De Wet van Ohm

Datum: Maart 2018

Inleiding:

Een experiment waarvan je denkt waarom heb ik het niet eerder gedaan maar dat je dan doet omdat leuk is om met een LabQuest uit te voeren. Het is ook een van die experimenten dat de essentie van wetenschap laat zien, wie het ook doet, waar je het ook doet, je krijgt altijd dezelfde resultaten.

Principe:

M.b.v. een rheostaat, een voedingsbron, een voltmeter en een ampère meter laten we zien dat de wet van Ohm nog steeds klopt.

Materiaal:

 
  • Rheostaat
  • Vernier Labquest 2
  • Laboratorium voeding
    (Gophert CPS-3205)
  • Vernier Stroomsterkte Sensor
  • Vernier Spannings Sensor
  • Kabels
  • USB stick
  • PC met Excel (data-analyse) en Logger Lite.
  • Koolweerstanden
    - 1 Ohm
    - 10 Ohm
    - 12 Ohm
    - 32.7 Ohm

Opstelling & uitvoering:
  • Bouw de schakeling op zoals weergegeven in nevenstaand schema en in onderstaande foto.
  • Let erop dat de voedingsbron uitstaat.
  • Stel de voedingsbron in op een Amperage van 600 mA (dit is het maximum Amperage voor de stroom sterkte sensor)
  • Verbindt de Stroom Sensor met Kanaal 1 en de Spannings sensor met Kanaal 2 van de LabQuest 2.
  • Start de LabQuest 2 op.
  • Deze laat de meetwaardes van de sensoren zien.
  • Selecteer Sensors - Data Collection
  • Selecteer als Mode: Selected Events
  • Switch naar de Grafiek
  • Selecteer Graph - Graph Options
  • Stel de X-as in op "Current", "Autoscale from 0", Rechts: 1
  • Stel de Y-as in op "Potential", "Autoscale from 0", Top: 6
  • Selecteer "Show Graph", "Graph 1"
  • Switch naar Het Sensor scherm
  • Selecteer "Sensors", "Zero", All Sensors"
  • Switch naar het "Graph" scherm
  • Zet de voeding aan, let erop dat het voltage op "0" staat
  • Start het experiment door op de groene start knop te drukken
  • Bewaar de eerste meetwaarde (0,0) door op "Keep" te drukken
  • Verhoog de voedingsbron met 0.5 V, en druk weer op "Keep"
  • Herhaal dit totdat een waarde van 5 V is ingesteld of een waarde van 600 mA gemeten wordt
  • Stop dan het experiment
  • Selecteer "Analyze" en vervolgens "Curve Fit"
  • Selecteer "Linear".
  • Check hellingshoek en correlatiecoefficient
  • Sla het experiment op door op "File"en "Save" te klikken.
  • Sla het experiment op op de USn stick voor verdere verwerking.
  • Herhaal deze handelingen met de Rheostaat in Max weerstand (10 Ohm) en
  • Voer een experiment uit met de Rheostaat ingesteld op een lagere waarde.
  • Steek de USb stick in een PC en kopieer de opgeslagen files naar de computer
  • Open "Logger Lite" of "Logger Pro" en lees een resultaat file in.
  • Men kan nu dezelfde bewerking uitvoeren als op de LabQuest maar men kan ook de resultaten exporteren en vervolgens inlezen in Excel voor verdere verwerking
Resultaten:
Grafische analyse van de meetresulaten
  • Rheostaat
  • Weerstand maximaal, 10 Ohm
  • Hellingshoek: 9.5
  • Correlatiecoëfficiënt: 1

     
  • In dit geval hebben we het experiment twee keer uitgevoerd en dezelfde resultaten verkregen.
  • Koolweerstand 1 Ohm
  • Hellingshoek: 0.86
  • Correlatiecoëfficiënt: 0.9999

 
  • Het experiment is afgebroken omdat een waarde van 600 mA gemeten werd.

 
  • Koolweerstand 10 Ohm
  • Hellingshoek: 9.5
  • Correlatiecoëfficiënt: 0.9998

 
  • Koolweerstand 12 Ohm
  • Hellingshoek: 11.4
  • Correlatiecoëfficiënt: 0.9997
    •

 
  • Koolweerstand 32.6 Ohm
  • Hellingshoek: 31.5
  • Correlatiecoëfficiënt: 0.9997
    •

 
  • Rheostaat
  • Weerstand <  10 Ohm
  • Hellingshoek: 7.2
  • Correlatiecoëfficiënt: 1

 

Discussie:

In al de uitgevoerde experimenten kunnen we een lineaire relatie waarnemen tussen de spanning en de stroomsterkte die we over een weerstand gemeten hebben.

Ook kunnen we waarnemen dat de hellingshoek van deze relatie overeenkomt met de weerstandswaarde.

Men kan dan concluderen dat de spanning U "(in V) (in A) over een elektrische component varieert samen met de stroomsterkte I volgens een vaste relatie: U = I * R
Hierin is R (in Ohm) de weerstand van deze elektrische component.

In nevenstaande grafiek kunnen we ook waarnemen dat niet alle plotlijnen netjes door nul  gaan. Deze afwijkingen kunnen we toekennen aan meetfouten.
 
Van deze relatie kan men dan weer gebruik maken door m.b.v. een V, I meting de weerstandswaarde van een onbekende weerstand te bepalen zoals we uitgevoerd hebben in ons laatste experiment.

Ohm voerde deze experimenten uit met een draad. De Rheostaat is in fe6e ook een draad, alleen zit deze opgerold.
 
De ohm (symbool: Ω, de Griekse hoofdletter omega) is de afgeleide SI-eenheid voor elektrische weerstand. De ohm is de elektrische weerstand tussen twee punten van een homogene geleider als bij een constant potentiaalverschil van 1 volt tussen die punten een constante stroom van 1 ampère ontstaat. Uitgedrukt in SI-eenheden: 1 Ω = 1 kgm2A−2s−3.

Conclusies:

  • De spanning U "(in V) (in A) over een elektrische component varieert samen met de stroomsterkte I volgens een vaste relatie: U = I * R Hierin is R (in Ohm) de weerstand van deze elektrische component.
  • De Wet van Ohm klopt nog altijd.

Literatuur:

  • R.J. Flink; "Elektricteitsleer"; Nijgh & Van Ditmar; 1ste druk; 1992; ISBN 902360673; p. 6-13. 
  • Raymond A. Serway and Jerry S. Faughn; "College Physics"; Thomson; 6th Ed; 2003; ISBN 0030351146; p. 536, 537.
  • Richard T. Weitner and Robert L. Sells; Elementary Classical Physics Volume 2; Allyn And Bacon; 2nd Ed.; 1973 (1965); ISBN 020503598; p. 541-548.
Relevante websites: Minder relevante websites:

Opmerkingen:

  • Een Labquest 2 is natuurlijk niet essentieel. Met elke andere datalogger of nog eenvoudiger met twee multimeter kan men ook het experiment uitvoeren
  • Logger Lite kan men gratis downloaden van de Vernier website.
  • Dataverwerking kan men ook op de LabQuest 2 doen. Ik vind de door mij beschreven methode echter comfortabeler.
  • De resultaten zijn opgeslagen in de Excel file: Resultaten.xls

Achtergrondinformatie:

De fundamentele relatie tussen stroom, spanning en weerstand is ontdekt door Georg Simon Ohm. Om zijn bijdrage te eren is de eenheid van elektrische weerstand naar hem genoemd.

De Duitse natuurkundige George Simon Ohm (1789-1854) werd geboren in Erlngen. Ohm toonde in 1826 aan, dat de stroomsterkte in een draad rechtevenredig is met de aangelegde spanning en omgekeerd evenredig is met de weerstand van een draad.  George Ohm verrichtte ook baanbrekend werk op het gebied van de akoestiek. Vanaf 1833 werkte George Ohm in Neurenberg en in 1850 werd hij tot professor benoemd in München. In 1854 overleed Ohm te München.

20/03/2018