I Circuiti Elettrici_RelazioneLaboratorioFisica

Relazione laboratorio di fisica
I CIRCUITI ELETTRICI
A.A 2014/2015
Gruppo:
Jessica Deidda , Pamela Depau , Eleonora Ibba
Giulia Murgia, Ida Piroddi, Alice Pisanu,
Claudia Soro, Giorgia Tegas
La seguente relazione è nata con l’intento di approfondire e riflettere sugli argomenti sviluppati
durante i due incontri dell’11/12/2014 e del 15/12/2014. Tali incontri avevano lo scopo di
presentarci in maniera concreta e pratica il mondo dei circuiti elettrici.
Prima di passare alla descrizione completa dell’esperienza è necessario soffermarci qualche
minuto sugli aspetti teorici che costituiranno il filo conduttore dell’intero percorso.
1. DEFINIZIONI
1.1
Differenza di potenziale
Si definisce differenza di potenziale elettrico (∆V) tra due punti A e B la differenza tra i loro
potenziali:
∆ =
−
dove VA e VB sono rispettivamente i potenziali elettrici nei punti A e B.
La differenza di potenziale si misura in Volt = V
1.2
Intensità di corrente
Si definisce intensità della corrente elettrica (i) il rapporto tra la quantità di carica ∆Q, che
attraversa la sezione trasversale di un conduttore in un intervallo di tempo ∆t, e questo stesso
intervallo di tempo ∆t.
=
∆Q
∆t
L’intensità di corrente si misura in Ampere (A)
1.3
Resistenza
Si definisce Resistenza elettrica una grandezza che misura la tendenza di un corpo ad opporsi al
passaggio di una corrente elettrica, quando sottoposto ad una tensione elettrica. Questa
opposizione dipende dal materiale con cui è realizzato, dalle sue dimensioni e dalla sua
temperatura.
La resistenza elettrica si misura in Ohm (Ω).
1.4
1° Legge di Ohm
La prima legge di Ohm mette in relazione le tre grandezze viste in precedenza e ci dice che: in un
conduttore metallico l'intensità di corrente (a temperatura T costante) è direttamente
proporzionale alla tensione applicata ai suoi capi e inversamente proporzionale alla resistenza del
conduttore.
Analiticamente la 1°legge di Ohm può essere espresse nel seguente modo:
=
Formule inverse:
∆ =
∗
;
=
∆
∆
2. PRIMO ESPERIMENTO
2.1
IPOTESI
In un circuito chiuso, la resistenza misurata e quella calcolata è all’incirca la stessa. La differenza
tra le due misure deve rientrare nel range degli errori di misura.
2.2
NOZIONI PRELIMINARI
Misure dirette: sono tutte le misure ottenute dalla lettura di uno strumento. Per esempio la
lunghezza di un'asta, che si misura con il metro, o la durata di un fenomeno fisico, misurabile con il
cronometro. Gli strumenti di misura possono essere analogici o digitali. Uno strumento si
dice analogico, se il valore della misura si legge su una scala graduata. Uno strumento si
dice digitale, se il valore della misura appare come una sequenza di cifre su un display.
Gli strumenti di misura possiedono quattro caratteristiche:
1. precisione: indice della qualità di uno strumento (misurando più volte la stessa grandezza,
si devono ottenere risultati il più possibile vicini l'uno all'altro)
2. portata: è il più grande valore della grandezza fisica che lo strumento può misurare
3. sensibilità: è il più piccolo valore o la più piccola variazione della grandezza fisica che lo
strumento può misurare
4. prontezza: è la rapidità con cui lo strumento risponde a una variazione della quantità da
misurare
Misure indirette: sono quelle in cui il valore della grandezza misurata viene ricavato tramite
operazioni matematiche a partire da grandezze diverse. Esempi sono la pressione atmosferica
misurata attraverso la lunghezza di una colonnina di mercurio o la temperatura di un ambiente
misurata attraverso la resistenza di un componente elettronico.
2.3
OBIETTIVO DELL’ESPERIMENTO
L’obiettivo che ci si è prefissati è quello di costruire un circuito chiuso, in cui ci sia effettivamente
passaggio di corrente, e dimostrare che la resistenza calcolata e misurata coincidano o i valori
ottenuti si avvicinino.
2.4
STRUMENTI E MATERIALI
Gli strumenti utilizzati durante l’esperimento sono di seguito descritti:
Breadboard o anche detta basetta sperimentale.
È uno strumento utilizzato per creare prototipi di
circuiti elettrici. Consiste in una base in plastica
con numerosi fori nei quali inserire i reofori.
Nella breadborad le parti laterali presentano un
collegamento interno verticale, mentre nelle
parti centrali il collegamento interno si
propaga per via orizzontale.
Multimetro.
Un multimetro o semplicemente tester è
uno strumento di misura elettrico che
integra diverse funzioni, definite "campi di
misura", in un'unica unità. Nel multimetro
è permessa la misurazione di:
• Tensione elettrica continua
• Tensione elettrica alternata sinusoidale
• Corrente elettrica continua
• Corrente elettrica alternata sinusoidale
• Resistenza elettrica
Diodi led lampeggianti.
Il diodo è un componente elettronico
la cui funzione ideale è quella di permettere
il flusso di corrente elettrica in un verso e di
bloccarla totalmente nell’altro.
Resistori.
Il resistore, anche chiamato impropriamente
resistenza per metonimia, è un tipo di
componente
elettrico destinato a fornire una specifica
resistenza elettrica al passaggio
della corrente elettrica.
Cavi elettrici.
Il cavo è un componente elettrico
la cui funzione è la trasmissione di
corrente elettrica per il trasporto di energia
elettrica.
Generatore di corrente.
Un generatore di corrente è un bipolo che
mantiene una corrente elettrica fra i suoi capi.
Connettori a coccodrillo.
Un connettore elettrico è un
dispositivo che serve a unire diversi
circuiti elettrici. Il connettore a coccodrillo
viene utilizzato quando si ha bisogno
di un connettore temporaneo.
2.5
DESCRIZIONE DELL’ESPERIMENTO
Come primo passaggio ci siamo dedicate all’assemblaggio del circuito:
Come si evince dall’immagine sovrastante abbiamo preso una breadboard e vi abbiamo collegato
in serie un resistore, un diodo e un cavetto elettrico.
Successivamente abbiamo alimentato il circuito con un generatore di corrente, creando così una
differenza di potenziale tra i due punti.
Il secondo passo dell’esperimento ha riguardato la misurazione diretta della differenza di
potenziale e dell’intensità di corrente tramite il multimetro.
I risultati ottenuti sono di seguito indicati:
MISURA DIFFERENZA DI POTENZIALE:
∆ = 4,40
con multimetro posizionato su V20
Considerando che la sensibilità dello strumento è pari a ± 0,01 possiamo calcolare l’errore di
misura dato da:
∆
,
=
,
= 0,0023
MISURA INTENSITÀ DI CORRENTE:
= 3,64
con multimetro posizionato su 20 mA
Considerando che la sensibilità dello strumento è pari a ± 0,01 possiamo calcolare l’errore di
misura dato da:
=
,
,
= 0,0027
Il terzo passo consiste nella misurazione indiretta della resistenza, questa si ottiene facendo il
rapporto tra i valore misurato della differenza di potenziale e il valore misurato dell’intensità di
corrente:
∆
=
=
∆
=
4,40
= 1,208 "Ω
3,64
Come ultimo passo dell’esperimento abbiamo proceduto alla misurazione diretta della resistenza
mediante il multimetro posizionato su 20 KΩ, ottenendo il seguente risultato :
$ %&'()(
= 1,18 Ω
L’errore di misura per la resistenza equivale alla somma tra
∆
Essendo
2.6
∆
*
allora si ottiene che ∆
0,0023 * 0,0027
0,005
,1,18 0,005-"Ω
CONCLUSIONI
Dai risultati ottenuti è possibile affermare che l’obiettivo dell’esperimento è stato raggiunto in
quanto è stato verificato l’effettivo passaggio di corrente nel circuito e i valori della resistenza
ottenuti tramite le misurazioni dirette e indirette sono stati pressoché uguali.
3. SECONDO ESPERIMENTO
3.1
IPOTESI
L’ipotesi di partenza è che i circuiti in serie e quelli in parallelo possano trovare una
corrispondenza nel linguaggio logico, in particolare nella logica Booleana.
3.2
NOZIONI PRELIMINARI
Per poter procedere correttamente con l’esperimento, occorre avere chiari i concetti riguardanti i
circuiti in serie e in parallelo. Infatti i componenti di un circuito elettrico possono essere collegati
fra loro in serie oppure in parallelo.
Si parla di collegamento in SERIE quando due o più componenti sono collegati in modo da formare
un percorso unico per la corrente elettrica che li attraversa.
Si parla di collegamento in PARALLELO quando i componenti sono collegati ad una coppia di
conduttori in modo che la tensione elettrica sia applicata a tutti quanti allo stesso modo.
3.3
OBIETTIVI
L’obiettivo che ci si è prefissati di compiere con gli esperimenti è quello di:
- Costruire un circuito in serie, precisamente un circuito AND, che trovi corrispondenza nelle
tavole della verità della congiunzione;
- Costruire un circuito in parallelo, precisamente un circuito OR, che trovi corrispondenza
nelle tavole della verità della disgiunzione inclusiva.
3.4
STRUMENTI E MATERIALI
Gli strumenti e i materiali utilizzati sono gli stessi dell’esperimento precedente. Riassumendo
abbiamo utilizzato:
- Una Breadboard o basetta sperimentale;
- Un multimetro;
- Cavetti elettrici;
- Diodi a led lampeggianti;
- Resistori;
- Connettori a coccodrillo;
- Generatore di corrente elettrica;
3.5
DESCRIZIONE DELL’ESPERIMENTO
Per prima cosa abbiamo analizzato il circuito AND, paragonabile ad un circuito con due interruttori
in serie, riproducendo tutti i vari casi di seguito indicati e cercato la sua corrispondenza nella
tavola della verità della congiunzione:
Quando int A= 0 (aperto) int B= 0 (aperto) uscita= 0
Quando int A= 1 (aperto) int B= 0 (aperto) uscita= 0
Quando int A= 0 (aperto) int B= 1 (aperto) uscita= 0
Quando int A= 1 (aperto) int B= 1 (aperto) uscita= 1
Non c’è passaggio di corrente
Non c’è passaggio di corrente
Non c’è passaggio di corrente
C’è passaggio di corrente
Secondariamente abbiamo analizzato il circuito OR, paragonabile ad un circuito con due
interruttori in parallelo, riproducendo tutti i vari casi di seguito indicati e cercato la sua
corrispondenza nella tavola della verità della disgiunzione inclusiva:
Quando int A= 0 (aperto) int B= 0 (aperto) uscita= 0
Quando int A= 1 (aperto) int B= 0 (aperto) uscita= 1
Quando int A= 0 (aperto) int B= 1 (aperto) uscita= 1
Quando int A= 1 (aperto) int B= 1 (aperto) uscita= 1
3.6
Non c’è passaggio di corrente
C’è passaggio di corrente
C’è passaggio di corrente
C’è passaggio di corrente
CONCLUSIONI
Riproducendo tutti i casi descritti in precedenza con il materiale in nostro possesso, abbiamo
verificato che tali condizioni sussistevano e che i due circuiti rispecchiano le tavole della verità.