na energii magnetickeacuteho pole ciacutevky a naopak V oscilačniacutem obvodu nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute
Ciacutel Změřit napětiacute a proud v oscilačniacutem obvodu Ověřit elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute oscilačniacuteho obvodu je tlumeneacute Pomůcky LabQuest voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA kondenzaacutetor 2 200 microF ciacutevka s jaacutedrem 1 200 z přepiacutenač
Scheacutema
Postup 1 Voltmetr a ampeacutermetr zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Obvod zapojiacuteme podle scheacutema Přepiacutenač je v poloze bdquo1ldquo (kondenzaacutetor se nabiacutejiacute) 3 Zapneme LabQuest a připojiacuteme jej přes USB k PC
144
4 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Trvaacuteniacute 2 s Vzorkovaciacute frekvence 200 vzorkůsekundu Trigger zatrhneme Spuštěniacute triggeru když napětiacute je rostouciacute přes 005 V
5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme tlačiacutetko Sběr dat 6 Přepneme přepiacutenač do polohy bdquo2ldquo
7 Z grafu odečteme periodu kmitaacuteniacute Určiacuteme kmitočet 8 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změřiacuteme indukčnost L (multimetrem) a vypočiacutetaacuteme periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute
Porovnaacuteme s naměřenou hodnotou 2 Změň parametry součaacutestek (indukčnost kapacita) a zopakuj měřeniacute
145
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
T = helliphelliphellip s f = helliphelliphellip Hz 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
146
147
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
Naměřeneacute T = 0614 s f = 162 Hz Vypočiacutetaneacute L = 154 H C = 22 mF T= )(2 CL = 0366 s
3 Zaacutevěr V elektromagnetickeacutem oscilaacutetoru se přeměňuje elektrickaacute energie na energii magnetickeacuteho pole a naopak Nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Je zde patrnaacute analogie mezi ději mechanickyacutemi (kmitaacuteniacute) a elektromagnetickyacutemi
148
149
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
727 VLASTNOSTI ELEKTROMAGNETICKEacuteHO
VLNĚNIacute Fyzikaacutelniacute princip Magnetickeacute pole můžeme znaacutezornit pomociacute indukčniacutech čar
Elektrickeacute pole popisujeme elektrickyacutemi siločarami
Elektrickeacute a magnetickeacute pole spolu často souvisejiacute Mluviacuteme pak o elektromagnetickeacutem poli Elektromagnetickeacute vlny jsou přiacutečneacute a šiacuteřiacute se i ve vakuu Šiacuteřiacute se rychlostiacute světla Elektromagnetickyacutemi vlnami se přenaacutešejiacute signaacutely rozhlasu televize mobilniacutech telefonů atd I světlo je elektromagnetickeacute vlněniacute (zaacuteřeniacute)
Mezi frekvenciacute f vlnovou deacutelkou λ a rychlostiacute šiacuteřeniacute elektromagnetickeacuteho vlněniacute c (světla)
platiacute vzoreccf
Ciacutel Změřit vlnovou deacutelku elektromagnetickeacuteho vlněniacute Prokaacutezat polarizaci elektromagnetickeacute vlny
150
Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA bezdraacutetovyacute zvonek ndash tlačiacutetko pracujiacuteciacute na frekvenci 43392 MHz přijiacutemač s půlvlnnyacutem dipoacutelem (viz přiacutespěvek od Oldřicha Lepila)
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Pohybujeme rovnoměrnyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 1) 5 Z poloh maxim a minim určiacuteme vlnovou deacutelku 6 Uložiacuteme měřeniacute 7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Pohybujeme rovnoměrnyacutem otaacutečivyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 2) 9 Stejnou vlastnost můžeme ukaacutezat tak že mezi vysiacutelač a přijiacutemač vložiacuteme mřiacutežku kterou
otaacutečiacuteme v rovině kolmeacute ke směru šiacuteřeniacute vlněniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash vlnovaacute deacutelka a polarizace elektromagnetickeacuteho vlněniacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej jak zaacutevisiacute velikost naměřeneacuteho napětiacute na vzdaacutelenosti vysiacutelače od přijiacutemače 2 Pomociacute mřiacutežky nebo plechu vyzkoušej odraz vlněniacute (a interferenci)
18
19
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole 73 VYBIacuteJENIacute KONDENZAacuteTORŮ
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q = f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Změřit vybiacutejeciacute křivku kondenzaacutetoru Určit kapacitu kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 1 kΩ 2 ks kondenzaacutetory 2 200 μF voltmetr VP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry DVP-BTA ke vstupu CH1 a CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod
podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 30 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 1 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
20
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač podle scheacutema a po sekundě (odhadneme) přepneme přepiacutenač opačně
5 Měřeniacute uložiacuteme Opakujeme pro dva kondenzaacutetory zapojeneacute paralelně a do seacuterie 6 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V (začaacutetek měřeniacute) 7 Vytvořiacuteme novou vypočiacutetaacutevanou veličinu I = UR (R = 1 000 Ω) 8 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q = C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
9 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči rovnici funkce U = f (t) přiacutepadně I = f (t) 2 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 3 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 10 kΩ)
21
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
CeAU tB = helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
22
23
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
598100324 23750 ttB eCeAU (červenyacute graf) 3 Zaacutevěr
Napětiacute na kondenzaacutetoru při vybiacutejeniacute klesaacute podle exponenciaacutelniacute funkce
24
25
Elektrickyacute proud v kovech 74 OHMŮV ZAacuteKON
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon Pokud maacute kovovyacute vodič staacutelou teplotu je proud prochaacutezejiacuteciacute vodičem přiacutemo uacuteměrnyacute napětiacute mezi konci vodiče (r 1826 GSOhm) Grafem přiacutemeacute uacuteměrnostiacute je přiacutemka prochaacutezejiacuteciacute počaacutetkem Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky a rezistory 12 Ω 33 Ω a 100 Ω Pomůcky LabQuest rezistor 33 Ω a 100 Ω žaacuterovka 6 V03 A voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 60 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme napětiacute
Vlevo 0 Vpravo 6 V Na ose y zvoliacuteme Elektrickyacute proud a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 06 A V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
26
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Reostatem pomalu zvyšujeme napětiacute a proud Hodnota napětiacute nesmiacute překročit 5 V a
proudu 06 A Zobrazuje se tzv voltampeacuterovaacute charakteristika Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro rezistor 33 Ω a pro žaacuterovku
7 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Platiacute Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky 2 Porovnej voltampeacuteroveacute charakteristiky rezistorů s různyacutemi hodnotami odporů 3 Zkus vymyslet jak ověřiacuteš že Ohmův zaacutekon platiacute i pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky
27
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
a) pro žaacuterovku
b) pro vodič
28
2 Zaacutevěr
29
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
pro žaacuterovku a pro vodič (rezistor)
2 Zaacutevěr Pro žaacuterovku nevychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) protože se teplota wolframoveacuteho vlaacutekna měniacute a tiacutem i jeho odpor Pro rezistory (vodič) vychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) Sklon polopřiacutemky zaacutevisiacute na odporu vodiče ndash čiacutem je odpor většiacute tiacutem je sklon menšiacute
30
31
Elektrickyacute proud v kovech
75 OHMŮV ZAacuteKON PRO UZAVŘENYacute OBVOD
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Proud v uzavřeneacutem obvodu je roven podiacutelu elektromotorickeacuteho napětiacute Ue zdroje a celkoveacuteho odporu R + Ri kde Ri je vnitřniacute odpor zdroje
i
e
RRUI
Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat 100 Ω a 10 kΩ
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema
32
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Elektrickeacute napětiacute a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 V V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat - Ampeacutermetr Reostat 100 Ω a 10 kΩ nastaviacuteme na max hodnoty odporu
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Sepneme spiacutenač 5 Reostatem 10 kΩ pomalu (10 s) zvětšujeme proud (hodnota odporu na min) Jakmile
reostat 10 kΩ vytočiacuteme do krajniacute polohy (min) pokračujeme stejně reostatem 100 Ω do krajniacute polohy (min) Hodnota proudu nesmiacute překročit 06 A což při napětiacute 45 V zajistiacute rezistor 10 Ω Zobrazuje se tzv zatěžovaciacute charakteristika zdroje Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro různě stareacute plocheacute baterie
7 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku Napětiacute
Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute Určiacuteme koeficienty lineaacuterniacute funkce Opakujeme pro všechny grafy
8 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona pro uzavřenyacute obvod)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z koeficientů lineaacuterniacutech funkciacute určete napětiacute napraacutezdno U0 a zkratovyacute proud Ik Daacutele
určete vnitřniacute odpor Ri plocheacute baterie noveacute a stareacute 2 Vnitřniacute odpor plocheacute baterie se staacuteřiacutem zvětšuje Jak se to projevuje na zatěžovaciacute
charakteristice
33
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
1 Vyacutepočet a) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip
b) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip 2 Zaacutevěr
34
35
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
2 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
3 Vyacutepočet a) U = f(I)= -09126I+4925 U0=4925 V Ik=54 A Ri=09126 b) U = f(I)= -5011I+445 U0=445 V Ik=089 A Ri=5011 c) U = f(I)= -RiI+U0= -4244I+4132 U0=4132V Ik=097 A Ri=4244 4 Zaacutevěr Novaacute plochaacute baterie maacute většiacute svorkoveacute napětiacute na praacutezdno U0 většiacute zkratovyacute proud Ik a menšiacute vnitřniacute odpor Ri U staršiacute (reacute) plocheacute baterie je to naopak
36
37
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 76 TERMISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Termistor je polovodičovaacute součaacutestka jejiacutež odpor zaacutevisiacute na teplotě
Z teorie vyplyacutevaacute že zaacutevislost odporu termistoru na teplotě je daacutena vztahem
16273 tT eAeAR
(1) T hellip termodynamickaacute teplota R hellip odpor termistoru při daneacute teplotě T A hellip lineaacuterniacute koeficient β hellip index citlivosti materiaacutelu termistoru Pokud bychom chtěli využiacutevat termistor jako teploměr budeme potřebovat znaacutet inverzniacute funkci (2) tedy funkci vyjadřujiacuteciacute zaacutevislost teploty na odporu Tuto funkci ziacuteskaacuteme z rovnice (1) aplikovaacuteniacutem přirozeneacuteho logaritmu naacuteslednou uacutepravou a převedeniacutem do Celsiovy stupnice
15273ln
15273lnln
ARAR
t (2)
t hellip teplota ve degC R hellip odpor termistoru v Ω Ciacutel Změř zaacutevislost odporu termistoru na teplotě Z grafu urči konstanty A a β
38
Pomůcky LabQuest ohmmetr (musiacute byacutet nainstalovaacuten) teploměr TMP-BTA rychlovarnaacute konvice s horkou vodou termistory se jmenovitou hodnotou odporu 47 kΩ 10 kΩ 15 kΩ počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 V konvici si ohřejeme vodu 2 Teploměr TMP-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 2 a ohmmetr do konektoru CH 1
LabQuestu 3 K ohmmetru připojiacuteme termistor (10 kΩ) kteryacute zastrčiacuteme společně s teploměrem do
kaacutedinky 4 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 5 Zapneme LabQuest 6 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko
zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance) 7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s
Frekvence 1 čteniacutes 8 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a
na osu x Teplotu
39
9 Nalejeme horkou vodu z konvice do kaacutedinky s teploměrem a termistorem a zapneme Sběr dat v programu LoggerPro
10 Voda postupně chladne a počiacutetač vykresluje graf zaacutevislosti R = f(t) Ochlazovaacuteniacute můžeme pomalu urychlovat opatrnyacutem přileacutevaacuteniacutem studeneacute vody a současnyacutem miacutechaacuteniacutem Pro hlubšiacute ochlazeniacute můžeme použiacutet kousek ledu
11 Po skončeniacute měřeniacute (300 s) uložiacuteme toto měřeniacute do paměti ndash menu Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute a můžeme opakovat měřeniacute pro dalšiacute termistor Nebo při měřeniacute použiacutet současně dva ohmmetry (CH 2 a CH 3) a dva termistory
12 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash sestrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a β
2 V programu Logger Pro můžeme v menu Analyacuteza ndash Curve Fit zkusit proložit funkci kterou si vybereme ze seznamu A určiacuteme koeficienty A a β Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že zvolenaacute funkce bdquofungujeldquo
3 Zdůvodněte proč odpor termistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
40
41
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
3 Jakaacute je to funkce
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R )
Termistor
Termistor
Termistor
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
42
43
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
Termistory 15k 10k a 4k7 dosahujiacute jmenoviteacute hodnoty přibližně při 25 degC Termistory s většiacutem jmenovityacutem odporem majiacute při stejně velkeacute změně teploty většiacute změnu odporu Index citlivosti materiaacutelu je přibližně stejnyacute
3 Jakaacute je to funkce
Exponenciaacutelniacute klesajiacuteciacute 16273 tT eAeAR
44
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R ) Termistor 15000Ω 3285 02388 15273
3285
23880 teR 15273
23880lnln3285
R
t
Termistor 10000Ω 3592 005836 15273
3592
058360 teR 15273
058360lnln3592
R
t
Termistor 4700 Ω 3545 003204 15273
3545
032040 teR 15273
032040lnln3545
R
t
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
S rostouciacute teplotou se rychle zvětšuje hustota volnyacutech bdquovytřesenyacutechldquo elektronů z vazeb a tiacutem rezistivita rychle klesaacute
45
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 77 FOTOREZISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Fotorezistor (dřiacuteve označovaacuten jako fotoodpor) je pasivniacute elektrotechnickaacute součaacutestka bez PN přechodu jejiacutež elektrickyacute odpor R se snižuje se zvyšujiacuteciacutem se osvětleniacutem E resp elektrickaacute vodivost G se zvyšuje
Princip fotorezistoru je založen na vnitřniacutem fotoelektrickeacutem jevu světlo (foton) naraziacute do elektronu ve valenčniacute sfeacuteře a předaacute mu svoji energii tiacutem elektron ziacuteskaacute dostatek energie k překonaacuteniacute zakaacutezaneacuteho paacutesu a skočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho Tiacutem opustiacute svůj atom a pohybuje se jako volnyacute elektron prostorem krystaloveacute mřiacutežky Na jeho miacutestě vznikla diacutera Takto vznikleacute volneacute elektrony přispiacutevajiacute ke sniacuteženiacute elektrickeacuteho odporu R (zvyacutešeniacute elektrickeacute vodivosti G) Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost Funkce R = f(E) je funkce mocninnaacute R = AmiddotE-B Tuto funkci můžeme zlogaritmovat a převeacutest
na funkci lineaacuterniacute lnR= -BmiddotlnE + lnA nebo určit inverzniacute funkci BB RAE11
Inverzniacute
funkce může sloužit ke konstrukci luxmetru z fotorezistoru Ciacutel Změřit zaacutevislost odporu fotorezistoru na osvětleniacute Z grafu určit konstanty A a B
46
Pomůcky LabQuest 3 ohmmetry (ohmmetr musiacute byacutet nainstalovaacuten) luxmetr LS-BTA fotorezistory počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 Luxmetr LS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 Ohmmetry zapojiacuteme do konektorů
CH 2 CH 3 a CH4 LabQuestu 2 K ohmmetrům připojiacuteme fotorezistory 3 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 4 Zapneme LabQuest
47
5 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance)
6 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s Frekvence 1 čteniacutes
7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a na osu x Osvětleniacute
8 Těsně vedle fotorezistorů umiacutestiacuteme luxmetr 9 Budeme postupně viacutece a viacutece zakryacutevat papiacutery fotorezistory s luxmetrem Tiacutem dosaacutehneme
změnu osvětleniacute a odporu fotorezistorů Zastaviacuteme měřeniacute 10 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů 11 Provedeme analyacutezu grafů Určiacuteme konstanty mocninneacute funkce A a B Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash setrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a B
2 Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že určenaacute funkce bdquofungujeldquo 3 Zdůvodněte proč odpor fotorezistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
48
49
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy 3 Jakaacute je to funkce 4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute Fotorezistor středniacute Fotorezistor velkyacute
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E
50
51
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy Pro tři měřeneacute fotorezistory jsou průběhy funkciacute podobneacute U maleacuteho a středniacuteho fotorezistoru je pokles odporu R většiacute něž u velkeacuteho fotorezistoru při stejně velkeacute změně osvětleniacute E 3 Jakaacute je to funkce Funkce R=f(E) je funkce mocninnaacute R=AmiddotE-B Je to funkce klesajiacuteciacute
52
4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute 100100 07246 R=100100middotE-07246 381
11
7960821 RRAE BB
Fotorezistor středniacute 97030 08379 R=97030middotE-08379 1931
11
894688 RRAE BB
Fotorezistor velkyacute 30350 06885 R=30350middotE-06885 4521
11
3236193 RRAE BB
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem viacutece elektronů přeskočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho a tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost ndash zmenšuje se odpor R
53
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech
78 TRANZISTOR JAKO SPIacuteNAČ A ZESILOVAČ
Fyzikaacutelniacute princip Tranzistor je polovodičovaacute součaacutestka se dvěma přechody PN Středniacute čaacutest krystalu polovodiče je baacuteze B a přechody PN ji oddělujiacute od oblasti s opačnyacutem typem vodivosti kolektorem C a emitorem E Podle druhu vodivosti jednotlivyacutech čaacutestiacute označujeme tranzistory jako typy NPN a PNP
Zaacutekladniacute funkce tranzistoru Maleacute napětiacute v obvodu baacuteze vzbuzuje proud kteryacute je přiacutečinou mnohokraacutet většiacuteho proudu v obvodu kolektoroveacutem Tranzistor se použiacutevaacute jako bdquoelektronickyacute spiacutenačldquo a bdquozesilovačldquo
Ciacutel Ověřit činnost tranzistoroveacuteho spiacutenače a tranzistoroveacuteho zesilovače Pomůcky LabQuest dva voltmetry VP-BTA zapojeniacute tranzistoru jako spiacutenače a zesilovače (podle scheacutema) generaacutetor signaacutelu (může byacutet použit i druhyacute LabQuest se zesilovačem) baterie 45 V
54
Scheacutema
a) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquospiacutenačeldquo
b) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquozesilovačeldquo
55
Postup 1 Voltmetry zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquospiacutenačldquo podle scheacutema a) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1) a
UCE (U2) 3 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme trojuacutehelniacutekovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 5 V
4 Voltmetr U1 připojiacuteme mezi baacutezi a emitor (UBE) Voltmetr U2 připojiacuteme mezi kolektor a
emitor (UCE) 5 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 3 s Frekvence
10 000 čteniacutes 6 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
Tranzistor jako bdquospiacutenačldquo
7 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 8 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquozesilovačldquo podle scheacutema b) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1)
a UCE (U2) Potenciometrem P nastaviacuteme bdquopracovniacute bod tranzistoruldquo ndash UCE bude miacutet přibližně polovičniacute hodnotu napaacutejeciacuteho napětiacute (jestliže napětiacute zdroje je UB= 45 V rarr UCE= 225 V)
9 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme sinusovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 015 V 10 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 01 s Frekvence 10 000 čteniacutes
56
Tranzistor jako bdquozesilovačldquo
11 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 12 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 13 Určiacuteme jakyacute je poměr UCEUBE 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Při jakeacutem napětiacute UBE tranzistor bdquosepneldquo Jak dlouho probiacutehaacute bdquosepnutiacuteldquo (tranzistor jako
spiacutenač) 2 Zkus měnit kmitočet vstupniacuteho napětiacute zesilovače 3 Zkus měnit nastaveniacute pracovniacuteho bodu Jakyacute to maacute vliv na vyacutestupniacute signaacutel 4 Zkus měnit velikost střiacutedaveacuteho vstupniacuteho napětiacute Jakyacute to maacute vliv na tvar vyacutestupniacuteho
napětiacute 5 Urči zesilovaciacute činitel 6 Je vyacutestupniacute signaacutel bdquozkreslenyacuteldquo Co je přiacutečinou
57
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
58
59
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač
2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač
60
b) Tranzistor jako zesilovač
3 Zaacutevěr a)Tranzistor jako spiacutenač ndash z měřeniacute je patrneacute že se tranzistor otevře při překročeniacute napětiacute asi 07 V mezi baacuteziacute a editorem b)Tranzistor jako zesilovač ndash změřeniacute je patrneacute že tranzistor zesiluje napětiacute přibližně 23times Z měřeniacute je daacutele patrneacute že dochaacuteziacute ke zkresleniacute vstupniacuteho signaacutelu
61
Elektrickyacute proud v kapalinaacutech 79 ELEKTROLYacuteZA
Fyzikaacutelniacute princip Elektrolyacutezou nazyacutevaacuteme laacutetkoveacute změny vyvolaneacute při průchodu proudu elektrolytem na elektrodaacutech Faradayův zaacutekon Hmotnost m vyloučeneacute laacutetky je přiacutemo uacuteměrnaacute naacuteboji Q kteryacute prošel elektrolytem M = AQ = AmiddotImiddott Konstanta uacuteměrnosti A kteraacute je pro danou laacutetku charakteristickaacute se nazyacutevaacute elektrochemickyacute ekvivalent laacutetky Ciacutel Určit elektrochemickyacute ekvivalent mědi v roztoku siacuteranu měďnateacuteho CuSO4 Pomůcky LabQuest ampeacutermetr HCS-BTA žaacuterovka 24 V40 W naacutedoba s roztokem Cu2SO4 zdroj stejnosměrneacuteho napětiacute 24 V digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001
Scheacutema
62
Postup 1 Sestaviacuteme měřeniacute podle scheacutema Katodu připevniacuteme na stativ kteryacute stojiacute na digitaacutelniacutech
vahaacutech 2 Ampeacutermetr HCS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 LabQuestu a ten připojiacuteme přes
USB k PC 3 Digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001 připojiacuteme přes USB k PC 4 Zapneme LabQuest 5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 1 vzoreksekundu 6 Zapneme zdroj proudu 7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a nechaacuteme určitou dobu probiacutehat
měřeniacute
8 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 9 V grafu I = f (t) určiacuteme velikost naacuteboje Q kteryacute prošel obvodem pomociacute volby v menu
Analyacuteza - Integraacutel 10 Vypočiacutetaacuteme elektrochemickyacute ekvivalent mědi A (při elektrolyacuteze roztoku Cu2SO4)
zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pomociacute elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi spočiacutetejte Avogadrovu a Faradayovu
konstantu 2 Naměřeneacute hodnoty porovnejte s tabulkovyacutemi hodnotami 3 Zkus zopakovat měřeniacute s jinyacutem elektrolytem 4 Co může byacutet přiacutečinou naacuterůstu elektrickeacuteho proudu v průběhu měřeniacute (viz vyacuteše)
63
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu
3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
64
65
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu 0000002480
1210103 4
3 Zaacutevěr Elektrochemickyacute ekvivalent mědi měřeniacutem a vyacutepočtem vychaacuteziacute 0000000248 kgmiddotC-1 Tabulkovaacute hodnota elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi je A = 03310-6 kgC-1 Chyba měřeniacute je způsobenaacute nepřesnostiacute měřeniacute
66
67
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
710 MAGNETICKEacute POLE CIacuteVKY
Fyzikaacutelniacute princip
Magnetickaacute indukce uvnitř velmi dlouheacute ciacutevky maacute velikost l
INB kde I je velikost
proudu N je celkovyacute počet zaacutevitů a l je deacutelka ciacutevky
Ciacutel Ověřit zaacutevislost magnetickeacute indukce na velikosti proudu prochaacutezejiacuteciacuteho ciacutevkou Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω ampeacutermetr DCP-BTA teslametr MG-BTA ciacutevka 166 a 332 zaacutevitů regulovatelnyacute zdroj proudu a napětiacute BK 127
Scheacutema
68
Postup 1 Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme teslametr MG-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud
Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Magnetickou indukci a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 mT V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Regulovatelnyacutem zdrojem zvyšujeme napětiacute Kontrolujeme proud ndash max 06 A
Teslametrem měřiacuteme magnetickou indukci uvnitř ciacutevky
6 Vysloviacuteme zaacutevěr - jak zaacutevisiacute magnetickaacute indukce B na velikosti elektrickeacute proudu I
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Ze znalosti počtu zaacutevitů deacutelky ciacutevky a proudu spočiacutetej magnetickou indukci 2 Změň ciacutevku a opakuj měřeniacute 3 Změř jak se měniacute magnetickaacute indukce po podeacutelneacute ose ciacutevky při daneacute hodnotě proudu
69
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = helliphellip A N= 332 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
b) I = helliphellip A N= 166 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
70
3 Zaacutevěr
Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = helliphelliphelliphellip mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je měřeniacutem B = helliphelliphelliphellip mT Tyto hodnoty helliphelliphelliphelliphellip s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Jejich rovnice jsou B = helliphelliphelliphellipmiddotI a B = helliphelliphellipmiddotI
71
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = 05807 A N = 332 z l = 15 cm
mTl
INB 615115058070133104 7
b) I = 061 A N = 166 z l = 15 cm mT
lINB 8480
150610166104 7
72
3 Zaacutevěr Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = 1734 mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je B= 0835 mT Tyto hodnoty souhlasiacute s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je přiacutemaacute uacuteměrnost Jejich rovnice jsou B = 2906middotI a B = 1445middotI
73
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
711 MAGNETICKEacute POLE ZEMĚ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Stejně i Země maacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Zemskeacute magnetickeacute pole v ČR maacute magnetickou indukci 0048 mT Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole Země Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA stojan laboratorniacute uacutehloměr
74
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 03 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve vodorovneacute rovině
otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum (N a S magnetickyacute poacutel) Z maximaacutelniacutech hodnot odečteme vodorovnou amplitudu magnetickeacute indukce B Země
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve svisleacute rovině (N-S směr) otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum Maximaacutelniacute hodnota je hodnotou magnetickeacute indukce B Země
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči sklon indukčniacute čaacutery magnetickeacuteho pole u naacutes v ČR vzhledem k povrchu země 2 Teslametr upevniacuteme do stojanu Pod teslametr položiacuteme uacutehloměr
75
3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev Uacutehel Jednotky deg
4 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Podle kompasu nastaviacuteme teslametr na sever 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 7 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0deg a stiskneme OK 8 Teslametr otočiacuteme o 10deg 9 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 10 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 10deg a stiskneme OK 11 Opakujeme body 8 9 a 10 pro 20deg 30deg 40deg hellip 360deg 12 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 13 Měřeniacute zopakujeme v horizontaacutelniacute rovině v bdquoN ndash Sldquo směru 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
76
77
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
78
79
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(t)
2 Zaacutevěr Velikost vektoru magnetickeacute indukce vychaacuteziacute přibližně B = 005 mT Tento vektor maacute vzhledem k vodorovneacutemu směru uacutehel sklonu 60deg
80
81
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
712 MAGNETICKEacute POLE MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT stojan laboratorniacute permanentniacute magnet
82
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně
přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k severniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně pohybujeme (asi 5 sekund) teslametrem kolmo k podeacutelneacute ose magnetu k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund) Uložiacuteme měřeniacute
83
6 Otevřeme novyacute soubor a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf
7 Zopakujeme měřeniacute pro magnet tvaru podkovy s teslametrem plusmn 140 mT
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev deacutelka
Jednotky cm 2 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Teslametr upevniacuteme do stojanu a postaviacuteme na okraj
magnetickeacuteho pole magnetu tvaru podkovy 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 5 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK 6 Teslametr posuneme o 1 cm 7 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 8 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 1 cm a stiskneme OK 9 Opakujeme body 7 8 a 9 pro 2cm 3 cm 4 cm hellip20 cm 10 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 11 Měřeniacute zopakujeme ve vertikaacutelniacute rovině magnetu (bdquoN ndash Sldquo) 12 Vysloviacuteme zaacutevěr
84
85
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
713 VLASTNOSTI FEROMAGNETICKYacuteCH
LAacuteTEK Fyzikaacutelniacute princip Budeme-li postupně zvětšovat proud I v ciacutevce s jaacutedrem z feromagnetickeacute laacutetky bude se postupně i magnetickaacute indukce B v jaacutedře zvětšovat
Relativniacute permeabilita μr feromagnetickyacutech laacutetek neniacute konstantniacute proto zaacutevislost B = f(I) neniacute lineaacuterniacute Grafem teacuteto zaacutevislosti je křivka ndash hystereacutezniacute smyčka
Hystereacutezniacute smyčka je důležitou charakteristikou feromagnetickyacutech laacutetek Podle tvaru křivky děliacuteme laacutetky na a) magneticky tvrdeacute - majiacute širokou hystereacutezniacute smyčku velkou hodnotu Br a jsou viacutece
odolnějšiacute vůči zmagnetovaacuteniacute (ocel s velkyacutem obsahem uhliacuteku hellip) Po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole zůstaacutevajiacute nadaacutele zmagnetovaacuteny a chovajiacute se jako permanentniacute magnet Jejich magnetickeacute pole lze zrušit pomociacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole opačneacute polarity (např do ciacutevky s jaacutedrem zavedeme proud opačneacuteho směru)
b) magneticky měkkeacute - materiaacutely s uacutezkou hystereacutezniacute smyčkou ktereacute se dajiacute snadno zmagnetovat (magnetofonoveacute paacutesky diskety hellip) Majiacute malou hodnotu Br což znamenaacute že po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole jejich vlastniacute magnetickeacute pole zanikaacute
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole ciacutevky s jaacutedrem v zaacutevislosti na velikosti proudu I Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT ampeacutermetr HCS-BTA stojan laboratorniacute ciacutevka 400 z různaacute jaacutedra regulovatelnyacute zdroj KXN 305D
86
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr plusmn140 mT ke vstupu CH1 LabQuestu Ke vstupu CH2 zapojiacuteme
ampeacutermetr HCS-BTA Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a připojiacuteme ho k USB PC 3 V programu LoggerPro v menu Data ndash Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme Naacutezev
magnetickaacute indukce Značka B Jednotka mT Rovnice Potential57 4 Na ose y zvoliacuteme magnetickaacute indukce a na ose x elektrickyacute proud 5 V menu Experiment ndash Sběr dat hellip zvoliacuteme bdquoNepřerušenyacute sběr datldquo Vzorkovaciacute
frekvence 10 vzorkůsekundu 6 Uvnitř ciacutevky je jaacutedro s feromagneticky měkkeacute oceli Vynulujeme senzor proudu a napětiacute
(teslametr plusmn140 mT) Teslametr přiložiacuteme těsně k jaacutedru (viz scheacutema) 7 Na regulovatelneacutem zdroji napětiacute zvětšujeme pomalu napětiacute až dosaacutehneme proud ciacutevkou
5 A Potom zase zmenšujeme napětiacute (proud) na bdquonululdquo Přepoacutelujeme poacutely zdroje pomociacute banaacutenků nebo dvojpoacutelovyacutem přepiacutenačem
87
8 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat v programu LoggerPro a opakujeme činnost v bodě 7 dvakraacutet Tiacutem se vykresliacute celaacute hystereacutezniacute smyčka Zastaviacuteme sběr dat tlačiacutetkem Stop v programu LoggerPro Uložiacuteme měřeniacute
9 Zopakujeme měřeniacute pro různaacute jaacutedra
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme různaacute jaacutedra z feromagneticky tvrdeacute oceli ndash např šroubovaacutek
2 Z grafu můžeme určit hodnotu zbytkoveacute magnetickeacute indukce Br 3 Proč je pro jaacutedra transformaacutetorů vyacutehodnějšiacute použiacutet feromagneticky měkkou ocel
88
89
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole 714 HALLŮV JEV
Fyzikaacutelniacute princip Hallův jev vznikaacute při průchodu proudu I tenkou polovodičovou destičkou (InSb InAs s odporem 001 až 20 Ohmů a tloušťky cca 01 mm jednaacute se o kompromis mezi maximem citlivost a mechanickeacute pevnosti) obdeacutelniacutekoveacuteho tvaru Při vloženiacute destičky do magnetickeacuteho pole skrze ni prochaacuteziacute indukčniacute tok a přeskupuje naacuteboje v destičce na jednu stranu Tak na bočniacutech stěnaacutech destičky vznikaacute napětiacute (tzv Hallovo napětiacute) ktereacute se daacute vypočiacutetat pomociacute vzorce UH = kIB kde k je konstanta (zahrnuje typ materiaacutelu a tloušťku destičky) I je stejnosměrnyacute proud a B je magnetickaacute indukce způsobenaacute magnetickyacutem polem
Ciacutel Pomociacute teslametru změřit jak zaacutevisiacute napětiacute UH na Hallově sondě na magnetickeacute indukci B magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA teslametr MG-BTA teslametr bdquoza paacuter korunldquo (viz doprovodnyacute text) permanentniacute magnet
90
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 a teslametr MG-BTA ke vstupu CH2
LabQuestu Na teslametru MG-BTA nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Voltmetr VP-BTA připojiacuteme k teslametru bdquoza paacuter korunldquo - je na něm zapojena Hallova sonda na napětiacute 3 V a protilehleacute vyacutevody z Hallovy sondy jsou vyvedeny pomociacute dvou vodičů Na nich budeme měřit UH pomociacute voltmetru VP-BTA LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 2 vzorkysekundu 4 Zapneme zdroj proudu na teslametru bdquoza paacuter korunldquo Vynulujeme oba senzory
Permanentniacute magnet přibliacutežiacuteme k teslametru MG-BTA a teslametru bdquoza paacuter korunldquo na vzdaacutelenost asi 2cm Digitaacutelniacute displej teslametru ukazuje hodnotu 5 mT (viz scheacutema)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem vzdalujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 1)
6 Pak otočiacuteme magnet o 180deg a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem přibližujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 2)
91
7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 8 Opakujeme měřeniacute pro různeacute Hallovy sondy
9 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash jakaacute je zaacutevislost UH na B jakaacute je citlivost
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kde se Hallova sonda použiacutevaacute 2 Jakyacute je rozsah teslametru MG-BTA a jakyacute teslametru bdquoza paacuter korunldquo 3 Zkus změřit magnetickou indukci magnetu bdquoparalelněldquo oběma teslametry U teslametru
bdquoza paacuter korunldquo vlož lineaacuterniacute funkci kteraacute přepočiacutetaacute UH na B
92
93
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
94
95
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr Z grafů je zřejmeacute že se jednaacute o přiacutemou uacuteměrnost Pro prvniacute (modryacute graf) Hallův senzor je rovnice přiacutemeacute uacuteměrnosti B=f(UH) = 333UH mT A pro druhyacute (červenyacute graf) Hallův senzor je rovnice B=f(UH) = 83UH mT
96
97
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
715 MAGNETICKYacute ZAacuteZNAM SIGNAacuteLŮ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickyacute zaacuteznam signaacutelů kteryacutem je uchovaacutevaacutena zvukovaacute či obrazovaacute informace nebo takeacute digitaacutelniacute informace zpracovanaacute počiacutetačem Magnetickyacute zaacuteznam je založen na trvaleacutem zmagnetovaacuteniacute vrstvy feromagnetika (např oxidu železa) naneseneacuteho na nosiči z plastickeacuteho materiaacutelu
Magnetickyacute zaacuteznam se uskutečňuje pomociacute zvlaacuteštniacuteho elektromagnetu ndash zaacuteznamoveacute hlavy
Ciacutel Proveacutest mazaacuteniacute magnetickyacute zaacuteznam sniacutemaacuteniacute a opětneacute mazaacuteniacute na nosič Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA permanentniacute magnet na mazaacuteniacute permanentniacute magnet na zaacuteznam svinovaciacute metr jako nosič zaznamenaneacuteho signaacutelu
98
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru MG-BTA
nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Deacutelka 10 s
Vzorkovaciacute frekvence 20 vzorkůsekunda 4 Nejdřiacuteve provedeme mazaacuteniacute na nosiči (svinovaciacute metr)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu (10 s) rovnoměrnyacutem
pohybem pomociacute teslametru provedeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů na nosiči
6 Provedeme zaacuteznam signaacutelů na nosiči (např čtyřikraacutet)
7 Zopakujeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů (jako v bodě 5) 8 Zopakujeme mazaacuteniacute a sniacutemaniacute (jako v bodě 4 a 5)
99
9 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej zaacuteznam různyacutem (S N) poacutelem permanentniacuteho magnetu Jak se změniacute průběh
signaacutelu 2 Vyzkoušej mazaacuteniacute a zaacuteznam na skutečnyacute nosič ndash paacutesek od videokazety 3 Vyzkoušej zaacuteznam na disketu
100
101
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
716 ELEKTROMAGNETICKAacute INDUKCE
Fyzikaacutelniacute princip Elektromagnetickaacute indukce je jev při ktereacutem vznikaacute elektrickeacute napětiacute ve vodiči změnou magnetickeacuteho pole v okoliacute vodiče (ciacutevky) Indukovaneacute napětiacute zaacutevisiacute na velikosti změny magnetickeacuteho pole i na rychlosti jeho změny
tU i
Indukovaneacute napětiacute maacute takovou polaritu že indukovanyacute proud vytvaacuteřiacute magnetickeacute pole s opačnyacutem směrem indukčniacutech čar než maacute magnetickeacute pole ktereacute indukci vyvolalo (Lenzův zaacutekon)
Ciacutel Změřit indukovaneacute napětiacute Ověřit na čem zaacutevisiacute Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA ciacutevka s jaacutedrem permanentniacute magnet
102
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu Roztočiacuteme permanentniacute magnet v těsneacutem okoliacute ciacutevky (jaacutedra)
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Opakujeme měřeniacute s rychlejšiacutem (pomalejšiacutem) otaacutečeniacutem magnetu 5 Vyměniacuteme magnet za bdquosilnějšiacuteldquo 6 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash na čem zaacutevisiacute indukovaneacute napětiacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkus ciacutevku s jinyacutem počtem zaacutevitů 2 Zkus pohybovat membraacutenou reproduktoru a měřit indukovaneacute napětiacute 3 Zkus napjatou strunu umiacutestit do magnetickeacuteho pole a na niacute měřit velikost indukovaneacuteho
napětiacute
103
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
717 DEMONSTRACE VOLNEacuteHO PAacuteDU MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Volnyacute paacuted je rovnoměrně zrychlenyacute pohyb volně padajiacuteciacuteho tělesa v bliacutezkosti země K měřeniacute pohybu volneacuteho paacutedu tělesa (magnetu) použijeme trubici z nevodiveacuteho materiaacutelu Na trubici jsou v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech navinuty ciacutevky ktereacute jsou navzaacutejem spojeneacute do seacuterie Spojeniacute ciacutevek připojiacuteme k voltmetru a zobraziacuteme časovyacute zaacuteznam napětiacute na jednotlivyacutech ciacutevkaacutech při pohybu magnetu trubiciacute vnitřkem jednotlivyacutech ciacutevek
Ciacutel Změřit časovyacute průběh indukovaneacuteho napětiacute při pohybu (volneacutem paacutedu) magnetu vnitřkem ciacutevek Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA neodymovyacute magnet (vaacuteleček) 2 m dlouhaacute PPR trubka 25x35 PN16 na ktereacute jsou navinuty ciacutevky (10 z) v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech
104
Scheacutema
105
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Sestaviacuteme obvod podle
scheacutema Voltmetr připojiacuteme ke koncům seacuterioveacuteho spojeniacute ciacutevek LabQuest připojiacuteme k PC přes USB
2 Zapneme LabQuest V programu Logger Pro v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 06 s Frekvence 1 000 vzorkůs Daacutele Trigger je rostouciacute přes 001 V
3 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat (měřeniacute) v programu Logger Pro Neodymovyacute magnet vložiacuteme do uacutestiacute PPR trubky a pustiacuteme
4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme časoveacute intervaly mezi jednotlivyacutemi průchody
magnetu Daacutele vypočiacutetaacuteme rychlosti v jednotlivyacutech intervalech Určiacuteme zrychleniacute mezi jednotlivyacutemi intervaly Přiacuteklad vyacutepočtu pro vyacuteše uvedeneacute měřeniacute
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyložte průběh zaacuteznamu z hlediska velikosti a polarity jednotlivyacutech napětiacute a jejich
umiacutestěniacute na ose času 2 Zopakuj měřeniacute s padajiacuteciacutem magnetem s opačnou orientaciacute poacutelů magnetu 3 Jak se změniacute časovyacute průběh při použitiacute delšiacuteho magnetu (viacutece vaacutelečků) 4 Zopakuj měřeniacute s tiacutem že konec trubky ucpeš gumovou zaacutetkou 5 Připoj k vyacutestupu signaacutelu z ciacutevek zesilovač a reproduktor a poslechem sleduj volnyacute paacuted
magnetu
106
107
Střiacutedavyacute proud 718 PŘECHODNYacute DĚJ Fyzikaacutelniacute princip Přechodnyacutem dějem v obvodu s kondenzaacutetorem nebo s ciacutevkou nazyacutevaacuteme skokovou změnu napětiacute a proudu na kondenzaacutetoru a ciacutevce Tuto změnu vyvolaacuteme sepnutiacutem nebo vypnutiacutem spiacutenače (přepiacutenače) Ciacutel Určit jak se měniacute napětiacute a proud v obvodu s kondenzaacutetorem a s ciacutevkou při přechodneacutem ději Pomůcky LabQuest ciacutevka 1 200 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr VP-BTA voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
a) b)
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr
DCP-BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema a)
108
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Zapojiacuteme obvod podle scheacutema b) 6 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 1 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 A Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a hned ho přepneme zpět
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zamysli se co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru (ciacutevky) ke zdroji
napětiacute a co se děje při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute k rezistoru Kde se to daacute využiacutet 2 Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Zkus to
vymyslet a potom ověř měřeniacutem
109
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
2 Doplňkoveacute otaacutezky a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k
rezistoru c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute
110
d) 4) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru
e) 5) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů f) 6) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
111
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 27 degC
Tlak 1008 hPa
Vlhkost 53
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
112
3 Doplňkoveacute otaacutezky
a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute dochaacuteziacute k jeho nabiacutejeniacute Na kondenzaacutetoru se akumuluje elektrickyacute naacuteboj (zvětšuje se jeho elektrickaacute energie) V okamžiku zapojeniacute bude obvodem prochaacutezet největšiacute elektrickyacute proud Nenabityacute kondenzaacutetor se zpočaacutetku chovaacute jako zkrat Čiacutem viacutece se však bude kondenzaacutetor nabiacutejet (bude v něm vzrůstat nahromaděnyacute naacuteboj) a poroste jeho napětiacute tiacutem menšiacute proud bude prochaacutezet obvodem
b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k rezistoru Po odpojeniacute obvodu od zdroje napětiacute se začiacutenaacute kondenzaacutetor vybiacutejet (chovaacute se jako zdroj) Elektrickaacute energie kterou kondenzaacutetor vybije se v rezistoru přeměniacute na teplo Teoreticky se kondenzaacutetor vybiacutejiacute nekonečně dlouhou dobu V okamžiku odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje napětiacute prochaacuteziacute obvodem velkyacute proud opačnyacutem směrem než při zapojeniacute ke zdroji napětiacute Napětiacute i proud postupně klesajiacute
c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute ciacutevky ke zdroji stejnosměrneacuteho napětiacute začne obvodem prochaacutezet proud kteryacute na ciacutevce způsobiacute indukovaacuteniacute napětiacute jež je uacuteměrneacute časoveacute změně magnetickeacuteho indukčniacuteho toku a s polaritou působiacuteciacute proti napětiacute zdroje Proud v obvodu se proto zvětšuje na svou maximaacutelniacute hodnotu jen postupně neboť čaacutest energie dodaacutevaneacute ze zdroje do obvodu se spotřebovaacutevaacute na vytvaacuteřeniacute magnetickeacuteho pole ciacutevky (indukovaneacute napětiacute na ciacutevce postupně klesaacute) Proud se ustaacuteliacute teprve v okamžiku kdy se časovaacute změna magnetickeacuteho indukčniacuteho toku bude rovna nule (to platiacute i pro indukovaneacute napětiacute na ciacutevce)
d) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru Po odpojeniacute ciacutevky od zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute se začne v ciacutevce indukovat napětiacute opačneacute polarity (může dosaacutehnout vyššiacutech hodnot než je napětiacute zdroje) než v předešleacute faacutezi ktereacute způsobiacute zpomaleniacute zaacuteniku magnetickeacuteho pole Směr toku proudu zůstaacutevaacute nezměněn Energie magnetickeacuteho pole ciacutevky se přeměniacute na rezistoru na teplo Proud i napětiacute tedy rychle ale postupně klesajiacute k nuloveacute hodnotě
e) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Kondenzaacutetor Čiacutem menšiacute odpor maacute rezistor tiacutem rychleji se kondenzaacutetor nabije a tiacutem rychleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor rychle vybije a vzniklyacute proud v obvodu rychle klesaacute Čiacutem většiacute odpor maacute rezistor tiacutem pomaleji se rezistor nabije a tiacutem pomaleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor vybije pomaleji a vzniklyacute proud v obvodu pozvolna klesaacute Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud Ciacutevka Čiacutem menšiacute odpor majiacute rezistory tiacutem pozvolněji klesaacute indukovaneacute napětiacute vznikleacute na ciacutevce při zapojeniacute ke zdroji Toteacutež platiacute pro elektrickyacute proud kteryacute se v tomto přiacutepadě ustaacuteliacute za delšiacute časovyacute okamžik Jinak je tomu v přiacutepadě že rezistory majiacute většiacute odpor Indukovaneacute napětiacute klesaacute rychleji a proud se v obvodu ustaacuteliacute na konstantniacute hodnotě za velmi kraacutetkou dobu Při odpojeniacute od zdroje klesajiacute proud a napětiacute v obou přiacutepadech přibližně stejně Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud
113
Kondenzaacutetor + rezistor 50 Ω + rezistor 200 ΩCiacutevka + rezistory 50 Ω + rezistory 200 Ω
114
f) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
Řada přechodnyacutech jevů je nežaacutedouciacute protože způsobiacute např kraacutetkodobeacute přetiacuteženiacute obvodu a tiacutem zkracujiacute životnost zařiacutezeniacute (zapnutiacute studeneacute žaacuterovky ndash naacuterazovyacute proud je až desetkraacutet většiacute než ustaacutelenyacute proud) Některeacute přechodneacute děje jsou však žaacutedouciacute a některeacute obvody jsou přiacutemo na využitiacute přechodnyacutech dějů založeny (generaacutetory klopneacute obvody) V elektronice existujiacute přechodneacute děje založeneacute na RC RL a RLC obvodech vzhledem k co možnaacute nejmenšiacutem použiacutevaacuteniacute ciacutevek majiacute největšiacute vyacuteznam při nabiacutejeniacute a vybiacutejeniacute kondenzaacutetory Obecně jsou v elektronice nejrozšiacuteřenějšiacute tepelneacute přechodneacute jevy V silnoproudeacute elektronice se měřiacute oteplovaciacute křivky elektrickyacutech strojů v počiacutetačoveacute technice se měřiacute otepleniacute hlavniacuteho procesoru měřeniacute teploty harddisku atd
115
Střiacutedavyacute proud 719 STŘIacuteDAVYacute PROUD S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem maacute časovyacute diagram napětiacute stejnou faacutezi (faacutezovyacute rozdiacutel je nulovyacute) jako časovyacute diagram proudu
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
116
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Um f Im T a (faacutezovyacute rozdiacutel) Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a u
5 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zakreslete faacutezorovyacute diagram 2 Určete z grafů velikost odporu rezistoru
117
Střiacutedavyacute proud 720 VYacuteKON STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem je okamžitaacute hodnota vyacutekonu p = ui = Ri2 = RIm
2sin2t
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem a zobrazit časovyacute diagram vyacutekonu Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
118
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Zvoliacuteme zaacuteložku tabulka V menu Tabulka zvoliacuteme Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec Naacutezev ndash
Vyacutekon Jednotka ndash W Tvar vyacuterazu XY Sloupec pro X ndash proud Sloupec pro Y ndash napětiacute
5 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Pm f Im T Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a p
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jakyacute je poměr frekvence okamžiteacute hodnoty vyacutekonu a okamžiteacute hodnoty proudu 2 Určete z grafu okamžiteacute hodnoty vyacutekonu středniacute hodnotu vyacutekonu P
119
Střiacutedavyacute proud 721 STŘIacuteDAVYacute PROUD S INDUKČNOSTIacute
Fyzikaacutelniacute princip
Induktance je veličina I
UX L Induktance XL je přiacutemo uacuteměrnaacute indukčnosti ciacutevky L a
frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute induktance indukčnost ciacutevky Ověřit že induktance na indukčnosti a frekvenci zaacutevisiacute přiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω voltmetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z a voltmetrem (ry) 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute
(Zesilovač)
120
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a indukčnosti Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z Vypočiacutetaacuteme induktanci XL Z induktance a frekvence vypočiacutetaacuteme indukčnost L
5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XL = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Miacutesto ciacutevky zapoj tlumivku (2times47 mH) a proveď stejneacute měřeniacute V čem se lišiacute zaacutevislost
XL = f(f) Proč se lišiacute
2 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na indukčnosti pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu
3 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty induktance pro vyššiacute frekvence 4 Zkus změřit přechodnyacute děj na indukčnosti
121
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900
1000 průměr
122
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr
2 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
123
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25degC
Tlak 1004 hPa
Vlhkost 53
3 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
RUL hellipstejnosměrnyacute obvod
IUL 22
ciacutevkyRZ fX L
2
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00364 01620 44510 (Rciacutevky) 00000 00000
100 09600 00096 00460 47917 17744 00028 200 09440 00094 00600 63559 45372 00036 300 09410 00094 00800 85016 72433 00038 400 09380 00094 00990 105544 95699 00038 500 09360 00094 01210 129274 121369 00039 600 09340 00093 01430 153105 146492 00039 700 09300 00093 01640 176344 170634 00039 800 09260 00093 01860 200864 195870 00039 900 09230 00092 02090 226436 222018 00039
1000 09160 00092 02290 250000 246006 00039 průměr 00037
124
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00367 00673 18338 (Rciacutevky) 00000 00000
100 63300 00633 15760 248973 248297 00395 200 59700 00597 26440 442881 442501 00352 300 55100 00551 35240 639564 639301 00339 400 49400 00494 43500 880567 880376 00350 500 42700 00427 50400 1180328 1180185 00376 600 34760 00348 56300 1619678 1619574 00430 700 26080 00261 61300 2350460 2350389 00534 800 15650 00157 65000 4153355 4153314 00826 900 07050 00071 66600 9446809 9446791 01671
1000 04850 00049 66800 13773196 13773184 02192 průměr 00747
4 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
Graf pro školniacute ciacutevku 400 zaacutevitů Ciacutevka neobsahuje jaacutedro induktance je teacuteměř přesně lineaacuterniacute funkciacute frekvence střiacutedaveacuteho napětiacute Konstantou uacuteměry je vyacuteraz 2πL kde L je indukčnost ciacutevky Indukčnost je teacutež konstantniacute Graf pro tlumivku 47 mH Induktance neniacute lineaacuterniacute funkciacute frekvence Přiacutečinou je jaacutedro na němž je namotaacuten vodivyacute draacutet ciacutevky Z toho důvodu nelze indukčnost ciacutevky L považovat za konstantniacute hodnotu
125
Střiacutedavyacute proud 722 STŘIacuteDAVYacute PROUD S KAPACITOU
Fyzikaacutelniacute princip
Kapacitance je veličina I
UX C Kapacitance XC je nepřiacutemo uacuteměrnaacute kapacitě
kondenzaacutetoru C a frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute kapacitance kapacitu kondenzaacutetoru Ověřit že kapacitance na kapacitě a frekvenci zaacutevisiacute nepřiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) rezistor 100 Ω voltmetr (y)
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetrem (ry)
126
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a kondenzaacutetoru Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme kapacitanci XC Z kapacitance a frekvence vypočiacutetaacuteme kapacitu C 5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XC = f(f) 8 Porovnej hodnotu kapacity vypočiacutetanou a jmenovitou
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru
2 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty kapacitance pro vyššiacute frekvence 3 Zkus změřit přechodnyacute děj na kondenzaacutetoru
127
Střiacutedavyacute proud 723 SLOŽENYacute OBVOD STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU
Fyzikaacutelniacute princip
Impedance je veličina I
UZ Při seacuterioveacutem spojeniacute prochaacuteziacute rezistorem ciacutevkou a
kondenzaacutetorem složenyacutem obvodem RLC stejnyacute proud i Ciacutel Určit pomociacute vyacutesledneacuteho napětiacute a proudu impedanci Z Určit jak zaacutevisiacute impedance Z na frekvenci f Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) voltmetr - multimetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetry
128
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a celkoveacute napětiacute Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z 5 Změniacuteme kmitočet na 400 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 800 Hz 1 200 Hz 10 000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti Z = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jak se měniacute impedance Z v zaacutevislosti na kmitočtu Zkus vysvětlit proč tomu tak je
2 Sestroj graf Z = f(f) podle vzorce 2
2 1
CLRZ
kde f (0 Hz 10 kHz)
R = 100 Ω C = 47 μF a L = 41 mH Porovnej grafy (naměřenyacute a teoretickyacute)
0000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
3 Kde se využiacutevaacute teacuteto zaacutevislosti Vysvětli Jak se změniacute tyto zaacutevislosti změniacuteme-li hodnotu kapacity nebo indukčnosti
4 Zkus změřit podobnou zaacutevislost Z = f(f) pro paralelniacute obvod RLC Pozor Vzhledem k maleacutemu vnitřniacutemu odporu ciacutevky L při niacutezkyacutech kmitočtech je potřeba zařadit k obvodu RLC seacuteriově rezistor 100 Ω
5 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute na rezistoru ciacutevce a kondenzaacutetoru a hodnotu proudu na rezistoru pomociacute druheacuteho LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute jednotlivyacutech napětiacute vzhledem k proudu
129
Střiacutedavyacute proud 724 USMĚRŇOVAČ Fyzikaacutelniacute princip V usměrňovači střiacutedaveacuteho proudu se využiacutevaacute zaacutekladniacute vlastnosti polovodičoveacute diody bdquopropustit proud pouze jedniacutem směremldquo K usměrněniacute se využiacutevaacute jednocestnyacute usměrňovač nebo dvoucestnyacute usměrňovač (Graetzovo zapojeniacute) K vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho zapojeniacute se použiacutevaacute kondenzaacutetor a tlumivka Ciacutel Určit průběh stejnosměrneacuteho pulzujiacuteciacuteho napětiacute po usměrněniacute jednocestnyacutem a dvoucestnyacutem usměrňovačem Daacutele pak určit průběh po vyhlazeniacute Pomůcky LabQuest ciacutevka 400 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF diody voltmetr VP-BTA multimetr zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute - transformaacutetor
Scheacutema
130
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Ke zdroji střiacutedaveacuteho napětiacute
(transformaacutetor ndash napětiacute maximaacutelně 6 V) připojiacuteme rezistor a k němu voltmetr (podle scheacutema) Multimetrem změřiacuteme efektivniacute hodnotu střiacutedaveacuteho napětiacute
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 004 s Frekvence 10 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V
3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Z grafu určiacuteme maximaacutelniacute
hodnotu (amplitudu) periodu a vypočiacutetaacuteme frekvenci Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 5 Zapojiacuteme jednocestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 6 Zapojiacuteme dvoucestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 7 Zapojiacuteme kondenzaacutetor a tlumivku a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty
131
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měniacuteme různeacute hodnoty kondenzaacutetorů a tlumivek 2 Proč v zapojeniacutech s diodou (diodami) dochaacuteziacute k poklesu napětiacute a jakou maacute tento pokles
velikost Čemu tato velikost odpoviacutedaacute 3 Popiš vliv kondenzaacutetoru a tlumivky na vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute Proč
se zapojujiacute paralelně (do seacuterie)
132
133
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
134
2 Tabulka Umax= Uef=
3 Zaacutevěr
135
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
2 Tabulka Umax= 45 V Uef= 32 V 3 Zaacutevěr Různeacute změny hodnot kondenzaacutetorů a tlumivek majiacute vliv na menšiacute nebo většiacute vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute V zapojeniacutech s diodami dochaacuteziacute k poklesu napětiacute přibližně 05 V a to z důvodu uacutebytku napětiacute na diodě (dvou diodaacutech u dvoucestneacuteho zapojeniacute) Kondenzaacutetor se při maximaacutelniacute hodnotě napětiacute nabiacutejiacute a při poklesu napětiacute vybiacutejiacute a dodaacutevaacute el energii v tomto okamžiku Tlumivka zapojenaacute v seacuterii braacuteniacute rychlyacutem změnaacutem napětiacute
136
137
Střiacutedavyacute proud v energetice
725 TROJFAacuteZOVAacute SOUSTAVA
Fyzikaacutelniacute princip Třiacutefaacutezoveacute napětiacute vznikaacute otaacutečeniacutem magnetu v soustavě třiacute ciacutevek (alternaacutetor) Maacuteme tedy tři zdroje střiacutedaveacuteho napětiacute ndash faacuteze Třiacutefaacutezovyacute rozvod lze využiacutet k zapojeniacute do hvězdy (a)) nebo k zapojeniacute do trojuacutehelniacuteku (b)) Faacutezoveacute napětiacute (u1 u2 u3) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 230 V) mezi středniacutem vodičem (N) a faacutezovyacutem vodičem (L1 L2 L3) Sdruženeacute napětiacute (u12 u13 u23) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 400 V) mezi libovolnyacutemi dvěma faacutezovyacutemi vodiči
Ciacutel Změřit časovyacute průběh napětiacute třiacute faacuteziacute v zapojeniacute do hvězdy Ověřit že součet napětiacute v každeacutem čase je nulovyacute Ověřit že poměr sdruženeacuteho a faacutezoveacuteho napětiacute je 173 times většiacute Pomůcky LabQuest zdroj třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute 3 rezistory 100 Ω 3 voltmetry VP-BTA
Scheacutema
138
Postup 1 Připojiacuteme 3 voltmetry VP-BTA ke vstupům CH1 CH2 a CH3 LabQuestu Zapojiacuteme
obvod podle scheacutema Na zdroji třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute nastaviacuteme hodnotu faacutezoveacuteho napětiacute do 5 V
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme v každeacutem časoveacutem okamžiku okamžiteacute hodnoty
napětiacute u1 u2 a u3 a provaacutediacuteme jejich součet ndash ověřujeme že součet je nulovyacute 6 Střiacutedavyacutem voltmetrem změřiacuteme sdruženeacute a faacutezoveacute napětiacute (efektivniacute hodnoty)
a vypočiacutetaacuteme jejich poměr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z grafu ndash časoveacuteho průběhu napětiacute urči o jakou čaacutest periody jsou posunuta napětiacute 2 Z grafu urči jakaacute je frekvence a perioda střiacutedavyacutech napětiacute 3 Jakyacute je poměr efektivniacute a maximaacutelniacute hodnoty faacutezoveacuteho střiacutedaveacuteho napětiacute ktereacute jsi
naměřil 4 Z grafu urči amplitudu sdruženeacuteho napětiacute a amplitudu faacutezoveacuteho napětiacute Jakyacute je jejich
poměr
139
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) =
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o helliphelliphellip periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = helliphelliphellip Hz Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = helliphelliphellip s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
140
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) =
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = V Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = helliphelliphellip
141
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = 0 V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = 410 V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) = 3 173
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o třetinu periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = 50 Hz
142
Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = 002 s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) = 2 14
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = 591 V
Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = 3 174
143
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
726 ELEKTROMAGNETICKYacute OSCILAacuteTOR
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacutem elektromagnetickyacutem oscilaacutetorem je obvod tvořenyacute ciacutevkou a kondenzaacutetorem - obvod LC nebo oscilačniacute obvod Kondenzaacutetor spojiacuteme se zdrojem stejnosměrneacuteho napětiacute 45 V (plochaacute baterie viz scheacutema) Přepiacutenačem připojiacuteme nabityacute kondenzaacutetorem k ciacutevce V obvodu vznikne elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Energie elektrickeacuteho pole kondenzaacutetoru se měniacute na energii magnetickeacuteho pole ciacutevky a naopak V oscilačniacutem obvodu nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute
Ciacutel Změřit napětiacute a proud v oscilačniacutem obvodu Ověřit elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute oscilačniacuteho obvodu je tlumeneacute Pomůcky LabQuest voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA kondenzaacutetor 2 200 microF ciacutevka s jaacutedrem 1 200 z přepiacutenač
Scheacutema
Postup 1 Voltmetr a ampeacutermetr zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Obvod zapojiacuteme podle scheacutema Přepiacutenač je v poloze bdquo1ldquo (kondenzaacutetor se nabiacutejiacute) 3 Zapneme LabQuest a připojiacuteme jej přes USB k PC
144
4 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Trvaacuteniacute 2 s Vzorkovaciacute frekvence 200 vzorkůsekundu Trigger zatrhneme Spuštěniacute triggeru když napětiacute je rostouciacute přes 005 V
5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme tlačiacutetko Sběr dat 6 Přepneme přepiacutenač do polohy bdquo2ldquo
7 Z grafu odečteme periodu kmitaacuteniacute Určiacuteme kmitočet 8 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změřiacuteme indukčnost L (multimetrem) a vypočiacutetaacuteme periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute
Porovnaacuteme s naměřenou hodnotou 2 Změň parametry součaacutestek (indukčnost kapacita) a zopakuj měřeniacute
145
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
T = helliphelliphellip s f = helliphelliphellip Hz 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
146
147
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
Naměřeneacute T = 0614 s f = 162 Hz Vypočiacutetaneacute L = 154 H C = 22 mF T= )(2 CL = 0366 s
3 Zaacutevěr V elektromagnetickeacutem oscilaacutetoru se přeměňuje elektrickaacute energie na energii magnetickeacuteho pole a naopak Nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Je zde patrnaacute analogie mezi ději mechanickyacutemi (kmitaacuteniacute) a elektromagnetickyacutemi
148
149
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
727 VLASTNOSTI ELEKTROMAGNETICKEacuteHO
VLNĚNIacute Fyzikaacutelniacute princip Magnetickeacute pole můžeme znaacutezornit pomociacute indukčniacutech čar
Elektrickeacute pole popisujeme elektrickyacutemi siločarami
Elektrickeacute a magnetickeacute pole spolu často souvisejiacute Mluviacuteme pak o elektromagnetickeacutem poli Elektromagnetickeacute vlny jsou přiacutečneacute a šiacuteřiacute se i ve vakuu Šiacuteřiacute se rychlostiacute světla Elektromagnetickyacutemi vlnami se přenaacutešejiacute signaacutely rozhlasu televize mobilniacutech telefonů atd I světlo je elektromagnetickeacute vlněniacute (zaacuteřeniacute)
Mezi frekvenciacute f vlnovou deacutelkou λ a rychlostiacute šiacuteřeniacute elektromagnetickeacuteho vlněniacute c (světla)
platiacute vzoreccf
Ciacutel Změřit vlnovou deacutelku elektromagnetickeacuteho vlněniacute Prokaacutezat polarizaci elektromagnetickeacute vlny
150
Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA bezdraacutetovyacute zvonek ndash tlačiacutetko pracujiacuteciacute na frekvenci 43392 MHz přijiacutemač s půlvlnnyacutem dipoacutelem (viz přiacutespěvek od Oldřicha Lepila)
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Pohybujeme rovnoměrnyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 1) 5 Z poloh maxim a minim určiacuteme vlnovou deacutelku 6 Uložiacuteme měřeniacute 7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Pohybujeme rovnoměrnyacutem otaacutečivyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 2) 9 Stejnou vlastnost můžeme ukaacutezat tak že mezi vysiacutelač a přijiacutemač vložiacuteme mřiacutežku kterou
otaacutečiacuteme v rovině kolmeacute ke směru šiacuteřeniacute vlněniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash vlnovaacute deacutelka a polarizace elektromagnetickeacuteho vlněniacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej jak zaacutevisiacute velikost naměřeneacuteho napětiacute na vzdaacutelenosti vysiacutelače od přijiacutemače 2 Pomociacute mřiacutežky nebo plechu vyzkoušej odraz vlněniacute (a interferenci)
19
Elektrickyacute naacuteboj a elektrickeacute pole 73 VYBIacuteJENIacute KONDENZAacuteTORŮ
Fyzikaacutelniacute princip Kapacitu C kondenzaacutetoru určiacuteme jako podiacutel naacuteboje na kondenzaacutetoru Q a napětiacute U mezi
deskami UQC Napětiacute změřiacuteme voltmetrem a naacuteboj určiacuteme z grafu Q = f (t) jako plochu
bdquopodldquo grafem Ciacutel Změřit vybiacutejeciacute křivku kondenzaacutetoru Určit kapacitu kondenzaacutetoru Pomůcky LabQuest rezistor 1 kΩ 2 ks kondenzaacutetory 2 200 μF voltmetr VP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry DVP-BTA ke vstupu CH1 a CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod
podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 30 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 1 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
20
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač podle scheacutema a po sekundě (odhadneme) přepneme přepiacutenač opačně
5 Měřeniacute uložiacuteme Opakujeme pro dva kondenzaacutetory zapojeneacute paralelně a do seacuterie 6 Z grafu U = f(t) určiacuteme hodnotu napětiacute U = V (začaacutetek měřeniacute) 7 Vytvořiacuteme novou vypočiacutetaacutevanou veličinu I = UR (R = 1 000 Ω) 8 Pomociacute menu Analyacuteza ndash Vyacutepočet plochy pod piacutekem ndash Proud určiacuteme plochu bdquopodldquo piacutekem
v grafu I = f(t) Dostaneme tak naacuteboj Q = C při vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru
9 Vypočiacutetaacuteme kapacitu FUQC
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči rovnici funkce U = f (t) přiacutepadně I = f (t) 2 Urči kapacitu kondenzaacutetoru pomociacute střiacutedaveacuteho proudu z kapacitance XC 3 Zkus pro jineacute hodnoty kondenzaacutetorů a pro jineacute hodnoty rezistoru (např 10 kΩ)
21
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
CeAU tB = helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
22
23
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 73 Vybiacutejeniacute kondenzaacutetorů Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf vybiacutejeniacute kondenzaacutetoru U = f(t)
2 Funkce
598100324 23750 ttB eCeAU (červenyacute graf) 3 Zaacutevěr
Napětiacute na kondenzaacutetoru při vybiacutejeniacute klesaacute podle exponenciaacutelniacute funkce
24
25
Elektrickyacute proud v kovech 74 OHMŮV ZAacuteKON
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon Pokud maacute kovovyacute vodič staacutelou teplotu je proud prochaacutezejiacuteciacute vodičem přiacutemo uacuteměrnyacute napětiacute mezi konci vodiče (r 1826 GSOhm) Grafem přiacutemeacute uacuteměrnostiacute je přiacutemka prochaacutezejiacuteciacute počaacutetkem Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky a rezistory 12 Ω 33 Ω a 100 Ω Pomůcky LabQuest rezistor 33 Ω a 100 Ω žaacuterovka 6 V03 A voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 60 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme napětiacute
Vlevo 0 Vpravo 6 V Na ose y zvoliacuteme Elektrickyacute proud a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 06 A V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
26
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Reostatem pomalu zvyšujeme napětiacute a proud Hodnota napětiacute nesmiacute překročit 5 V a
proudu 06 A Zobrazuje se tzv voltampeacuterovaacute charakteristika Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro rezistor 33 Ω a pro žaacuterovku
7 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Platiacute Ohmův zaacutekon pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky 2 Porovnej voltampeacuteroveacute charakteristiky rezistorů s různyacutemi hodnotami odporů 3 Zkus vymyslet jak ověřiacuteš že Ohmův zaacutekon platiacute i pro wolframoveacute vlaacutekno žaacuterovky
27
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
a) pro žaacuterovku
b) pro vodič
28
2 Zaacutevěr
29
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 74 Ohmův zaacutekon Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute I = f(U)
pro žaacuterovku a pro vodič (rezistor)
2 Zaacutevěr Pro žaacuterovku nevychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) protože se teplota wolframoveacuteho vlaacutekna měniacute a tiacutem i jeho odpor Pro rezistory (vodič) vychaacuteziacute přiacutemaacute uacuteměrnost (Ohmův zaacutekon) Sklon polopřiacutemky zaacutevisiacute na odporu vodiče ndash čiacutem je odpor většiacute tiacutem je sklon menšiacute
30
31
Elektrickyacute proud v kovech
75 OHMŮV ZAacuteKON PRO UZAVŘENYacute OBVOD
Fyzikaacutelniacute princip Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Proud v uzavřeneacutem obvodu je roven podiacutelu elektromotorickeacuteho napětiacute Ue zdroje a celkoveacuteho odporu R + Ri kde Ri je vnitřniacute odpor zdroje
i
e
RRUI
Ciacutel Ověřit Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA plochaacute baterie reostat 100 Ω a 10 kΩ
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema
32
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Elektrickeacute napětiacute a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 V V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat - Ampeacutermetr Reostat 100 Ω a 10 kΩ nastaviacuteme na max hodnoty odporu
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Sepneme spiacutenač 5 Reostatem 10 kΩ pomalu (10 s) zvětšujeme proud (hodnota odporu na min) Jakmile
reostat 10 kΩ vytočiacuteme do krajniacute polohy (min) pokračujeme stejně reostatem 100 Ω do krajniacute polohy (min) Hodnota proudu nesmiacute překročit 06 A což při napětiacute 45 V zajistiacute rezistor 10 Ω Zobrazuje se tzv zatěžovaciacute charakteristika zdroje Po vykresleniacute celeacuteho grafu zvoliacuteme v menu Graf ndash Uložit měřeniacute
6 Opakujeme měřeniacute pro různě stareacute plocheacute baterie
7 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů V menu Analyacuteza zvoliacuteme Fitovat křivku Napětiacute
Vybereme typ rovnice Lineaacuterniacute Určiacuteme koeficienty lineaacuterniacute funkce Opakujeme pro všechny grafy
8 Vysloviacuteme zaacutevěr (platnost Ohmova zaacutekona pro uzavřenyacute obvod)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z koeficientů lineaacuterniacutech funkciacute určete napětiacute napraacutezdno U0 a zkratovyacute proud Ik Daacutele
určete vnitřniacute odpor Ri plocheacute baterie noveacute a stareacute 2 Vnitřniacute odpor plocheacute baterie se staacuteřiacutem zvětšuje Jak se to projevuje na zatěžovaciacute
charakteristice
33
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
1 Vyacutepočet a) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip
b) U = f(I)=helliphelliphelliphelliphellip U0 =helliphellipV Ik =helliphelliphellipA Ri=helliphelliphellip 2 Zaacutevěr
34
35
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 75 Ohmův zaacutekon pro uzavřenyacute obvod Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
2 Graf zaacutevislosti proudu na napětiacute U = f(I)
3 Vyacutepočet a) U = f(I)= -09126I+4925 U0=4925 V Ik=54 A Ri=09126 b) U = f(I)= -5011I+445 U0=445 V Ik=089 A Ri=5011 c) U = f(I)= -RiI+U0= -4244I+4132 U0=4132V Ik=097 A Ri=4244 4 Zaacutevěr Novaacute plochaacute baterie maacute většiacute svorkoveacute napětiacute na praacutezdno U0 většiacute zkratovyacute proud Ik a menšiacute vnitřniacute odpor Ri U staršiacute (reacute) plocheacute baterie je to naopak
36
37
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 76 TERMISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Termistor je polovodičovaacute součaacutestka jejiacutež odpor zaacutevisiacute na teplotě
Z teorie vyplyacutevaacute že zaacutevislost odporu termistoru na teplotě je daacutena vztahem
16273 tT eAeAR
(1) T hellip termodynamickaacute teplota R hellip odpor termistoru při daneacute teplotě T A hellip lineaacuterniacute koeficient β hellip index citlivosti materiaacutelu termistoru Pokud bychom chtěli využiacutevat termistor jako teploměr budeme potřebovat znaacutet inverzniacute funkci (2) tedy funkci vyjadřujiacuteciacute zaacutevislost teploty na odporu Tuto funkci ziacuteskaacuteme z rovnice (1) aplikovaacuteniacutem přirozeneacuteho logaritmu naacuteslednou uacutepravou a převedeniacutem do Celsiovy stupnice
15273ln
15273lnln
ARAR
t (2)
t hellip teplota ve degC R hellip odpor termistoru v Ω Ciacutel Změř zaacutevislost odporu termistoru na teplotě Z grafu urči konstanty A a β
38
Pomůcky LabQuest ohmmetr (musiacute byacutet nainstalovaacuten) teploměr TMP-BTA rychlovarnaacute konvice s horkou vodou termistory se jmenovitou hodnotou odporu 47 kΩ 10 kΩ 15 kΩ počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 V konvici si ohřejeme vodu 2 Teploměr TMP-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 2 a ohmmetr do konektoru CH 1
LabQuestu 3 K ohmmetru připojiacuteme termistor (10 kΩ) kteryacute zastrčiacuteme společně s teploměrem do
kaacutedinky 4 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 5 Zapneme LabQuest 6 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko
zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance) 7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s
Frekvence 1 čteniacutes 8 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a
na osu x Teplotu
39
9 Nalejeme horkou vodu z konvice do kaacutedinky s teploměrem a termistorem a zapneme Sběr dat v programu LoggerPro
10 Voda postupně chladne a počiacutetač vykresluje graf zaacutevislosti R = f(t) Ochlazovaacuteniacute můžeme pomalu urychlovat opatrnyacutem přileacutevaacuteniacutem studeneacute vody a současnyacutem miacutechaacuteniacutem Pro hlubšiacute ochlazeniacute můžeme použiacutet kousek ledu
11 Po skončeniacute měřeniacute (300 s) uložiacuteme toto měřeniacute do paměti ndash menu Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute a můžeme opakovat měřeniacute pro dalšiacute termistor Nebo při měřeniacute použiacutet současně dva ohmmetry (CH 2 a CH 3) a dva termistory
12 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash sestrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a β
2 V programu Logger Pro můžeme v menu Analyacuteza ndash Curve Fit zkusit proložit funkci kterou si vybereme ze seznamu A určiacuteme koeficienty A a β Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že zvolenaacute funkce bdquofungujeldquo
3 Zdůvodněte proč odpor termistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
40
41
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
3 Jakaacute je to funkce
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R )
Termistor
Termistor
Termistor
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
42
43
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 76 Termistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy
Termistory 15k 10k a 4k7 dosahujiacute jmenoviteacute hodnoty přibližně při 25 degC Termistory s většiacutem jmenovityacutem odporem majiacute při stejně velkeacute změně teploty většiacute změnu odporu Index citlivosti materiaacutelu je přibližně stejnyacute
3 Jakaacute je to funkce
Exponenciaacutelniacute klesajiacuteciacute 16273 tT eAeAR
44
4 Určeniacute koeficientů A a β a zapsaacuteniacute rovnic β A R = f ( t ) t = f ( R ) Termistor 15000Ω 3285 02388 15273
3285
23880 teR 15273
23880lnln3285
R
t
Termistor 10000Ω 3592 005836 15273
3592
058360 teR 15273
058360lnln3592
R
t
Termistor 4700 Ω 3545 003204 15273
3545
032040 teR 15273
032040lnln3545
R
t
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacute teplotou
S rostouciacute teplotou se rychle zvětšuje hustota volnyacutech bdquovytřesenyacutechldquo elektronů z vazeb a tiacutem rezistivita rychle klesaacute
45
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech 77 FOTOREZISTOR
Fyzikaacutelniacute princip Fotorezistor (dřiacuteve označovaacuten jako fotoodpor) je pasivniacute elektrotechnickaacute součaacutestka bez PN přechodu jejiacutež elektrickyacute odpor R se snižuje se zvyšujiacuteciacutem se osvětleniacutem E resp elektrickaacute vodivost G se zvyšuje
Princip fotorezistoru je založen na vnitřniacutem fotoelektrickeacutem jevu světlo (foton) naraziacute do elektronu ve valenčniacute sfeacuteře a předaacute mu svoji energii tiacutem elektron ziacuteskaacute dostatek energie k překonaacuteniacute zakaacutezaneacuteho paacutesu a skočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho Tiacutem opustiacute svůj atom a pohybuje se jako volnyacute elektron prostorem krystaloveacute mřiacutežky Na jeho miacutestě vznikla diacutera Takto vznikleacute volneacute elektrony přispiacutevajiacute ke sniacuteženiacute elektrickeacuteho odporu R (zvyacutešeniacute elektrickeacute vodivosti G) Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost Funkce R = f(E) je funkce mocninnaacute R = AmiddotE-B Tuto funkci můžeme zlogaritmovat a převeacutest
na funkci lineaacuterniacute lnR= -BmiddotlnE + lnA nebo určit inverzniacute funkci BB RAE11
Inverzniacute
funkce může sloužit ke konstrukci luxmetru z fotorezistoru Ciacutel Změřit zaacutevislost odporu fotorezistoru na osvětleniacute Z grafu určit konstanty A a B
46
Pomůcky LabQuest 3 ohmmetry (ohmmetr musiacute byacutet nainstalovaacuten) luxmetr LS-BTA fotorezistory počiacutetač s programem Logger Pro
Scheacutema
Postup 1 Luxmetr LS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 Ohmmetry zapojiacuteme do konektorů
CH 2 CH 3 a CH4 LabQuestu 2 K ohmmetrům připojiacuteme fotorezistory 3 LabQuest připojiacuteme přes USB k počiacutetači 4 Zapneme LabQuest
47
5 V programu LoggerPro v menu Vložit ndash Displej měřidla ndash Digitaacutelniacute vložiacuteme okeacutenko zobrazujiacuteciacute hodnotu Odporu (Resistance)
6 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 300 s Frekvence 1 čteniacutes
7 V programu LoggerPro nastaviacuteme v menu Nastaveniacute ndash Nastaveniacute grafu na osu y Odpor a na osu x Osvětleniacute
8 Těsně vedle fotorezistorů umiacutestiacuteme luxmetr 9 Budeme postupně viacutece a viacutece zakryacutevat papiacutery fotorezistory s luxmetrem Tiacutem dosaacutehneme
změnu osvětleniacute a odporu fotorezistorů Zastaviacuteme měřeniacute 10 Porovnaacuteme naměřeneacute průběhy grafů 11 Provedeme analyacutezu grafů Určiacuteme konstanty mocninneacute funkce A a B Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z programu Logger Pro z tabulky můžeme naměřenaacute data pomociacute Ctrl+C a Ctrl+V
zkopiacuterovat do programu Excel a tam je daacutele zpracovaacutevat ndash setrojit graf proložit funkci A konečně určit koeficienty A a B
2 Ověř vyacutepočtem (Excel kalkulačka) že určenaacute funkce bdquofungujeldquo 3 Zdůvodněte proč odpor fotorezistoru klesaacute s rostouciacute teplotou Kde se toho využiacutevaacute
48
49
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy 3 Jakaacute je to funkce 4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute Fotorezistor středniacute Fotorezistor velkyacute
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E
50
51
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 77 Fotorezistor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Porovnej naměřeneacute grafy Pro tři měřeneacute fotorezistory jsou průběhy funkciacute podobneacute U maleacuteho a středniacuteho fotorezistoru je pokles odporu R většiacute něž u velkeacuteho fotorezistoru při stejně velkeacute změně osvětleniacute E 3 Jakaacute je to funkce Funkce R=f(E) je funkce mocninnaacute R=AmiddotE-B Je to funkce klesajiacuteciacute
52
4 Určeniacute koeficientů A a B a zapsaacuteniacute rovnic A B R = f ( E ) E = f ( R ) Fotorezistor malyacute 100100 07246 R=100100middotE-07246 381
11
7960821 RRAE BB
Fotorezistor středniacute 97030 08379 R=97030middotE-08379 1931
11
894688 RRAE BB
Fotorezistor velkyacute 30350 06885 R=30350middotE-06885 4521
11
3236193 RRAE BB
5 Proč odpor R klesaacute s rostouciacutem osvětleniacutem E Čiacutem viacutece světla na fotorezistor dopadaacute tiacutem viacutece elektronů přeskočiacute z valenčniacuteho paacutesu do vodivostniacuteho a tiacutem vznikaacute viacutece volnyacutech elektronů a zvyšuje se tiacutem elektrickaacute vodivost ndash zmenšuje se odpor R
53
Elektrickyacute proud v polovodičiacutech
78 TRANZISTOR JAKO SPIacuteNAČ A ZESILOVAČ
Fyzikaacutelniacute princip Tranzistor je polovodičovaacute součaacutestka se dvěma přechody PN Středniacute čaacutest krystalu polovodiče je baacuteze B a přechody PN ji oddělujiacute od oblasti s opačnyacutem typem vodivosti kolektorem C a emitorem E Podle druhu vodivosti jednotlivyacutech čaacutestiacute označujeme tranzistory jako typy NPN a PNP
Zaacutekladniacute funkce tranzistoru Maleacute napětiacute v obvodu baacuteze vzbuzuje proud kteryacute je přiacutečinou mnohokraacutet většiacuteho proudu v obvodu kolektoroveacutem Tranzistor se použiacutevaacute jako bdquoelektronickyacute spiacutenačldquo a bdquozesilovačldquo
Ciacutel Ověřit činnost tranzistoroveacuteho spiacutenače a tranzistoroveacuteho zesilovače Pomůcky LabQuest dva voltmetry VP-BTA zapojeniacute tranzistoru jako spiacutenače a zesilovače (podle scheacutema) generaacutetor signaacutelu (může byacutet použit i druhyacute LabQuest se zesilovačem) baterie 45 V
54
Scheacutema
a) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquospiacutenačeldquo
b) Zapojeniacute tranzistoru jako bdquozesilovačeldquo
55
Postup 1 Voltmetry zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquospiacutenačldquo podle scheacutema a) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1) a
UCE (U2) 3 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme trojuacutehelniacutekovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 5 V
4 Voltmetr U1 připojiacuteme mezi baacutezi a emitor (UBE) Voltmetr U2 připojiacuteme mezi kolektor a
emitor (UCE) 5 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 3 s Frekvence
10 000 čteniacutes 6 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
Tranzistor jako bdquospiacutenačldquo
7 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 8 Zapojiacuteme tranzistor jako bdquozesilovačldquo podle scheacutema b) Voltmetry měřiacuteme napětiacute UBE (U1)
a UCE (U2) Potenciometrem P nastaviacuteme bdquopracovniacute bod tranzistoruldquo ndash UCE bude miacutet přibližně polovičniacute hodnotu napaacutejeciacuteho napětiacute (jestliže napětiacute zdroje je UB= 45 V rarr UCE= 225 V)
9 Na generaacutetoru signaacutelu nastaviacuteme sinusovyacute signaacutel Velikost amplitudy kolem 015 V 10 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 01 s Frekvence 10 000 čteniacutes
56
Tranzistor jako bdquozesilovačldquo
11 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 12 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Uchovat posledniacute měřeniacute 13 Určiacuteme jakyacute je poměr UCEUBE 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Při jakeacutem napětiacute UBE tranzistor bdquosepneldquo Jak dlouho probiacutehaacute bdquosepnutiacuteldquo (tranzistor jako
spiacutenač) 2 Zkus měnit kmitočet vstupniacuteho napětiacute zesilovače 3 Zkus měnit nastaveniacute pracovniacuteho bodu Jakyacute to maacute vliv na vyacutestupniacute signaacutel 4 Zkus měnit velikost střiacutedaveacuteho vstupniacuteho napětiacute Jakyacute to maacute vliv na tvar vyacutestupniacuteho
napětiacute 5 Urči zesilovaciacute činitel 6 Je vyacutestupniacute signaacutel bdquozkreslenyacuteldquo Co je přiacutečinou
57
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
58
59
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 78 Tranzistor jako spiacutenač a zesilovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Scheacutema a) Tranzistor jako spiacutenač b) Tranzistor jako zesilovač
2 Grafy a) Tranzistor jako spiacutenač
60
b) Tranzistor jako zesilovač
3 Zaacutevěr a)Tranzistor jako spiacutenač ndash z měřeniacute je patrneacute že se tranzistor otevře při překročeniacute napětiacute asi 07 V mezi baacuteziacute a editorem b)Tranzistor jako zesilovač ndash změřeniacute je patrneacute že tranzistor zesiluje napětiacute přibližně 23times Z měřeniacute je daacutele patrneacute že dochaacuteziacute ke zkresleniacute vstupniacuteho signaacutelu
61
Elektrickyacute proud v kapalinaacutech 79 ELEKTROLYacuteZA
Fyzikaacutelniacute princip Elektrolyacutezou nazyacutevaacuteme laacutetkoveacute změny vyvolaneacute při průchodu proudu elektrolytem na elektrodaacutech Faradayův zaacutekon Hmotnost m vyloučeneacute laacutetky je přiacutemo uacuteměrnaacute naacuteboji Q kteryacute prošel elektrolytem M = AQ = AmiddotImiddott Konstanta uacuteměrnosti A kteraacute je pro danou laacutetku charakteristickaacute se nazyacutevaacute elektrochemickyacute ekvivalent laacutetky Ciacutel Určit elektrochemickyacute ekvivalent mědi v roztoku siacuteranu měďnateacuteho CuSO4 Pomůcky LabQuest ampeacutermetr HCS-BTA žaacuterovka 24 V40 W naacutedoba s roztokem Cu2SO4 zdroj stejnosměrneacuteho napětiacute 24 V digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001
Scheacutema
62
Postup 1 Sestaviacuteme měřeniacute podle scheacutema Katodu připevniacuteme na stativ kteryacute stojiacute na digitaacutelniacutech
vahaacutech 2 Ampeacutermetr HCS-BTA zapojiacuteme do konektoru CH 1 LabQuestu a ten připojiacuteme přes
USB k PC 3 Digitaacutelniacute vaacutehy OHSP-4001 připojiacuteme přes USB k PC 4 Zapneme LabQuest 5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 1 vzoreksekundu 6 Zapneme zdroj proudu 7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a nechaacuteme určitou dobu probiacutehat
měřeniacute
8 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 9 V grafu I = f (t) určiacuteme velikost naacuteboje Q kteryacute prošel obvodem pomociacute volby v menu
Analyacuteza - Integraacutel 10 Vypočiacutetaacuteme elektrochemickyacute ekvivalent mědi A (při elektrolyacuteze roztoku Cu2SO4)
zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Pomociacute elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi spočiacutetejte Avogadrovu a Faradayovu
konstantu 2 Naměřeneacute hodnoty porovnejte s tabulkovyacutemi hodnotami 3 Zkus zopakovat měřeniacute s jinyacutem elektrolytem 4 Co může byacutet přiacutečinou naacuterůstu elektrickeacuteho proudu v průběhu měřeniacute (viz vyacuteše)
63
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu
3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
64
65
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 79 Elektrolyacuteza Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Grafy a) m = f (t)
b) I = f (t)
2 Vyacutepočty
Ckg
QmACu 0000002480
1210103 4
3 Zaacutevěr Elektrochemickyacute ekvivalent mědi měřeniacutem a vyacutepočtem vychaacuteziacute 0000000248 kgmiddotC-1 Tabulkovaacute hodnota elektrochemickeacuteho ekvivalentu mědi je A = 03310-6 kgC-1 Chyba měřeniacute je způsobenaacute nepřesnostiacute měřeniacute
66
67
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
710 MAGNETICKEacute POLE CIacuteVKY
Fyzikaacutelniacute princip
Magnetickaacute indukce uvnitř velmi dlouheacute ciacutevky maacute velikost l
INB kde I je velikost
proudu N je celkovyacute počet zaacutevitů a l je deacutelka ciacutevky
Ciacutel Ověřit zaacutevislost magnetickeacute indukce na velikosti proudu prochaacutezejiacuteciacuteho ciacutevkou Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω ampeacutermetr DCP-BTA teslametr MG-BTA ciacutevka 166 a 332 zaacutevitů regulovatelnyacute zdroj proudu a napětiacute BK 127
Scheacutema
68
Postup 1 Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme teslametr MG-
BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 20 s Frekvence
2 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 V menu Graf nastaviacuteme Ukaacutezat graf ndash Graf 1 V menu graf na ose x zvoliacuteme proud
Vlevo 0 Vpravo 06 A Na ose y zvoliacuteme Magnetickou indukci a Spojovat body Dole 0 a Nahoře 6 mT V menu Senzory zvoliacuteme Vynulovat
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 5 Regulovatelnyacutem zdrojem zvyšujeme napětiacute Kontrolujeme proud ndash max 06 A
Teslametrem měřiacuteme magnetickou indukci uvnitř ciacutevky
6 Vysloviacuteme zaacutevěr - jak zaacutevisiacute magnetickaacute indukce B na velikosti elektrickeacute proudu I
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Ze znalosti počtu zaacutevitů deacutelky ciacutevky a proudu spočiacutetej magnetickou indukci 2 Změň ciacutevku a opakuj měřeniacute 3 Změř jak se měniacute magnetickaacute indukce po podeacutelneacute ose ciacutevky při daneacute hodnotě proudu
69
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = helliphellip A N= 332 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
b) I = helliphellip A N= 166 z l = 15 cm
mTl
INB 104 7
70
3 Zaacutevěr
Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = helliphelliphelliphellip mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je měřeniacutem B = helliphelliphelliphellip mT Tyto hodnoty helliphelliphelliphelliphellip s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip Jejich rovnice jsou B = helliphelliphelliphellipmiddotI a B = helliphelliphellipmiddotI
71
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 710 Magnetickeacute pole ciacutevky Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(I)
2 Vyacutepočet a) I = 05807 A N = 332 z l = 15 cm
mTl
INB 615115058070133104 7
b) I = 061 A N = 166 z l = 15 cm mT
lINB 8480
150610166104 7
72
3 Zaacutevěr Pro prvniacute ciacutevku (332 z) vychaacuteziacute měřeniacutem magnetickaacute indukce B = 1734 mT Pro druhou ciacutevku (166 z) je B= 0835 mT Tyto hodnoty souhlasiacute s vypočiacutetanyacutemi hodnotami Daacutele naměřenaacute zaacutevislost je přiacutemaacute uacuteměrnost Jejich rovnice jsou B = 2906middotI a B = 1445middotI
73
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
711 MAGNETICKEacute POLE ZEMĚ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Stejně i Země maacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Zemskeacute magnetickeacute pole v ČR maacute magnetickou indukci 0048 mT Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole Země Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA stojan laboratorniacute uacutehloměr
74
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 03 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve vodorovneacute rovině
otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum (N a S magnetickyacute poacutel) Z maximaacutelniacutech hodnot odečteme vodorovnou amplitudu magnetickeacute indukce B Země
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu ve svisleacute rovině (N-S směr) otaacutečiacuteme teslametrem v magnetickeacutem poli Země Pozorujeme kde je maximum a kde je minimum Maximaacutelniacute hodnota je hodnotou magnetickeacute indukce B Země
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Urči sklon indukčniacute čaacutery magnetickeacuteho pole u naacutes v ČR vzhledem k povrchu země 2 Teslametr upevniacuteme do stojanu Pod teslametr položiacuteme uacutehloměr
75
3 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev Uacutehel Jednotky deg
4 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Podle kompasu nastaviacuteme teslametr na sever 5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 6 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 7 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0deg a stiskneme OK 8 Teslametr otočiacuteme o 10deg 9 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 10 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 10deg a stiskneme OK 11 Opakujeme body 8 9 a 10 pro 20deg 30deg 40deg hellip 360deg 12 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 13 Měřeniacute zopakujeme v horizontaacutelniacute rovině v bdquoN ndash Sldquo směru 14 Vysloviacuteme zaacutevěr
76
77
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
78
79
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 711 Magnetickeacute pole Země Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf B = f(t)
2 Zaacutevěr Velikost vektoru magnetickeacute indukce vychaacuteziacute přibližně B = 005 mT Tento vektor maacute vzhledem k vodorovneacutemu směru uacutehel sklonu 60deg
80
81
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
712 MAGNETICKEacute POLE MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickou indukciacute B nazyacutevaacuteme vektorovou veličinu kteraacute charakterizuje magnetickeacute pole Jednotkou magnetickeacute indukce je tesla značka T Magnet vytvaacuteřiacute ve sveacutem okoliacute magnetickeacute pole ktereacute můžeme znaacutezornit soustavou magnetickyacutech indukčniacutech čar Pomociacute magnetky (malyacute magnet) můžeme bdquozmapovatldquo magnetickeacute pole ndash určit směr indukčniacutech čar Mnohem rychleji lze obrazec indukčniacutech čar určit pomociacute železnyacutech pilin
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT stojan laboratorniacute permanentniacute magnet
82
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru nastaviacuteme
rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně
přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k severniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně přibližujeme (asi 5 sekund) teslametr k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund)
5 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu a pomalu rovnoměrně pohybujeme (asi 5 sekund) teslametrem kolmo k podeacutelneacute ose magnetu k jižniacutemu poacutelu magnetu a potom pomalu vzdalujeme teslametr od severniacuteho poacutelu magnetu (asi 5 sekund) Uložiacuteme měřeniacute
83
6 Otevřeme novyacute soubor a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence 20 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute Graf
7 Zopakujeme měřeniacute pro magnet tvaru podkovy s teslametrem plusmn 140 mT
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 V menu Senzory ndash Zaacuteznam dat nastaviacuteme Režim Udaacutelosti + Hodnoty Naacutezev deacutelka
Jednotky cm 2 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf Teslametr upevniacuteme do stojanu a postaviacuteme na okraj
magnetickeacuteho pole magnetu tvaru podkovy 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 5 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 0 cm a stiskneme OK 6 Teslametr posuneme o 1 cm 7 Stiskneme tlačiacutetko (zachovat) 8 Do textoveacuteho okeacutenka vložiacuteme hodnotu 1 cm a stiskneme OK 9 Opakujeme body 7 8 a 9 pro 2cm 3 cm 4 cm hellip20 cm 10 Stiskneme tlačiacutetko (ukončit měřeniacute) 11 Měřeniacute zopakujeme ve vertikaacutelniacute rovině magnetu (bdquoN ndash Sldquo) 12 Vysloviacuteme zaacutevěr
84
85
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
713 VLASTNOSTI FEROMAGNETICKYacuteCH
LAacuteTEK Fyzikaacutelniacute princip Budeme-li postupně zvětšovat proud I v ciacutevce s jaacutedrem z feromagnetickeacute laacutetky bude se postupně i magnetickaacute indukce B v jaacutedře zvětšovat
Relativniacute permeabilita μr feromagnetickyacutech laacutetek neniacute konstantniacute proto zaacutevislost B = f(I) neniacute lineaacuterniacute Grafem teacuteto zaacutevislosti je křivka ndash hystereacutezniacute smyčka
Hystereacutezniacute smyčka je důležitou charakteristikou feromagnetickyacutech laacutetek Podle tvaru křivky děliacuteme laacutetky na a) magneticky tvrdeacute - majiacute širokou hystereacutezniacute smyčku velkou hodnotu Br a jsou viacutece
odolnějšiacute vůči zmagnetovaacuteniacute (ocel s velkyacutem obsahem uhliacuteku hellip) Po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole zůstaacutevajiacute nadaacutele zmagnetovaacuteny a chovajiacute se jako permanentniacute magnet Jejich magnetickeacute pole lze zrušit pomociacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole opačneacute polarity (např do ciacutevky s jaacutedrem zavedeme proud opačneacuteho směru)
b) magneticky měkkeacute - materiaacutely s uacutezkou hystereacutezniacute smyčkou ktereacute se dajiacute snadno zmagnetovat (magnetofonoveacute paacutesky diskety hellip) Majiacute malou hodnotu Br což znamenaacute že po zrušeniacute vnějšiacuteho magnetickeacuteho pole jejich vlastniacute magnetickeacute pole zanikaacute
Magnetickou indukci měřiacuteme teslametrem Velikost magnetickeacute indukce pole např v bliacutezkosti permanentniacuteho magnetu je řaacutedově 10-2 T až 10-1 T Ciacutel Pomociacute teslametru změřit magnetickou indukci magnetickeacuteho pole ciacutevky s jaacutedrem v zaacutevislosti na velikosti proudu I Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA teslametr plusmn140 mT ampeacutermetr HCS-BTA stojan laboratorniacute ciacutevka 400 z různaacute jaacutedra regulovatelnyacute zdroj KXN 305D
86
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr plusmn140 mT ke vstupu CH1 LabQuestu Ke vstupu CH2 zapojiacuteme
ampeacutermetr HCS-BTA Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a připojiacuteme ho k USB PC 3 V programu LoggerPro v menu Data ndash Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec zadaacuteme Naacutezev
magnetickaacute indukce Značka B Jednotka mT Rovnice Potential57 4 Na ose y zvoliacuteme magnetickaacute indukce a na ose x elektrickyacute proud 5 V menu Experiment ndash Sběr dat hellip zvoliacuteme bdquoNepřerušenyacute sběr datldquo Vzorkovaciacute
frekvence 10 vzorkůsekundu 6 Uvnitř ciacutevky je jaacutedro s feromagneticky měkkeacute oceli Vynulujeme senzor proudu a napětiacute
(teslametr plusmn140 mT) Teslametr přiložiacuteme těsně k jaacutedru (viz scheacutema) 7 Na regulovatelneacutem zdroji napětiacute zvětšujeme pomalu napětiacute až dosaacutehneme proud ciacutevkou
5 A Potom zase zmenšujeme napětiacute (proud) na bdquonululdquo Přepoacutelujeme poacutely zdroje pomociacute banaacutenků nebo dvojpoacutelovyacutem přepiacutenačem
87
8 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat v programu LoggerPro a opakujeme činnost v bodě 7 dvakraacutet Tiacutem se vykresliacute celaacute hystereacutezniacute smyčka Zastaviacuteme sběr dat tlačiacutetkem Stop v programu LoggerPro Uložiacuteme měřeniacute
9 Zopakujeme měřeniacute pro různaacute jaacutedra
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušiacuteme různaacute jaacutedra z feromagneticky tvrdeacute oceli ndash např šroubovaacutek
2 Z grafu můžeme určit hodnotu zbytkoveacute magnetickeacute indukce Br 3 Proč je pro jaacutedra transformaacutetorů vyacutehodnějšiacute použiacutet feromagneticky měkkou ocel
88
89
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole 714 HALLŮV JEV
Fyzikaacutelniacute princip Hallův jev vznikaacute při průchodu proudu I tenkou polovodičovou destičkou (InSb InAs s odporem 001 až 20 Ohmů a tloušťky cca 01 mm jednaacute se o kompromis mezi maximem citlivost a mechanickeacute pevnosti) obdeacutelniacutekoveacuteho tvaru Při vloženiacute destičky do magnetickeacuteho pole skrze ni prochaacuteziacute indukčniacute tok a přeskupuje naacuteboje v destičce na jednu stranu Tak na bočniacutech stěnaacutech destičky vznikaacute napětiacute (tzv Hallovo napětiacute) ktereacute se daacute vypočiacutetat pomociacute vzorce UH = kIB kde k je konstanta (zahrnuje typ materiaacutelu a tloušťku destičky) I je stejnosměrnyacute proud a B je magnetickaacute indukce způsobenaacute magnetickyacutem polem
Ciacutel Pomociacute teslametru změřit jak zaacutevisiacute napětiacute UH na Hallově sondě na magnetickeacute indukci B magnetickeacuteho pole magnetu Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA teslametr MG-BTA teslametr bdquoza paacuter korunldquo (viz doprovodnyacute text) permanentniacute magnet
90
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 a teslametr MG-BTA ke vstupu CH2
LabQuestu Na teslametru MG-BTA nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Voltmetr VP-BTA připojiacuteme k teslametru bdquoza paacuter korunldquo - je na něm zapojena Hallova sonda na napětiacute 3 V a protilehleacute vyacutevody z Hallovy sondy jsou vyvedeny pomociacute dvou vodičů Na nich budeme měřit UH pomociacute voltmetru VP-BTA LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat zvoliacuteme Nepřerušenyacute sběr
dat Daacutele pak Vzorkovaciacute frekvence 2 vzorkysekundu 4 Zapneme zdroj proudu na teslametru bdquoza paacuter korunldquo Vynulujeme oba senzory
Permanentniacute magnet přibliacutežiacuteme k teslametru MG-BTA a teslametru bdquoza paacuter korunldquo na vzdaacutelenost asi 2cm Digitaacutelniacute displej teslametru ukazuje hodnotu 5 mT (viz scheacutema)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem vzdalujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 1)
6 Pak otočiacuteme magnet o 180deg a pomalu rovnoměrnyacutem pohybem přibližujeme permanentniacute magnet (viz scheacutema ndash pohyb 2)
91
7 V programu LoggerPro zvoliacuteme Zastavit 8 Opakujeme měřeniacute pro různeacute Hallovy sondy
9 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash jakaacute je zaacutevislost UH na B jakaacute je citlivost
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Kde se Hallova sonda použiacutevaacute 2 Jakyacute je rozsah teslametru MG-BTA a jakyacute teslametru bdquoza paacuter korunldquo 3 Zkus změřit magnetickou indukci magnetu bdquoparalelněldquo oběma teslametry U teslametru
bdquoza paacuter korunldquo vlož lineaacuterniacute funkci kteraacute přepočiacutetaacute UH na B
92
93
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
94
95
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 714 Hallův jev Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Zaacutevěr Z grafů je zřejmeacute že se jednaacute o přiacutemou uacuteměrnost Pro prvniacute (modryacute graf) Hallův senzor je rovnice přiacutemeacute uacuteměrnosti B=f(UH) = 333UH mT A pro druhyacute (červenyacute graf) Hallův senzor je rovnice B=f(UH) = 83UH mT
96
97
Stacionaacuterniacute magnetickeacute pole
715 MAGNETICKYacute ZAacuteZNAM SIGNAacuteLŮ
Fyzikaacutelniacute princip Magnetickyacute zaacuteznam signaacutelů kteryacutem je uchovaacutevaacutena zvukovaacute či obrazovaacute informace nebo takeacute digitaacutelniacute informace zpracovanaacute počiacutetačem Magnetickyacute zaacuteznam je založen na trvaleacutem zmagnetovaacuteniacute vrstvy feromagnetika (např oxidu železa) naneseneacuteho na nosiči z plastickeacuteho materiaacutelu
Magnetickyacute zaacuteznam se uskutečňuje pomociacute zvlaacuteštniacuteho elektromagnetu ndash zaacuteznamoveacute hlavy
Ciacutel Proveacutest mazaacuteniacute magnetickyacute zaacuteznam sniacutemaacuteniacute a opětneacute mazaacuteniacute na nosič Pomůcky LabQuest teslametr MG-BTA permanentniacute magnet na mazaacuteniacute permanentniacute magnet na zaacuteznam svinovaciacute metr jako nosič zaznamenaneacuteho signaacutelu
98
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme teslametr MG-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Na teslametru MG-BTA
nastaviacuteme rozsah 64 mT Zapojiacuteme obvod podle scheacutema LabQuest připojiacuteme přes USB k PC
2 Zapneme LabQuest 3 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Deacutelka 10 s
Vzorkovaciacute frekvence 20 vzorkůsekunda 4 Nejdřiacuteve provedeme mazaacuteniacute na nosiči (svinovaciacute metr)
5 V programu LoggerPro zvoliacuteme Sběr dat a pomalu (10 s) rovnoměrnyacutem
pohybem pomociacute teslametru provedeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů na nosiči
6 Provedeme zaacuteznam signaacutelů na nosiči (např čtyřikraacutet)
7 Zopakujeme sniacutemaacuteniacute signaacutelů (jako v bodě 5) 8 Zopakujeme mazaacuteniacute a sniacutemaniacute (jako v bodě 4 a 5)
99
9 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej zaacuteznam různyacutem (S N) poacutelem permanentniacuteho magnetu Jak se změniacute průběh
signaacutelu 2 Vyzkoušej mazaacuteniacute a zaacuteznam na skutečnyacute nosič ndash paacutesek od videokazety 3 Vyzkoušej zaacuteznam na disketu
100
101
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
716 ELEKTROMAGNETICKAacute INDUKCE
Fyzikaacutelniacute princip Elektromagnetickaacute indukce je jev při ktereacutem vznikaacute elektrickeacute napětiacute ve vodiči změnou magnetickeacuteho pole v okoliacute vodiče (ciacutevky) Indukovaneacute napětiacute zaacutevisiacute na velikosti změny magnetickeacuteho pole i na rychlosti jeho změny
tU i
Indukovaneacute napětiacute maacute takovou polaritu že indukovanyacute proud vytvaacuteřiacute magnetickeacute pole s opačnyacutem směrem indukčniacutech čar než maacute magnetickeacute pole ktereacute indukci vyvolalo (Lenzův zaacutekon)
Ciacutel Změřit indukovaneacute napětiacute Ověřit na čem zaacutevisiacute Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA ciacutevka s jaacutedrem permanentniacute magnet
102
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu Roztočiacuteme permanentniacute magnet v těsneacutem okoliacute ciacutevky (jaacutedra)
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Opakujeme měřeniacute s rychlejšiacutem (pomalejšiacutem) otaacutečeniacutem magnetu 5 Vyměniacuteme magnet za bdquosilnějšiacuteldquo 6 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash na čem zaacutevisiacute indukovaneacute napětiacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zkus ciacutevku s jinyacutem počtem zaacutevitů 2 Zkus pohybovat membraacutenou reproduktoru a měřit indukovaneacute napětiacute 3 Zkus napjatou strunu umiacutestit do magnetickeacuteho pole a na niacute měřit velikost indukovaneacuteho
napětiacute
103
Nestacionaacuterniacute magnetickeacute pole
717 DEMONSTRACE VOLNEacuteHO PAacuteDU MAGNETU
Fyzikaacutelniacute princip Volnyacute paacuted je rovnoměrně zrychlenyacute pohyb volně padajiacuteciacuteho tělesa v bliacutezkosti země K měřeniacute pohybu volneacuteho paacutedu tělesa (magnetu) použijeme trubici z nevodiveacuteho materiaacutelu Na trubici jsou v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech navinuty ciacutevky ktereacute jsou navzaacutejem spojeneacute do seacuterie Spojeniacute ciacutevek připojiacuteme k voltmetru a zobraziacuteme časovyacute zaacuteznam napětiacute na jednotlivyacutech ciacutevkaacutech při pohybu magnetu trubiciacute vnitřkem jednotlivyacutech ciacutevek
Ciacutel Změřit časovyacute průběh indukovaneacuteho napětiacute při pohybu (volneacutem paacutedu) magnetu vnitřkem ciacutevek Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA neodymovyacute magnet (vaacuteleček) 2 m dlouhaacute PPR trubka 25x35 PN16 na ktereacute jsou navinuty ciacutevky (10 z) v pravidelnyacutech vzdaacutelenostech
104
Scheacutema
105
Postup 1 Připojiacuteme voltmetry VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Sestaviacuteme obvod podle
scheacutema Voltmetr připojiacuteme ke koncům seacuterioveacuteho spojeniacute ciacutevek LabQuest připojiacuteme k PC přes USB
2 Zapneme LabQuest V programu Logger Pro v menu Experiment ndash Sběr dat Trvaacuteniacute 06 s Frekvence 1 000 vzorkůs Daacutele Trigger je rostouciacute přes 001 V
3 Stiskneme tlačiacutetko Sběr dat (měřeniacute) v programu Logger Pro Neodymovyacute magnet vložiacuteme do uacutestiacute PPR trubky a pustiacuteme
4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme časoveacute intervaly mezi jednotlivyacutemi průchody
magnetu Daacutele vypočiacutetaacuteme rychlosti v jednotlivyacutech intervalech Určiacuteme zrychleniacute mezi jednotlivyacutemi intervaly Přiacuteklad vyacutepočtu pro vyacuteše uvedeneacute měřeniacute
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyložte průběh zaacuteznamu z hlediska velikosti a polarity jednotlivyacutech napětiacute a jejich
umiacutestěniacute na ose času 2 Zopakuj měřeniacute s padajiacuteciacutem magnetem s opačnou orientaciacute poacutelů magnetu 3 Jak se změniacute časovyacute průběh při použitiacute delšiacuteho magnetu (viacutece vaacutelečků) 4 Zopakuj měřeniacute s tiacutem že konec trubky ucpeš gumovou zaacutetkou 5 Připoj k vyacutestupu signaacutelu z ciacutevek zesilovač a reproduktor a poslechem sleduj volnyacute paacuted
magnetu
106
107
Střiacutedavyacute proud 718 PŘECHODNYacute DĚJ Fyzikaacutelniacute princip Přechodnyacutem dějem v obvodu s kondenzaacutetorem nebo s ciacutevkou nazyacutevaacuteme skokovou změnu napětiacute a proudu na kondenzaacutetoru a ciacutevce Tuto změnu vyvolaacuteme sepnutiacutem nebo vypnutiacutem spiacutenače (přepiacutenače) Ciacutel Určit jak se měniacute napětiacute a proud v obvodu s kondenzaacutetorem a s ciacutevkou při přechodneacutem ději Pomůcky LabQuest ciacutevka 1 200 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF voltmetr VP-BTA voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA přepiacutenač plochaacute baterie
Scheacutema
a) b)
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA k vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr
DCP-BTA k vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema a)
108
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 5s Frekvence 1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a asi po dvou až třech sekundaacutech (odhadneme)
přepneme přepiacutenač zpět
5 Zapojiacuteme obvod podle scheacutema b) 6 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 1 s Frekvence
1 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 A Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Přepneme přepiacutenač do opačneacute polohy a hned ho přepneme zpět
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zamysli se co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru (ciacutevky) ke zdroji
napětiacute a co se děje při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute k rezistoru Kde se to daacute využiacutet 2 Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Zkus to
vymyslet a potom ověř měřeniacutem
109
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
2 Doplňkoveacute otaacutezky a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k
rezistoru c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute
110
d) 4) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru
e) 5) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů f) 6) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
111
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 718 Přechodnyacute děj Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 27 degC
Tlak 1008 hPa
Vlhkost 53
1 Graf zaacutevislosti proudu a napětiacute na čase
a) kondenzaacutetor
b) ciacutevka
112
3 Doplňkoveacute otaacutezky
a) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute kondenzaacutetoru ke zdroji napětiacute dochaacuteziacute k jeho nabiacutejeniacute Na kondenzaacutetoru se akumuluje elektrickyacute naacuteboj (zvětšuje se jeho elektrickaacute energie) V okamžiku zapojeniacute bude obvodem prochaacutezet největšiacute elektrickyacute proud Nenabityacute kondenzaacutetor se zpočaacutetku chovaacute jako zkrat Čiacutem viacutece se však bude kondenzaacutetor nabiacutejet (bude v něm vzrůstat nahromaděnyacute naacuteboj) a poroste jeho napětiacute tiacutem menšiacute proud bude prochaacutezet obvodem
b) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute kondenzaacutetoru k rezistoru Po odpojeniacute obvodu od zdroje napětiacute se začiacutenaacute kondenzaacutetor vybiacutejet (chovaacute se jako zdroj) Elektrickaacute energie kterou kondenzaacutetor vybije se v rezistoru přeměniacute na teplo Teoreticky se kondenzaacutetor vybiacutejiacute nekonečně dlouhou dobu V okamžiku odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje napětiacute prochaacuteziacute obvodem velkyacute proud opačnyacutem směrem než při zapojeniacute ke zdroji napětiacute Napětiacute i proud postupně klesajiacute
c) Co se děje s proudem a napětiacutem při připojeniacute ciacutevky ke zdroji napětiacute Při zapojeniacute ciacutevky ke zdroji stejnosměrneacuteho napětiacute začne obvodem prochaacutezet proud kteryacute na ciacutevce způsobiacute indukovaacuteniacute napětiacute jež je uacuteměrneacute časoveacute změně magnetickeacuteho indukčniacuteho toku a s polaritou působiacuteciacute proti napětiacute zdroje Proud v obvodu se proto zvětšuje na svou maximaacutelniacute hodnotu jen postupně neboť čaacutest energie dodaacutevaneacute ze zdroje do obvodu se spotřebovaacutevaacute na vytvaacuteřeniacute magnetickeacuteho pole ciacutevky (indukovaneacute napětiacute na ciacutevce postupně klesaacute) Proud se ustaacuteliacute teprve v okamžiku kdy se časovaacute změna magnetickeacuteho indukčniacuteho toku bude rovna nule (to platiacute i pro indukovaneacute napětiacute na ciacutevce)
d) Co se děje s proudem a napětiacutem při odpojeniacute od zdroje a připojeniacute ciacutevky k rezistoru Po odpojeniacute ciacutevky od zdroje stejnosměrneacuteho napětiacute se začne v ciacutevce indukovat napětiacute opačneacute polarity (může dosaacutehnout vyššiacutech hodnot než je napětiacute zdroje) než v předešleacute faacutezi ktereacute způsobiacute zpomaleniacute zaacuteniku magnetickeacuteho pole Směr toku proudu zůstaacutevaacute nezměněn Energie magnetickeacuteho pole ciacutevky se přeměniacute na rezistoru na teplo Proud i napětiacute tedy rychle ale postupně klesajiacute k nuloveacute hodnotě
e) Co se bude diacutet když zmenšiacuteme (50 Ω) nebo zvětšiacuteme (200 Ω) hodnotu rezistorů Kondenzaacutetor Čiacutem menšiacute odpor maacute rezistor tiacutem rychleji se kondenzaacutetor nabije a tiacutem rychleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor rychle vybije a vzniklyacute proud v obvodu rychle klesaacute Čiacutem většiacute odpor maacute rezistor tiacutem pomaleji se rezistor nabije a tiacutem pomaleji klesne proud při jeho nabiacutejeniacute Při odpojeniacute kondenzaacutetoru od zdroje se kondenzaacutetor naopak přes rezistor vybije pomaleji a vzniklyacute proud v obvodu pozvolna klesaacute Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud Ciacutevka Čiacutem menšiacute odpor majiacute rezistory tiacutem pozvolněji klesaacute indukovaneacute napětiacute vznikleacute na ciacutevce při zapojeniacute ke zdroji Toteacutež platiacute pro elektrickyacute proud kteryacute se v tomto přiacutepadě ustaacuteliacute za delšiacute časovyacute okamžik Jinak je tomu v přiacutepadě že rezistory majiacute většiacute odpor Indukovaneacute napětiacute klesaacute rychleji a proud se v obvodu ustaacuteliacute na konstantniacute hodnotě za velmi kraacutetkou dobu Při odpojeniacute od zdroje klesajiacute proud a napětiacute v obou přiacutepadech přibližně stejně Ve druheacutem přiacutepadě prochaacuteziacute obvodem celkově menšiacute proud
113
Kondenzaacutetor + rezistor 50 Ω + rezistor 200 ΩCiacutevka + rezistory 50 Ω + rezistory 200 Ω
114
f) Kde se daacute přechodnyacutech dějů využiacutet
Řada přechodnyacutech jevů je nežaacutedouciacute protože způsobiacute např kraacutetkodobeacute přetiacuteženiacute obvodu a tiacutem zkracujiacute životnost zařiacutezeniacute (zapnutiacute studeneacute žaacuterovky ndash naacuterazovyacute proud je až desetkraacutet většiacute než ustaacutelenyacute proud) Některeacute přechodneacute děje jsou však žaacutedouciacute a některeacute obvody jsou přiacutemo na využitiacute přechodnyacutech dějů založeny (generaacutetory klopneacute obvody) V elektronice existujiacute přechodneacute děje založeneacute na RC RL a RLC obvodech vzhledem k co možnaacute nejmenšiacutem použiacutevaacuteniacute ciacutevek majiacute největšiacute vyacuteznam při nabiacutejeniacute a vybiacutejeniacute kondenzaacutetory Obecně jsou v elektronice nejrozšiacuteřenějšiacute tepelneacute přechodneacute jevy V silnoproudeacute elektronice se měřiacute oteplovaciacute křivky elektrickyacutech strojů v počiacutetačoveacute technice se měřiacute otepleniacute hlavniacuteho procesoru měřeniacute teploty harddisku atd
115
Střiacutedavyacute proud 719 STŘIacuteDAVYacute PROUD S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem maacute časovyacute diagram napětiacute stejnou faacutezi (faacutezovyacute rozdiacutel je nulovyacute) jako časovyacute diagram proudu
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
116
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu
4 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Um f Im T a (faacutezovyacute rozdiacutel) Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a u
5 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Zakreslete faacutezorovyacute diagram 2 Určete z grafů velikost odporu rezistoru
117
Střiacutedavyacute proud 720 VYacuteKON STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU S ODPOREM
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacute střiacutedavyacute obvod je tvořen rezistorem kteryacute maacute jen odpor Obvodem prochaacuteziacute střiacutedavyacute proud jehož okamžitaacute hodnota i je určena vztahem i = Imsint V jednoducheacutem obvodu s odporem je okamžitaacute hodnota vyacutekonu p = ui = Ri2 = RIm
2sin2t
Ciacutel Změřit časovyacute diagram napětiacute a proudu v obvodu s odporem a zobrazit časovyacute diagram vyacutekonu Pomůcky LabQuest rezistor 10 Ω voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute 3 V
118
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr DVP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Připojiacuteme ampeacutermetr DCP-
BTA ke vstupu CH2 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema Napětiacute střiacutedaveacuteho zdroje je maximaacutelně 3 V (efektivniacute hodnota)
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 0005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Zvoliacuteme zaacuteložku tabulka V menu Tabulka zvoliacuteme Novyacute dopočiacutetaacutevanyacute sloupec Naacutezev ndash
Vyacutekon Jednotka ndash W Tvar vyacuterazu XY Sloupec pro X ndash proud Sloupec pro Y ndash napětiacute
5 Provedeme analyacutezu jednotlivyacutech grafů Určiacuteme velikost Pm f Im T Zapiacutešeme rovnice okamžityacutech hodnot i a p
6 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jakyacute je poměr frekvence okamžiteacute hodnoty vyacutekonu a okamžiteacute hodnoty proudu 2 Určete z grafu okamžiteacute hodnoty vyacutekonu středniacute hodnotu vyacutekonu P
119
Střiacutedavyacute proud 721 STŘIacuteDAVYacute PROUD S INDUKČNOSTIacute
Fyzikaacutelniacute princip
Induktance je veličina I
UX L Induktance XL je přiacutemo uacuteměrnaacute indukčnosti ciacutevky L a
frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute induktance indukčnost ciacutevky Ověřit že induktance na indukčnosti a frekvenci zaacutevisiacute přiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω voltmetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z a voltmetrem (ry) 2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute
(Zesilovač)
120
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a indukčnosti Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z Vypočiacutetaacuteme induktanci XL Z induktance a frekvence vypočiacutetaacuteme indukčnost L
5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XL = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Miacutesto ciacutevky zapoj tlumivku (2times47 mH) a proveď stejneacute měřeniacute V čem se lišiacute zaacutevislost
XL = f(f) Proč se lišiacute
2 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na indukčnosti pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu
3 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty induktance pro vyššiacute frekvence 4 Zkus změřit přechodnyacute děj na indukčnosti
121
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900
1000 průměr
122
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f UR I UL Z XL L 0 0 (Rciacutevky) 0 0
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
průměr
2 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
123
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 721 Střiacutedavyacute proud s indukčnostiacute Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota 25degC
Tlak 1004 hPa
Vlhkost 53
3 Vyacutepočet indukčnosti ciacutevky a graf zaacutevislosti induktance ciacutevky na frekvenci
střiacutedaveacuteho napětiacute
Vzorce pro vyacutepočet I Z XL L
RUL hellipstejnosměrnyacute obvod
IUL 22
ciacutevkyRZ fX L
2
a) ciacutevka školniacute 400 zaacutevitů (45 Ω)
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00364 01620 44510 (Rciacutevky) 00000 00000
100 09600 00096 00460 47917 17744 00028 200 09440 00094 00600 63559 45372 00036 300 09410 00094 00800 85016 72433 00038 400 09380 00094 00990 105544 95699 00038 500 09360 00094 01210 129274 121369 00039 600 09340 00093 01430 153105 146492 00039 700 09300 00093 01640 176344 170634 00039 800 09260 00093 01860 200864 195870 00039 900 09230 00092 02090 226436 222018 00039
1000 09160 00092 02290 250000 246006 00039 průměr 00037
124
b) ciacutevka tlumivka 47 mH
f Hz UR V I A UL V Z XL L H 0 00000 00367 00673 18338 (Rciacutevky) 00000 00000
100 63300 00633 15760 248973 248297 00395 200 59700 00597 26440 442881 442501 00352 300 55100 00551 35240 639564 639301 00339 400 49400 00494 43500 880567 880376 00350 500 42700 00427 50400 1180328 1180185 00376 600 34760 00348 56300 1619678 1619574 00430 700 26080 00261 61300 2350460 2350389 00534 800 15650 00157 65000 4153355 4153314 00826 900 07050 00071 66600 9446809 9446791 01671
1000 04850 00049 66800 13773196 13773184 02192 průměr 00747
4 V čem se lišiacute grafickeacute zaacutevislosti XL = XL(f ) školniacute ciacutevky a tlumivky a proč se lišiacute
Graf pro školniacute ciacutevku 400 zaacutevitů Ciacutevka neobsahuje jaacutedro induktance je teacuteměř přesně lineaacuterniacute funkciacute frekvence střiacutedaveacuteho napětiacute Konstantou uacuteměry je vyacuteraz 2πL kde L je indukčnost ciacutevky Indukčnost je teacutež konstantniacute Graf pro tlumivku 47 mH Induktance neniacute lineaacuterniacute funkciacute frekvence Přiacutečinou je jaacutedro na němž je namotaacuten vodivyacute draacutet ciacutevky Z toho důvodu nelze indukčnost ciacutevky L považovat za konstantniacute hodnotu
125
Střiacutedavyacute proud 722 STŘIacuteDAVYacute PROUD S KAPACITOU
Fyzikaacutelniacute princip
Kapacitance je veličina I
UX C Kapacitance XC je nepřiacutemo uacuteměrnaacute kapacitě
kondenzaacutetoru C a frekvenci střiacutedaveacuteho proudu f Ciacutel Určit pomociacute kapacitance kapacitu kondenzaacutetoru Ověřit že kapacitance na kapacitě a frekvenci zaacutevisiacute nepřiacutemo uacuteměrně Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) rezistor 100 Ω voltmetr (y)
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetrem (ry)
126
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a kondenzaacutetoru Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme kapacitanci XC Z kapacitance a frekvence vypočiacutetaacuteme kapacitu C 5 Změniacuteme kmitočet na 200 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 300 Hz 400 Hz 1000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti XC = f(f) 8 Porovnej hodnotu kapacity vypočiacutetanou a jmenovitou
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru pomociacute druheacuteho
LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute napětiacute a proudu na rezistoru a na kondenzaacutetoru
2 Zkus ověřit dalšiacute hodnoty kapacitance pro vyššiacute frekvence 3 Zkus změřit přechodnyacute děj na kondenzaacutetoru
127
Střiacutedavyacute proud 723 SLOŽENYacute OBVOD STŘIacuteDAVEacuteHO PROUDU
Fyzikaacutelniacute princip
Impedance je veličina I
UZ Při seacuterioveacutem spojeniacute prochaacuteziacute rezistorem ciacutevkou a
kondenzaacutetorem složenyacutem obvodem RLC stejnyacute proud i Ciacutel Určit pomociacute vyacutesledneacuteho napětiacute a proudu impedanci Z Určit jak zaacutevisiacute impedance Z na frekvenci f Pomůcky LabQuest (jako generaacutetor) zesilovač PAMP ciacutevka 400 z rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 47 μF (MKT 205) voltmetr - multimetr
Scheacutema
Postup 1 Propojiacuteme audio vyacutestup LabQuestu ke vstupu zesilovače Vyacutestup zesilovače propojiacuteme
s rezistorem 100 Ω školniacute ciacutevkou 400 z kondenzaacutetorem 47 μF a voltmetry
128
2 Zapneme LabQuest a v zaacutekladniacutem menu zvoliacuteme aplikaci ndash generaacutetor funkciacute (Zesilovač)
3 Signaacutel zvoliacuteme sinus kmitočet nastaviacuteme 100 Hz a napětiacute 10 V 4 Změřiacuteme střiacutedaveacute napětiacute na rezistoru a celkoveacute napětiacute Vypočiacutetaacuteme proud I rezistorem
Vypočiacutetaacuteme impedanci Z 5 Změniacuteme kmitočet na 400 Hz a opakujeme předchoziacute bod (4) 6 Postupně měniacuteme kmitočet 800 Hz 1 200 Hz 10 000 Hz a opakujeme bod (4) 7 Sestrojiacuteme graf zaacutevislosti Z = f(f)
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Jak se měniacute impedance Z v zaacutevislosti na kmitočtu Zkus vysvětlit proč tomu tak je
2 Sestroj graf Z = f(f) podle vzorce 2
2 1
CLRZ
kde f (0 Hz 10 kHz)
R = 100 Ω C = 47 μF a L = 41 mH Porovnej grafy (naměřenyacute a teoretickyacute)
0000
50000
100000
150000
200000
250000
300000
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
3 Kde se využiacutevaacute teacuteto zaacutevislosti Vysvětli Jak se změniacute tyto zaacutevislosti změniacuteme-li hodnotu kapacity nebo indukčnosti
4 Zkus změřit podobnou zaacutevislost Z = f(f) pro paralelniacute obvod RLC Pozor Vzhledem k maleacutemu vnitřniacutemu odporu ciacutevky L při niacutezkyacutech kmitočtech je potřeba zařadit k obvodu RLC seacuteriově rezistor 100 Ω
5 Změř okamžiteacute hodnoty napětiacute na rezistoru ciacutevce a kondenzaacutetoru a hodnotu proudu na rezistoru pomociacute druheacuteho LabQuestu a voltmetrů a ampeacutermetru Jakaacute je velikost faacutezoveacuteho posunutiacute jednotlivyacutech napětiacute vzhledem k proudu
129
Střiacutedavyacute proud 724 USMĚRŇOVAČ Fyzikaacutelniacute princip V usměrňovači střiacutedaveacuteho proudu se využiacutevaacute zaacutekladniacute vlastnosti polovodičoveacute diody bdquopropustit proud pouze jedniacutem směremldquo K usměrněniacute se využiacutevaacute jednocestnyacute usměrňovač nebo dvoucestnyacute usměrňovač (Graetzovo zapojeniacute) K vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho zapojeniacute se použiacutevaacute kondenzaacutetor a tlumivka Ciacutel Určit průběh stejnosměrneacuteho pulzujiacuteciacuteho napětiacute po usměrněniacute jednocestnyacutem a dvoucestnyacutem usměrňovačem Daacutele pak určit průběh po vyhlazeniacute Pomůcky LabQuest ciacutevka 400 z s jaacutedrem rezistor 100 Ω kondenzaacutetor 2 200 μF diody voltmetr VP-BTA multimetr zdroj střiacutedaveacuteho napětiacute - transformaacutetor
Scheacutema
130
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Ke zdroji střiacutedaveacuteho napětiacute
(transformaacutetor ndash napětiacute maximaacutelně 6 V) připojiacuteme rezistor a k němu voltmetr (podle scheacutema) Multimetrem změřiacuteme efektivniacute hodnotu střiacutedaveacuteho napětiacute
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 004 s Frekvence 10 000 čteniacutes Trigger nastaviacuteme na Zapnuto je rostouciacute přes 001 V
3 Zvoliacuteme zobrazeniacute Graf 4 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu Z grafu určiacuteme maximaacutelniacute
hodnotu (amplitudu) periodu a vypočiacutetaacuteme frekvenci Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 5 Zapojiacuteme jednocestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 6 Zapojiacuteme dvoucestnyacute usměrňovač a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty 7 Zapojiacuteme kondenzaacutetor a tlumivku a stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na
LabQuestu Uložiacuteme naměřeneacute hodnoty
131
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Měniacuteme různeacute hodnoty kondenzaacutetorů a tlumivek 2 Proč v zapojeniacutech s diodou (diodami) dochaacuteziacute k poklesu napětiacute a jakou maacute tento pokles
velikost Čemu tato velikost odpoviacutedaacute 3 Popiš vliv kondenzaacutetoru a tlumivky na vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute Proč
se zapojujiacute paralelně (do seacuterie)
132
133
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
134
2 Tabulka Umax= Uef=
3 Zaacutevěr
135
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 724 Usměrňovač Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t)
2 Tabulka Umax= 45 V Uef= 32 V 3 Zaacutevěr Různeacute změny hodnot kondenzaacutetorů a tlumivek majiacute vliv na menšiacute nebo většiacute vyhlazeniacute pulzujiacuteciacuteho stejnosměrneacuteho napětiacute V zapojeniacutech s diodami dochaacuteziacute k poklesu napětiacute přibližně 05 V a to z důvodu uacutebytku napětiacute na diodě (dvou diodaacutech u dvoucestneacuteho zapojeniacute) Kondenzaacutetor se při maximaacutelniacute hodnotě napětiacute nabiacutejiacute a při poklesu napětiacute vybiacutejiacute a dodaacutevaacute el energii v tomto okamžiku Tlumivka zapojenaacute v seacuterii braacuteniacute rychlyacutem změnaacutem napětiacute
136
137
Střiacutedavyacute proud v energetice
725 TROJFAacuteZOVAacute SOUSTAVA
Fyzikaacutelniacute princip Třiacutefaacutezoveacute napětiacute vznikaacute otaacutečeniacutem magnetu v soustavě třiacute ciacutevek (alternaacutetor) Maacuteme tedy tři zdroje střiacutedaveacuteho napětiacute ndash faacuteze Třiacutefaacutezovyacute rozvod lze využiacutet k zapojeniacute do hvězdy (a)) nebo k zapojeniacute do trojuacutehelniacuteku (b)) Faacutezoveacute napětiacute (u1 u2 u3) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 230 V) mezi středniacutem vodičem (N) a faacutezovyacutem vodičem (L1 L2 L3) Sdruženeacute napětiacute (u12 u13 u23) je napětiacute (v našich domaacutecnostech 400 V) mezi libovolnyacutemi dvěma faacutezovyacutemi vodiči
Ciacutel Změřit časovyacute průběh napětiacute třiacute faacuteziacute v zapojeniacute do hvězdy Ověřit že součet napětiacute v každeacutem čase je nulovyacute Ověřit že poměr sdruženeacuteho a faacutezoveacuteho napětiacute je 173 times většiacute Pomůcky LabQuest zdroj třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute 3 rezistory 100 Ω 3 voltmetry VP-BTA
Scheacutema
138
Postup 1 Připojiacuteme 3 voltmetry VP-BTA ke vstupům CH1 CH2 a CH3 LabQuestu Zapojiacuteme
obvod podle scheacutema Na zdroji třiacutefaacutezoveacuteho napětiacute nastaviacuteme hodnotu faacutezoveacuteho napětiacute do 5 V
2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 005 s Frekvence 10 000 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu
3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Uložiacuteme měřeniacute
5 Provedeme analyacutezu grafu Odečiacutetaacuteme v každeacutem časoveacutem okamžiku okamžiteacute hodnoty
napětiacute u1 u2 a u3 a provaacutediacuteme jejich součet ndash ověřujeme že součet je nulovyacute 6 Střiacutedavyacutem voltmetrem změřiacuteme sdruženeacute a faacutezoveacute napětiacute (efektivniacute hodnoty)
a vypočiacutetaacuteme jejich poměr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Z grafu ndash časoveacuteho průběhu napětiacute urči o jakou čaacutest periody jsou posunuta napětiacute 2 Z grafu urči jakaacute je frekvence a perioda střiacutedavyacutech napětiacute 3 Jakyacute je poměr efektivniacute a maximaacutelniacute hodnoty faacutezoveacuteho střiacutedaveacuteho napětiacute ktereacute jsi
naměřil 4 Z grafu urči amplitudu sdruženeacuteho napětiacute a amplitudu faacutezoveacuteho napětiacute Jakyacute je jejich
poměr
139
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) =
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o helliphelliphellip periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = helliphelliphellip Hz Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = helliphelliphellip s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = V
140
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) =
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = V Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = helliphelliphellip
141
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 725 Trojfaacutezovaacute soustava Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf
2 Součet okamžityacutech hodnot napětiacute u1 + u2 + u3 = 0 V
3 Efektivniacute hodnota sdruženeacuteho napětiacute Uef (sdruženeacute) = 410 V
Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Uef (sdruženeacute) Uef (faacutezoveacute) = 3 173
4 Napětiacute jsou vůči sobě posunuta o třetinu periody
5 Frekvence střiacutedavyacutech napětiacute f = 50 Hz
142
Perioda střiacutedavyacutech napětiacute T = 002 s
6 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Efektivniacute hodnota faacutezoveacuteho napětiacute Uef (faacutezoveacute) = 237 V
Poměr Um (faacutezoveacute) Uef (faacutezoveacute) = 2 14
7 Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) sdruženeacuteho napětiacute Um (sdruženeacute) = 591 V
Maximaacutelniacute hodnota (amplituda) faacutezoveacuteho napětiacute Um (faacutezoveacute) = 34 V Poměr Um (sdruženeacute) Um (faacutezoveacute) = 3 174
143
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
726 ELEKTROMAGNETICKYacute OSCILAacuteTOR
Fyzikaacutelniacute princip Nejjednoduššiacutem elektromagnetickyacutem oscilaacutetorem je obvod tvořenyacute ciacutevkou a kondenzaacutetorem - obvod LC nebo oscilačniacute obvod Kondenzaacutetor spojiacuteme se zdrojem stejnosměrneacuteho napětiacute 45 V (plochaacute baterie viz scheacutema) Přepiacutenačem připojiacuteme nabityacute kondenzaacutetorem k ciacutevce V obvodu vznikne elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Energie elektrickeacuteho pole kondenzaacutetoru se měniacute na energii magnetickeacuteho pole ciacutevky a naopak V oscilačniacutem obvodu nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute
Ciacutel Změřit napětiacute a proud v oscilačniacutem obvodu Ověřit elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute oscilačniacuteho obvodu je tlumeneacute Pomůcky LabQuest voltmetr DVP-BTA ampeacutermetr DCP-BTA kondenzaacutetor 2 200 microF ciacutevka s jaacutedrem 1 200 z přepiacutenač
Scheacutema
Postup 1 Voltmetr a ampeacutermetr zapojiacuteme do konektorů CH 1 a CH 2 LabQuestu 2 Obvod zapojiacuteme podle scheacutema Přepiacutenač je v poloze bdquo1ldquo (kondenzaacutetor se nabiacutejiacute) 3 Zapneme LabQuest a připojiacuteme jej přes USB k PC
144
4 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme Experiment ndash Sběr dat a nastaviacuteme Trvaacuteniacute 2 s Vzorkovaciacute frekvence 200 vzorkůsekundu Trigger zatrhneme Spuštěniacute triggeru když napětiacute je rostouciacute přes 005 V
5 V menu programu LoggerPro zvoliacuteme tlačiacutetko Sběr dat 6 Přepneme přepiacutenač do polohy bdquo2ldquo
7 Z grafu odečteme periodu kmitaacuteniacute Určiacuteme kmitočet 8 Vysloviacuteme zaacutevěr
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Změřiacuteme indukčnost L (multimetrem) a vypočiacutetaacuteme periodu vlastniacuteho kmitaacuteniacute
Porovnaacuteme s naměřenou hodnotou 2 Změň parametry součaacutestek (indukčnost kapacita) a zopakuj měřeniacute
145
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
T = helliphelliphellip s f = helliphelliphellip Hz 3 Zaacutevěr helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip
146
147
Gymnaacutezium Olomouc Čajkovskeacuteho 9
PROTOKOL O LABORATORNIacute PRAacuteCI Z FYZIKY
Naacutezev uacutelohy 726 Elektromagnetickyacute oscilaacutetor Jmeacuteno
Třiacuteda
Datum
Spolupracovali
Podmiacutenky měřeniacute Teplota
Tlak
Vlhkost
1 Graf u = f(t) a i = f(t)
2 Tabulka
Naměřeneacute T = 0614 s f = 162 Hz Vypočiacutetaneacute L = 154 H C = 22 mF T= )(2 CL = 0366 s
3 Zaacutevěr V elektromagnetickeacutem oscilaacutetoru se přeměňuje elektrickaacute energie na energii magnetickeacuteho pole a naopak Nastaacutevaacute tlumeneacute elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute Je zde patrnaacute analogie mezi ději mechanickyacutemi (kmitaacuteniacute) a elektromagnetickyacutemi
148
149
Elektromagnetickeacute kmitaacuteniacute a vlněniacute
727 VLASTNOSTI ELEKTROMAGNETICKEacuteHO
VLNĚNIacute Fyzikaacutelniacute princip Magnetickeacute pole můžeme znaacutezornit pomociacute indukčniacutech čar
Elektrickeacute pole popisujeme elektrickyacutemi siločarami
Elektrickeacute a magnetickeacute pole spolu často souvisejiacute Mluviacuteme pak o elektromagnetickeacutem poli Elektromagnetickeacute vlny jsou přiacutečneacute a šiacuteřiacute se i ve vakuu Šiacuteřiacute se rychlostiacute světla Elektromagnetickyacutemi vlnami se přenaacutešejiacute signaacutely rozhlasu televize mobilniacutech telefonů atd I světlo je elektromagnetickeacute vlněniacute (zaacuteřeniacute)
Mezi frekvenciacute f vlnovou deacutelkou λ a rychlostiacute šiacuteřeniacute elektromagnetickeacuteho vlněniacute c (světla)
platiacute vzoreccf
Ciacutel Změřit vlnovou deacutelku elektromagnetickeacuteho vlněniacute Prokaacutezat polarizaci elektromagnetickeacute vlny
150
Pomůcky LabQuest voltmetr VP-BTA bezdraacutetovyacute zvonek ndash tlačiacutetko pracujiacuteciacute na frekvenci 43392 MHz přijiacutemač s půlvlnnyacutem dipoacutelem (viz přiacutespěvek od Oldřicha Lepila)
Scheacutema
Postup 1 Připojiacuteme voltmetr VP-BTA ke vstupu CH1 LabQuestu Zapojiacuteme obvod podle scheacutema 2 Zapneme LabQuest a nastaviacuteme v menu Senzory ndash Zaacuteznam dat Trvaacuteniacute 10 s Frekvence
50 čteniacutes Daacutele zvoliacuteme zobrazeniacute grafu 3 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 4 Pohybujeme rovnoměrnyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 1) 5 Z poloh maxim a minim určiacuteme vlnovou deacutelku 6 Uložiacuteme měřeniacute 7 Stiskneme tlačiacutetko START (měřeniacute) na LabQuestu 8 Pohybujeme rovnoměrnyacutem otaacutečivyacutem pohybem s vysiacutelačem (viz scheacutema pohyb 2) 9 Stejnou vlastnost můžeme ukaacutezat tak že mezi vysiacutelač a přijiacutemač vložiacuteme mřiacutežku kterou
otaacutečiacuteme v rovině kolmeacute ke směru šiacuteřeniacute vlněniacute 10 Vysloviacuteme zaacutevěr ndash vlnovaacute deacutelka a polarizace elektromagnetickeacuteho vlněniacute
Doplňujiacuteciacute otaacutezky 1 Vyzkoušej jak zaacutevisiacute velikost naměřeneacuteho napětiacute na vzdaacutelenosti vysiacutelače od přijiacutemače 2 Pomociacute mřiacutežky nebo plechu vyzkoušej odraz vlněniacute (a interferenci)