Curve caratteristiche di alcuni conduttori

Curve caratteristiche di alcuni conduttori
Scopo: utilizzando il metodo voltamperometrico, esaminare sperimentalmente il comportamento della resistenza
elettrica di alcuni conduttori, tracciandone la curva caratteristica e individuando se si tratta di conduttori ohmici
(resistenza costante) o non ohmici.
Materiale occorrente:
generatore di tensione continua (variabile mediante un reostato a cursore
utilizzato in configurazione potenziometrica); cavetti di collegamento,
interruttore; amperometro, voltmetro;
alcuni conduttori: fili metallici di materiali diversi (ferro, rame, costantana),
resistori, lampadine a incandescenza, diodo ecc.
Procedimento:
• Si costruisce il circuito collegando l’elemento circuitale (resistenza) al generatore variabile (potenziometro); si
inseriscono correttamente anche l’amperometro e il voltmetro, secondo lo schema del metodo voltamperometrico.
• Si regola la tensione, modificandola spostando il cursore del reostato. Per ciascun valore della tensione, letto sul
voltmetro, si leggono i valori dell’intensità di corrente, indicati dall’amperometro, e si riportano in una tabella.
Suggerimenti operativi:
o Il multimetro digitale (tester) può funzionare sia come voltmetro che come amperometro, tramite la selezione delle
diverse funzioni e delle relative portate che si effettua mediante apposite manopole. È uno strumento molto
delicato, pertanto deve essere utilizzato con molta attenzione. Quando viene usato come voltmetro va inserito in
parallelo al circuito, quando viene usato come amperometro va inserito in serie: bisogna fare attenzione a non
scambiare tra loro i due strumenti.
o Quando si sposta il cursore del reostato per aumentare la tensione applicata, bisogna in ogni caso evitare di far
salire l’intensità di corrente a valori tali da provocare danni al circuito. Eventualmente aprire l’interruttore per
controllare il circuito oppure, se si hanno abbastanza dati, concludere la serie di misure.
o Non scambiare le polarità nell’eseguire i collegamenti: il morsetto dello strumento contrassegnato con il segno + va
collegato al polo positivo del generatore; il morsetto contrassegnato con il segno – va collegato al polo negativo.
Eventualmente basta scambiare i cavetti di connessione dello strumento.
o In generale, specialmente quando si usano i fili metallici, è meglio far circolare la corrente solo il tempo
strettamente necessario per eseguire le misure. Durante tutte le altre operazioni (cambio della tensione,
annotazione dei valori misurati ecc.) conviene tenere aperto l’interruttore. In questo modo, si evita il riscaldamento
della resistenza e si può assumere che l’esperimento avvenga a temperatura costante. Se le letture degli strumenti
non sono stabili, prima di segnare il valore della misura bisogna aspettare che si stabilizzino (eventualmente se ne
tenga conto nell’incertezza).
o Durante la raccolta delle misure relative alla lampadina è importante individuare la tensione di accensione della
lampadina, cioè la tensione alla quale si comincia a vedere un po’ di luce. Eseguire un numero abbastanza elevato
di misure sia nell’intervallo compreso tra zero e la tensione di accensione sia in quello compreso tra la tensione di
accensione e quella di funzionamento. Per non danneggiare la lampadina, non fornirle una tensione di
alimentazione superiore a quella di normale funzionamento, in pratica quando sembra che diventi troppo luminosa,
conviene concludere la serie di misure.
Elaborazione dei dati:
Per ciascuno dei conduttori studiati, analizza i dati secondo la traccia seguente, aggiungendo liberamente tutte le
osservazioni e considerazioni che ritieni opportune.
o Riporta le misure eseguite in una tabella a tre colonne: tensione (V), intensità di corrente (A), resistenza (Ω)
o Riporta in un grafico i punti sperimentali individuando la relazione tra la tensione e l’intensità di corrente (curva
caratteristica). Se i punti non sono allineati traccia manualmente una possibile curva interpolatrice.
o Se le due grandezze (tensione e corrente) risultano direttamente proporzionali il conduttore segue la legge di Ohm,
quindi nella terza colonna della tabella calcola il valore della resistenza, eseguendo il rapporto tra la tensione e la
corrispondente intensità di corrente. Determina il valore della resistenza, comprese le incertezze. Il valore della
resistenza risulta costante, nei limiti delle incertezze sperimentali?
o Nel caso della lampadina, determina il valore della resistenza differenziale per valori della tensione inferiori a
quella di accensione e per valori della tensione attorno alla tensione di normale funzionamento. Prova ad
individuare un motivo per cui la resistenza non è costante (in fondo anche il filamento della lampadina dovrebbe
comportarsi come un filo metallico…).