Sprawozdanie5

Zespół Szkół Elektronicznych Elektrycznych i Mechanicznych w Bielsku-Białej im. Jędrzeja Śniadeckiego	Pracownia elektrotechniki i elektroniki	Rok szkolny 2023 / 2024
Sprawozdanie z ćwiczenia nr: 5	Daniel Krywult	Data wykonania ćwiczenia: 13.12.2023	Grupa: 4
	Klasa: 2 TR2
Temat ćwiczenia: Badanie źródeł napięcia		Oddano: 20.12.2023	Ocena:

1. Cel ćwiczenia
   Celem ćwiczenia było zmierzenie zmieniających się odczytów na woltomierzach i amperomierzach przy różnych konfiguracjach układu z zmieniającymi się.

2. Schematy pomiarowe wykorzystywane w ćwiczeniu

1. Układ pomiarowy, który służy do wyznaczenia wartości napięcia źródłowego baterii 9V stanowiącej rzeczywiste źródło napięcia. Wyniki przedstawiono w tabelce w podpunkcie a):

rys. 1
gdzie:
RW - rezystancja wewnętrzna źródła napięcia;
E1 - źródło napięcia;
V1 - woltomierz;

2. Układ dwóch szeregowo połączonych źródeł napięcia:

rys. 2

gdzie:
E1,E2 - źródła napięcia;
V1 - woltomierz;

3. Układ szeregowo połączonych źródeł napięcia:

rys. 3
gdzie:
E1,E2,E3 - źródła napięcia;
V1 - woltomierz;

4. Układ czterech szeregowo połączonych źródeł napięcia:

rys. 4
gdzie:
E1,E2,E3,E4 - źródła napięcia;
V1 - woltomierz;

5. Układ równolegle połączonych źródeł napięcia:

rys. 5
gdzie:
E1,E2 - źródła napięcia;
A1,A2 - amperomierze;
W1,W2,W3 - łączniki;
V1 - woltomierz;
R1 - rezystor;

6. Układ pomiarowy do badania wpływu zmian obciążenia na wartości napięcia źródłowego baterii

rys. 6

gdzie:
RW1 - rezystancja wewnętrzna źródła napięcia;
W1- pozycja łączników w układzie;
E1 - źródło napięcia;
A1 - amperomierz;
V1 - woltomierz;
R1 - rezystor;

3. Przebieg ćwiczenia

1. Zapoznano się z instrukcją;
2. Zgromadzono na stanowisku pomiarowym elementy wymienione w punkcie 6 potrzebne do złożenia układów przedstawionych na schematach przedstawionych w punkcie 2;
3. Zgłoszono nauczycielowi prowadzącemu zajęcia z
4. gotowość do wykonania pomiarów;
5. Zmierzono i zapisano napięcie źródłowe dla każdego modułu baterii do tabelki w zeszycie przedstawionej w punkcie 4 podpunkcie a), korzystając w tym celu z układu przedstawionego na rysunku 1;
6. Skonfigurowano układ pomiarowy przedstawiony na rysunku 2;
7. Dokonano 3 różnych pomiarów połączonych szeregowo dwóch źródeł napięcia w obwodzie z użyciem różnych baterii, wyniki zapisano w tabelce w zeszycie przedstawionej w punkcie 4 podpunkcie b);
8. Skonfigurowano układ pomiarowy przedstawiony na rysunku 3;
9. Dokonano 3 różnych pomiarów połączonych szeregowo trzech źródeł napięcia w obwodzie z użyciem różnych baterii, wyniki zapisano w tabelce w zeszycie przedstawionej w punkcie 4 podpunkcie c);
10. Skonfigurowano układ pomiarowy przedstawiony na rysunku 4;
11. Dokonano 3 różnych pomiarów połączonych szeregowo czterech źródeł napięcia w obwodzie z użyciem różnych baterii, wyniki zapisano w tabelce w zeszycie przedstawionej w punkcie 4 podpunkcie d);
12. Rozmontowano układ pomiarowy;
13. Zgłoszono nauczycielowi prowadzącemu zajęcia gotowość do wykonania pomiarów w obwodzie równolegle połączonych źródeł napięć;
14. Dobrano dwa źródła napięcia o najbardziej zbliżonych siłach elektromotorycznych.
15. Ustawiono łączniki w takiej pozycji aby ich styki były rozwarte. Dla sprawdzenia stanu łącznika podłączono omomierz i sprawdzono w jakiej pozycji są jego styki i w przypadku gdy były zamknięte zmieniono je na rozwarte;
16. Zgłoszono gotowość do wykonania pomiarów nauczycielowi prowadzącemu zajęcia;
17. Skonfigurowano układ pomiarowy przedstawiony na rysunku 5;
18. Przełączano łączniki W1,W2,W3 zgodnie z kolejnymi wierszami tabeli przedstawionej w punkcie 4, podpunkcie e);
19. Przygotowano pięć różnych rezystorów, które miały stanowić obciążenie dla napięcia źródłowego;
20. Przełączono łącznik W1 w pozycję, w której jego styki są rozwarte;
21. Skonfigurowano układ pomiarowy przedstawiony na rysunku 6, przy czym zastosowano rezystor o najmniejszej rezystancji;
22. Przełączono łącznik W1 w pozycję, w której jego styki są zwarte;
23. Odczytano wskazania mierników i zapisano je w tabelce w zeszycie przedstawionej w punkcie 4 podpunkcie f**)**;
24. Przełączono łącznik W1 w pozycję, w której jego styki są rozwarte;
25. Wymieniono rezystor, stanowiący obciążenie, na inny o większej rezystancji;
26. Przełączono łącznik W1 w pozycję, w której jego styki są zwarte;
27. Odczytano wskazania mierników i zapisano je w następnym wierszu w tabelce w zeszycie przedstawionej w punkcie 4 podpunkcie f**)**;
28. Przełączono łącznik W1 w pozycję, w której jego styki są rozwarte;
29. Opisane w punktach w), x), y), z) czynności powtórzono trzykrotnie za każdym razem zmieniając rezystancję rezystora na większą;
30. Przełączono łącznik W1 w pozycję, w której jego styki są rozwarte;
31. Zgłoszono zakończenie pomiarów prowadzącemu zajęcia z “Pracownia elektrotechniki i elektroniki”;
32. Rozmontowano układ pomiarowy;
33. Posprzątano stanowisko pomiarowe;
34. Przystąpiono do wykonania sprawozdania;

4. Tabela wyników

1. Tabela wyników dla układu pomiarowego przedstawionego na rysunku 1:

Numer pomiaru	UV	UT	Δu	δU
	[V]	[V]	[V]	[%]
1	7.90	9.00	-1.10	12.22
2	8.48	9.00	-0.52	5.78
3	6.19	9.00	-2.81	31.22
4	8.35	9.00	-0.65	7.22
5	4.68	9.00	-4.32	48.00
6	8.84	9.00	-0.16	1.78
7	8.68	9.00	-0.32	3.56

gdzie:
UV - wskazanie woltomierza
UT - wartość teoretyczna napięcia źródłowego baterii
ΔU - błąd bezwzględny pomiaru napięcia źródłowego baterii, wyznaczony z wzoru:

ΔU = UV - UT

δU \- błąd względny pomiaru napięcia źródłowego baterii, wyznaczony z wzoru:

δU% = ΔUΔT ∙ 100% = UV - UTUT ∙ 100%

2. Tabela wyników dla układu pomiarowego dwóch szeregowo połączonych źródeł napięcia, przedstawionego na rysunku 2:

Numer pomiaru	UV	UT	Δu	δU
	[V]	[V]	[V]	[%]
1	17.16	18.00	-0.84	4.67
2	14.50	18.00	-3.50	19.44
3	12.54	18.00	-5.46	30.33

gdzie:
UV - wskazanie woltomierza
UT - wartość teoretyczna napięcia na zaciskach szeregowo połączonych baterii, zgodnie z schematem przedstawionym na rysunku 2, wyznacza się ze wzoru:

UT = E1 + E2
E1,E2 - napięcie źródłowe baterii

ΔU - błąd bezwzględny pomiaru napięcia źródłowego baterii, wyznaczony z wzoru:

ΔU = UV - UT

δU \- błąd względny pomiaru napięcia źródłowego baterii, wyznaczony z wzoru:

δU% = ΔUΔT ∙ 100% = UV - UTUT ∙ 100%

3. Tabela wyników dla układu pomiarowego trzech szeregowo połączonych źródeł napięcia, przedstawionego na rysunku 3:

Numer pomiaru	UV	UT	Δu	δU
	[V]	[V]	[V]	[%]
1	18.50	27.00	-8.50	31.48
2	20.20	27.00	-6.80	25.19
3	25.60	27.00	-1.40	5.19

gdzie:
UV - wskazanie woltomierza
UT - wartość teoretyczna napięcia na zaciskach szeregowo połączonych baterii, zgodnie z schematem przedstawionym na rysunku 3, wyznacza się ze wzoru:

UT = E1 + E2 + E3

E1, E2, E3 - napięcia źródłowe baterii
ΔU - błąd bezwzględny pomiaru napięcia źródłowego baterii, wyznaczony z wzoru:

ΔU = UV - UT

δU \- błąd względny pomiaru napięcia źródłowego baterii, wyznaczony z wzoru:

δU% = ΔUΔT ∙ 100% = UV - UTUT ∙ 100%

4. Tabela wyników dla układu pomiarowego czterech szeregowo połączonych źródeł napięcia, przedstawionego na rysunku 4:

Numer pomiaru	UV	UT	Δu	δU
	[V]	[V]	[V]	[%]
1	33.50	36.00	-2.50	6.94
2	26.30	36.00	-9.70	26.94
3	26.80	36.00	-9.20	25.56

gdzie:
UV - wskazanie woltomierza
UT - wartość teoretyczna napięcia na zaciskach szeregowo połączonych baterii, zgodnie z schematem przedstawionym na rysunku 4, wyznacza się ze wzoru:

UT = E1 + E2 + E3 + E4

E1, E2, E3, E4 - napięcia źródłowe baterii

ΔU - błąd bezwzględny pomiaru napięcia źródłowego baterii, wyznaczony z wzoru:

ΔU = UV - UT

δU \- błąd względny pomiaru napięcia źródłowego baterii, wyznaczony z wzoru:

δU% = ΔUΔT ∙ 100% = UV - UTUT ∙ 100%

5. Tabela wyników dla układu pomiarowego przedstawionego na rysunku 5:

Numer pomiaru	W1	W2	W3	IA1	IA2	IA2	UV
				[mA]	[mA]	[mA]	[V]
1	O	O	O	0	0	0	0
2	O	O	Z	0	0	0	0
3	O	Z	O	0	0	0	8.51
4	O	Z	Z	0	38.8	38.8	7.84
5	Z	O	O	0	0	0	8.81
6	Z	O	Z	37.5	0	37.4	7.56
7	Z	Z	O	2.5	2.5	0	8.61
8	Z	Z	Z	13.3	25.8	39.2	08.01

E1 = 8.68V
E2 = 8.84V

Stan “O” lub “Z” w kolumnach W1, W2, W3 oznacza stan łącznika:
O - otwarty, czyli nie przewodzi prądu;
Z - zamknięty, czyli przewodzi prąd;

gdzie:
E1 - napięcie źródłowe baterii pierwszej;
E2 - napięcie źródłowe baterii drugiej;
W1, W2, W3 - pozycje łączników;
IA1 - wskazanie amperomierza A1;
IA2 - wskazanie amperomierza A2;
IA3 - wskazanie amperomierza A3;
UV - wskazanie woltomierza;

6. Tabela wyników dla układu pomiarowego przedstawionego na rysunku 6:

Numer pomiaru	E1	UV	IA	R
	[V]	[V]	[mA]	Ω
1	7.55	6.27	63.4	100
2	7.55	6.50	44.1	150
3	7.55	6.85	34.3	200
4	7.55	7.10	21.9	330
5	7.55	7.69	143∙10-6	56∙103

gdzie:
E - napięcie źródłowe baterii;
UV - napięcie mierzone przez woltomierz V
IA - wskazanie amperomierza A
R - rezystancja obciążenia

5. Obliczenia

1. Dla układu pomiarowego, którego schemat został przedstawiony na rysunku 1, a wyniki pomiarów w tabeli wyników w podpunkcie a), obliczenia wartości błędu bezwzględnego i względnego dla każdego pomiaru:

   ΔU - błąd bezwzględny pomiaru napięcia źródłowego baterii, wyznaczony z wzoru:

   ΔU = UV - UT

   więc:
   ΔU1 - UV1 - UT1 = 7.90 - 9.00 = -1.10 V
   ΔU2 - UV2 - UT2 = 8.48 - 9.00 = -0.52 V
   ΔU3 - UV3 - UT1 = 6.19 - 9.00 = -2.81 V
   ΔU4 - UV4 - UT1 = 8.35 - 9.00 = -0.65 V
   ΔU5 - UV5 - UT1 = 4.68 - 9.00 = -4.32 V
   ΔU6 - UV6 - UT1 = 8.84 - 9.00 = -0.16 V
   ΔU7 - UV7 - UT1 = 8.68 - 9.00 = -0.32 V

   δU - błąd względny pomiaru napięcia źródłowego baterii, wyznaczony z wzoru:

δU% = ΔUΔT ∙ 100% = UV - UTUT ∙ 100%

więc:  
	  

δU1 = ΔU1ΔT1 ∙ 100% = -1.10 9.00 ∙ 100% = 12.22%
δU2 = ΔU2ΔT2 ∙ 100% = -0.52 9.00 ∙ 100% = 5.78%
δU3 = ΔU3ΔT3 ∙ 100% = -2.81 9.00 ∙ 100% = 31.22%
δU4 = ΔU4ΔT4 ∙ 100% = -0.65 9.00 ∙ 100% = 7.22%
δU5 = ΔU5ΔT5 ∙ 100% = -4.32 9.00 ∙ 100% = 48.00%
δU6 = ΔU6ΔT6 ∙ 100% = -0.16 9.00 ∙ 100% = 1.78%
δU7 = ΔU7ΔT7 ∙ 100% = -0.32 9.00 ∙ 100% = 3.56%

2. Dla układu pomiarowego, którego schemat został przedstawiony na rysunku 2, a wyniki pomiarów w tabeli wyników w podpunkcie b), obliczenia wartości błędu bezwzględnego i względnego dla każdego pomiaru:

ΔU - błąd bezwzględny pomiaru napięcia źródłowego baterii, wyznaczony z wzoru:

ΔU = UV - UT
więc:
ΔU1 - UV1 - UT1 = 17.16 - 18.00 = -0.84 V
ΔU2 - UV2 - UT2 = 14.50 - 18.00 = -3.50 V
ΔU3 - UV3 - UT1 = 12.54 - 18.00 = -5.46 V

δU \- błąd względny pomiaru napięcia źródłowego baterii, wyznaczony z wzoru:

δU% = ΔUΔT ∙ 100% = UV - UTUT ∙ 100%
więc:
δU1 = ΔU1ΔT1 ∙ 100% = -0.84 18.00 ∙ 100% = 4.67%
δU2 = ΔU2ΔT2 ∙ 100% = -3.5 18.00 ∙ 100% = 19.44%
δU3 = ΔU3ΔT3 ∙ 100% = -5.46 18.00 ∙ 100% = 30.33%

3. Dla układu pomiarowego, którego schemat został przedstawiony na rysunku 3, a wyniki pomiarów w tabeli wyników w podpunkcie c), obliczenia wartości błędu bezwzględnego i względnego dla każdego pomiaru:

   ΔU - błąd bezwzględny pomiaru napięcia źródłowego baterii, wyznaczony z wzoru:

   ΔU = UV - UT
   więc:
   ΔU1 - UV1 - UT1 = 18.50 - 27.00 = -8.50 V
   ΔU2 - UV2 - UT2 = 20.20 - 27.00 = -6.80 V
   ΔU3 - UV3 - UT1 = 25.60 - 27.00 = -1.40 V

   δU - błąd względny pomiaru napięcia źródłowego baterii, wyznaczony z wzoru:

δU% = ΔUΔT ∙ 100% = UV - UTUT ∙ 100%
więc:
δU1 = ΔU1ΔT1 ∙ 100% = -8.50 27.00 ∙ 100% = 31.48%
δU2 = ΔU2ΔT2 ∙ 100% = -6.80 27.00 ∙ 100% = 25.19%
δU3 = ΔU3ΔT3 ∙ 100% = -1.40 27.00 ∙ 100% = 5.19%

4. Dla układu pomiarowego, którego schemat został przedstawiony na rysunku 4, a wyniki pomiarów w tabeli wyników w podpunkcie d), obliczenia wartości błędu bezwzględnego i względnego dla każdego pomiaru:

   ΔU - błąd bezwzględny pomiaru napięcia źródłowego baterii, wyznaczony z wzoru:

   ΔU = UV - UT
   więc:
   ΔU1 - UV1 - UT1 = 33.50 - 36.00 = -2.50 V
   ΔU2 - UV2 - UT2 = 26.30 - 36.00 = -9.70 V
   ΔU3 - UV3 - UT1 = 26.80 - 36.00 = -9.20 V

   δU - błąd względny pomiaru napięcia źródłowego baterii, wyznaczony z wzoru:

δU% = ΔUΔT ∙ 100% = UV - UTUT ∙ 100%
więc:
δU1 = ΔU1ΔT1 ∙ 100% = -2.50 36.00 ∙ 100% = 6.94%
δU2 = ΔU2ΔT2 ∙ 100% = -9.70 36.00 ∙ 100% = 26.94%
δU3 = ΔU3ΔT3 ∙ 100% = -9.20 36.00 ∙ 100% = 25.56%

6. Elementy wykorzystane w ćwiczeniu

• 5 rezystorów po 100Ω, 150Ω, 200Ω, 330Ω i 56kΩ;
• 7 źródeł napięcia (baterii);
• instrukcja do ćwiczenia;
• kostki połączeniowe;
• przewody łączące;
• 3 amperomierze;
• 1 woltomierz;
• 1 omomierz;
• 3 łączniki;
• długopis;
• zeszyt;

7. Wnioski

1. Na podstawie wyników pomiarów w punkcie 4 w podpunkcie a), można stwierdzić że teoretyczna wartość napięcia w źródłowego baterii, znacząco się różni od wartości wskazanej przez woltomierz;
2. Na podstawie rysunków 2, 3, 4 oraz ich tabel z wynikami zawartych w punkcie 4 w podpunktach b), c), d) potwierdzono działanie wzoru: UT = E1 + E2 … + En - wartości napięć źródłowych ułożonych szeregowo sumują;
3. Rysunek 5 oraz wyniki zawarte w tabeli w punkcie 4 w podpunkcie e), pokazują faktyczny przepływ prądu w zależności od stanu układu;
4. Na podstawie rysunku 6 wraz z wynikami w tabelce w punkcie 4 w podpunkcie f) potwierdzono działania prawa Ohma. Dla każdego kolejnego rezystora z większą rezystancją napięcie zmniejsza się wprost proporcjonalnie;