Relazione laboratorio di fisica

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1 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

2 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 V A e V B 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. L intensità di corrente si misura in Ampere (A) = Q t 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) 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

3 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.

4 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

5 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.

6 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:

7 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

8 L errore di misura per la resistenza equivale alla somma tra * 0,0023*0,0027 0,005 Essendo allora si ottiene che,1,180,005-"ω 2.6 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.

9 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;

10 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:

11 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 Non c è passaggio di corrente C è passaggio di corrente C è passaggio di corrente C è passaggio di corrente 3.6 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.