Vermogensdissipatie in weerstanden meten: Hands-on experiment met Joules Wet

ONDERDELEN EN MATERIALEN

• Rekenmachine (of potlood en papier voor rekenkunde)
• 6V batterij
• Twee ¼-watt weerstanden: 10 Ω en 330 Ω (±5% tolerantie)
• Kleine thermometer (medisch of infrarood)

Exacte weerstandswaarden zijn niet kritisch; houd ze binnen ±5% (±0,5 Ω voor de 10 Ω, ±16,5 Ω voor de 330 Ω). De kleurcodes zijn Bruin-Zwart-Zwart-Goud (10 Ω) en Oranje-Oranje-Bruin-Goud (330 Ω).

Alleen een 6V batterij mag gebruikt worden. De thermometer moet compact zijn om snelle verhitting te detecteren.

KRUISVERWIJZINGEN

Lessons In Electric Circuits, Volume 1, Hoofdstuk 2: Ohm's Law

LEERDOELEN

• Voltmeter, amperemeter en ohmmeter gebruiken
• Joules Wet toepassen om vermogen te berekenen
• Component vermogenswaarden begrijpen
• Elektrisch gemeenschappelijke punten in een circuit herkennen

SCHEMA DIAGRAM

ILLUSTRATIE

INSTRUCTIES

1. Meet de weerstand van elke weerstand met een ohmmeter; noteer de exacte waarden.

2. Verbind de 330 Ω weerstand met de 6V batterij met kabeltjes, bevestig de draden eerst aan de weerstandsterminals om aanraking van een levend component te vermijden.

3. Met de circuit aangedreven, gebruik een voltmeter om de batterijspanning over de weerstand te bevestigen. Omdat de weerstand en batterij dezelfde twee knopen delen, is de spanning over de weerstand gelijk aan de batterijspanning.

4. Meet de stroom met een amperemeter in het circuitpad ingevoegd. Maak een onderbreking in de draad, plaats de amperemeter tussen de open uiteinden, en herstel de circuit.

5. Noteer spanning, stroom en weerstand. Bereken dan het vermogen met een van de volgende vormen van Joules Wet:

Met een 6,0V bron en een 330 Ω weerstand is het verwachte vermogen 0,109 W (109 mW), comfortabel onder de 0,25W waarde van de weerstand. De weerstand zou merkbaar opwarmen maar niet oververhit raken.

6. Raak de thermometer aan het midden van de weerstand om de temperatuurstijging te observeren.

VEILIGE PRAKTIJK

Bij het wisselen van weerstanden, ontkoppel de circuit voordat je een nieuwe weerstand installeer. Vervang de 330 Ω door de 10 Ω weerstand en herstel de verbinding. De 10 Ω weerstand dissipeert ~3,6 W – meer dan 14 keer zijn 0,25W waarde – dus het zal snel opwarmen. Houd het weg van brandbare materialen.

Als de weerstand begint te roken, verbreek de circuit onmiddellijk, laat het afkoelen, en meet dan de weerstand opnieuw. Een beschadigde weerstand toont vaak een hogere weerstand, wat de stroom en vermogen kan verminderen, wat een zelfbeschermend effect geeft.

GERELATEERDE WERKBLADEN

• Energie, Werk en Vermogen Werkblad