View difference between Paste ID: VtqiwERF and yMD5pV1s
SHOW: | | - or go back to the newest paste.
1
\documentclass{article}
2-
\caption{Titel van de tabel}
2+
\usepackage
3
	[dutch]
4-
\begin{tabular}{|c|c|} %voeg meer c| 's toe voor extra kolommen
4+
	{babel}
5
\usepackage[utf8]{inputenc}
6-
Kolomhoofd 1 &  Kolomhoofd 2\\
6+
\usepackage{hyperref}
7-
\hline						%telkens als je een horizontale lijn wil moet je \hline doen
7+
\usepackage{pdfpages}
8-
waarde1 	& 	waarde2\\
8+
\usepackage{graphicx}
9-
waarde3 	& 	waarde4\\
9+
\date{21 maart 2012}
10-
waarde5 	& 	waarde6\\
10+
\author{Thomas Rosseel, Ward Lanssens}
11-
waarde7 	& 	waarde8\\
11+
\title{Practicum elektromagnetisme: Gelijkstroomnetwerken - verslag}
12
\begin{document}
13
\maketitle
14-
\label{tab: naamVanTabel}
14+
\newpage
15
\tableofcontents
16-
\end{table}
16+
\newpage
17
\section{Doelstelling}
18
De doelstelling van dit eerste practicum is het inoefenen van de wetten van Ohm en Kirchhoff, 
19
Eerst worden de waarden theoretisch berekend met behulp van deze wetten, waarna gepoogd wordt deze experimenteel te bevestigen.
20
\section{Theorie}
21
\subsection{De wet van Ohm}
22
De wet van Ohm beschrijft een rechtlijnig verband tussen 3 veranderlijken: weerstand, potentiaalverschil en stroomsterkte.
23
\begin{equation}
24
R = \frac{U}{I}
25
\end{equation}
26
Hierbij is R de door Ohm geïntroduceerde grootheid Weerstand, U het potentiaalverschil en I de stroomsterkte.
27
Deze weerstand is een eigenschap van het systeem.
28
\subsection{De wetten van Kirchhoff}
29
Kirchhoff introduceerde twee wetten in verband met elektrische circuits.
30
In zijn eerste wet bepaalde hij dat de som van alle stromen in een knooppunt gelijk is aan nul.
31
In zijn tweede wet wordt gesteld dat de som van de spanningen in een gesloten circuit (lus) gelijk is aan nul.
32
\subsection{Meetfouten}
33
Een meettoestel slaagt er niet in om exacte waarden te meten. Hiertoe wordt op een toestel altijd een meetfout aangeduid.
34
De meeste van de gemeten waarden liggen in een interval rond de werkelijke waarde, met als breedte de meetfout.
35
Voor de standaardbewerkingen bestaan er doorwerkingsregels om te rekenen met deze fouten.
36
Als Z in functie staat van X en Y, dan kan in het algemeen de volgende formule toegepast worden:
37
\begin{equation}
38
\delta Z = \sqrt{\left(\frac{\partial f}{\partial X}\right)^2(\delta X)^ + \left(\frac{\partial f}{\partial X}\right)^2(\delta Y)^2}
39
\end{equation}
40
\section{Experimenten}
41
\subsection{Weerstandsmeting}
42
\subsubsection{Werkwijze}
43
Met een multimeter meten we de weerstandswaarden van een aantal weerstanden. Daarna worden deze ook bepaald met behulp van de kleurencode.
44
Vervolgens meten we ook voor een serie- en een parallelschakeling van drie weerstanden de totale weerstand, en vergelijken we deze met de in de voorbereidende opdrachten berekende waarde.
45
Vervolgens plaatsen we de bron over een lampje en laten we de spanning variëren, waarbij telkens de stroom wordt gemeten. Hierbij maken we een grafiek van I en V (resp. $\log I$, $\log V$)
46
\subsubsection{Resultaten}
47
De gemeten waarden van de weerstanden zijn weergegeven in tabel \ref{tab: weerstanden}
48
\begin{table}[htdp!]
49
\caption{De weerstandswaarden}
50
\begin{center}
51
\begin{tabular}{|c|c|c|}
52
\hline
53
&gemeten weerstand ($\Omega$) & kleurencode ($\Omega$)\\
54
\hline
55
$R_1$	&	$(278,8 \pm 1,4)$ 	&	$(270 \pm 14)$\\
56
$R_2$	&	$(99,8 \pm 0,5)$	&	$(100 \pm 5)$\\
57
$R_3$	&	$(80,5 \pm 0,4)$	&	$(82 \pm 4)$\\
58
$R_4$	&	$(471,0 \pm 2,0)$	&	$(470 \pm 24)$\\
59
$R_5$	&	$(808 \pm 3,4)$		&	$(820 \pm 42)$\\
60
\hline
61
\end{tabular}
62
\label{tab: weerstanden}
63
\end{center}
64
\end{table}
65
De meetwaarden voor een serie- en een parallelschakeling met drie van deze weerstanden worden gegeven in respectievelijk tabel \ref{tab: weers_serie} en tabel \ref{tab: weers_para}
66
\begin{table}[htdp!]
67
\caption{De weerstand in serie}
68
\begin{center}
69
\begin{tabular}{|c|c|c|}
70
\hline
71
Theoretische R ($\Omega$) &  Experimentele R($\Omega$)\\
72
\hline
73
$(1372 \pm 68,60)$ 	&	$(1429 \pm 6)$\\
74
\hline
75
\end{tabular}
76
\label{tab: weers_serie}
77
\end{center}
78
\end{table}
79
\begin{table}[htdp!]
80
\caption{De weerstand in parallel}
81
\begin{center}
82
\begin{tabular}{|c|c|c|}
83
\hline
84
Theoretische R ($\Omega$) &  Experimentele R($\Omega$)\\
85
\hline
86
$(64,3 \pm 3,2)$ 	&	$(63,4 \pm 0,7)$\\
87
\hline
88
\end{tabular}
89
\label{tab: weers_para}
90
\end{center}
91
\end{table}
92
93
Op basis van deze twee tabellen kunnen we besluiten dat we de wetten voor het optellen van weerstanden in parallel en serie correct hebben toegepast.
94
95
De metingen van de stroom en spanning over een lampje zijn opgesomd in tabel \ref{tab: lampje}
96
\begin{table}[htdp!]
97
\caption{De stroom en spanning over/door een lampje}
98
\begin{center}
99
\begin{tabular}{|c|c|}
100
\hline
101
U ($V$) &  I ($A$)\\
102
\hline
103
$(0,985 \pm 0,002)$ 	&	$(0,01255 \pm 0,0001)$\\
104
$(1,966 \pm 0,002)$	&	$(0,0182 \pm 0,0001)$\\
105
$(3,06 \pm 0,02)$	&	$(0,02347 \pm 0,0001)$\\
106
$(4,07 \pm 0,02)$	&	$(0,0277 \pm 0,0001)$\\
107
$(4,99 \pm 0,02)$	&	$(0,03133 \pm 0,0001)$\\
108
$(6,04 \pm 0,02)$	&	$(0,03512 \pm 0,0001)$\\
109
$(6,69 \pm 0,02)$	&	$(0,03819 \pm 0,0001)$\\
110
$(7,86 \pm 0,02)$	&	$(0,0411 \pm 0,0001)$\\
111
$(9,01 \pm 0,02)$	&	$(0,0448 \pm 0,0001)$\\
112
\hline
113
\end{tabular}
114
\label{tab: lampje}
115
\end{center}
116
\end{table}
117
We kunnen uit deze twee grafieken niet besluiten of het verband lineair of logaritmisch is, aangezien alletwee de grafieken een rechtlijnig verband aanduiden.
118
\begin{figure}
119
\centering
120
\includegraphics[scale=0.60]{grafPracticumGelijkstroomNetwerkenRosseelLanssens}
121
	\caption{I-U karakteristiek}
122
	\label{fig: grafIU}
123
\end{figure}
124
\begin{figure}
125
\centering
126
\includegraphics[scale=0.60]{logGrafPracticumGelijkstroomNetwerkenRosseelLanssens}
127
	\caption{I-U karakteristiek (logaritmische schaal)}
128
	
129
	\label{fig: grafIUlog}
130
\end{figure}
131
132
\subsection{Serieschakeling}
133
\subsubsection{Eigenschappen van serieschakeling}
134
In een serieschakeling gelden de volgende eigenschappen:
135
\begin{enumerate}
136
\item De stroom door alle weerstanden is gelijk
137
\item De spanning verdeelt zich over alle weerstanden
138
\item De totale weerstand is gelijk aan de som van de weerstanden.
139
\begin{equation}
140
R_{eq} = \sum_0^n R_i
141
\end{equation}
142
\end{enumerate}
143
\subsubsection{Werkwijze}
144
We maken de schakeling zoals weergegeven in figuur \ref{fig: serie}, en stellen de bron in op 5 Volt.
145
We berekenen vervolgens de spanning over de weerstanden, en de stroom in de punten A, B en C.
146
Daarna vergelijken we de gemeten waarden met de berekende waarden.
147
\begin{figure}
148
\centering
149
\includegraphics{Serieschakeling_figuur}
150
	\caption{Serieschakeling}
151
	\label{fig: serie}
152
\end{figure}
153
\subsubsection{Resultaten}
154
De metingen van de stroom en spanning door verschillende weerstanden die we in serie geschakeld hebben zij terug te vinden in respectievelijk tabel \ref{tab: stroom_serie} en tabel \ref{tab: span_serie}.
155
Op basis van deze gegevens en de wet van Ohm kunnen we de weerstandswaarde berekenen van de weerstanden. Deze is samen met de weerstandswaarde volgens de kleurencode opgelijst in tabel \ref{tab: vgl_serie}.
156
De berekende waarden wijken sterk af van de waarden van de kleurencode. Dit zou enerzijds te wijten kunnen zijn aan meetfouten, en anderszijds aan een defect aan de weerstanden. De meetwaarden van de parallelschakeling spreken dit tweede echter tegen.
157
158
Voor de stroom en spanning berekende we volgende waarden:
159
160
$
161
I = \frac{5}{R_1 + R_2 + R_3} = 0,00364 A\\
162
\\
163
U_{R_1} = R_1 \cdot \frac{5}{R_1 + R_2 + R_3} = 1,71\\
164
U_{R_2} = R_2 \cdot \frac{5}{R_1 + R_2 + R_3} = 2,98\\
165
U_{R_3} = R_3 \cdot \frac{5}{R_1 + R_2 + R_3} = 0,298\\
166
$
167
168
De juistheid van deze formules wordt, behalve voor de spanning over weerstand R1, bevestigd door de gemeten waarden.
169
\begin{table}[htdp!]
170
\caption{Stroom in verschillende punten (serieschakeling)}
171
\begin{center}
172
\begin{tabular}{|c|c|}
173
\hline
174
punt  &  I ($A$)\\
175
\hline
176
$A$ 	&	$(0,00361 \pm 0,00001)$\\
177
$B$	&	$(0,00368 \pm 0,00001)$\\
178
$C$	&	$(0,00367 \pm 0,00001)$\\
179
\hline
180
\end{tabular}
181
\label{tab: stroom_serie}
182
\end{center}
183
\end{table}
184
\begin{table}[htdp!]
185
\caption{Spanning over verschillende weerstanden (serieschakeling)}
186
\begin{center}
187
\begin{tabular}{|c|c|}
188
\hline
189
Weerstand  &  U ($V$)\\
190
\hline
191
$R_1$ 	&	$(2,047 \pm 0,004)$\\
192
$R_2$	&	$(2,809 \pm 0,004)$\\
193
$R_3$	&	$(0,2715 \pm 0,0004)$\\
194
\hline
195
\end{tabular}
196
\label{tab: span_serie}
197
\end{center}
198
\end{table}
199
\begin{table}
200
\begin{center}
201
\caption{Vergelijking tussen berekende waarden en kleurencode (serieschakeling)}
202
\begin{tabular}{|c|c|c|}
203
\hline
204
Weerstand & Kleurencode $R$ $(\Omega)$ & Gemeten $R$ $(\Omega)$\\
205
\hline
206
$R_1$ & $(470 \pm 24)$ & $(567 \pm 0,003)$\\
207
$R_2$ & $(820 \pm 41)$ & $(763 \pm 0,003)$\\
208
$R_3$ & $(82 \pm 4)$ & $(74 \pm 0,003)$\\
209
\hline
210
\end{tabular}
211
\label{tab: vgl_serie}
212
\end{center}
213
\end{table}
214
\subsection{Parallelschakeling}
215
\subsubsection{Eigenschappen van een parallelschakeling}
216
In een parallelschakeling gelden de volgende eigenschappen:
217
\begin{enumerate}
218
\item De stroom verdeelt zich over de weestanden
219
\item De spanning door alle weerstanden is gelijk
220
\item De reciproke van de totale weerstand is gelijk aan de som van de reciproken van de weerstanden.
221
\begin{equation}
222
\frac{1}{R_{eq}} = \sum_0^n \frac{1}{R_i}
223
\end{equation}
224
\end{enumerate}
225
\subsubsection{Werkwijze}
226
Opnieuw maken we de schakeling zoals weergegeven in figuur \ref{fig: parallel}, en stellen we de bron in op 5 Volt.
227
Ook hier meten we over de weerstanden de spanning, en meten we de stroom op 3 plaatsen in het circuit.
228
Daarna vergelijken we de gemeten waarde met de berekende waarden.
229
\begin{figure}
230
\centering
231
\includegraphics{Parallelschakeling_figuur}
232
	\caption{Parallelschakeling}
233
	\label{fig: parallel}
234
\end{figure}
235
\subsubsection{Resultaten}
236
De metingen van de stroom en de spanning in een parallelschakeling kunnen gevonden worden in respectievelijk tabel \ref{tab: stroom_para} en tabel  \ref{tab: span_para}. Op basis van deze metingen, en de wet van Ohm kunnen we de weerstandswaarde van de geschakelde weerstanden berekenen. Deze wordt samen met de weerstandswaarde volgens de kleurencode opgelijst in tabel \ref{tab: vgl_para}.
237
238
De gemeten waarden vallen telkens binnen de foutenmarge van de berekende waarden, behalve bij weerstand R1. Dit kan te wijten zijn aan een meetfout tijdens het experiment zelf, waarbij een verkeerde waarde werd gemeten.
239
240
Voor de berekeningen van de stroom door de verschillende weerstanden vonden we de volgende waarden:
241
\begin{table}
242
\begin{center}
243
\caption{Stroom in verschillende punten (parallelschakeling)}
244
\begin{tabular}{|c|c|}
245
\hline
246
stroom & gemeten stroom I($A$) \\
247
\hline
248
$I_1$	&	$(0,00964 \pm 0,00002)$ 	\\
249
$I_2$	&	$(0,00618 \pm 0,00007)$	\\
250
$I_3$	&	$(0,058 \pm 0,002)$	\\
251
252
\hline
253
\end{tabular}
254
\label{tab: stroom_para}
255
\end{center}
256
\end{table}
257
\begin{table}
258
\begin{center}
259
\caption{Spanning over verschillende weerstanden (parallelschakeling)}
260
\begin{tabular}{|c|c|}
261
\hline
262
Weerstand & $U$ (V) \\
263
\hline
264
$R_1$ & $(5,00 \pm 0,03)$\\
265
$R_2$ & $(5,01 \pm 0,03)$\\
266
$R_3$ & $(5,00 \pm 0,03)$\\
267
\hline
268
\end{tabular}
269
\label{tab: span_para}
270
\end{center}
271
\end{table}
272
\begin{table}
273
\begin{center}
274
\caption{Vergelijking tussen berekende waarden en kleurencode (parallelschakeling)}
275
\begin{tabular}{|c|c|c|}
276
\hline
277
Weerstand & Kleurencode $R$ $(\Omega)$ & Gemeten $R$ $(\Omega)$\\
278
\hline
279
$R_1$ & $(470 \pm 24)$ & $(519 \pm 0,006)$\\
280
$R_2$ & $(820 \pm 41)$ & $(811 \pm 0,01)$\\
281
$R_3$ & $(82 \pm 4)$ & $(86,2 \pm 0,03)$\\
282
\hline
283
\end{tabular}
284
\label{tab: vgl_para}
285
\end{center}
286
\end{table}
287
\subsection{Gemengde schakeling}
288
\subsubsection{Eigenschappen van een gemengde schakeling}
289
\subsubsection{Werkwijze}
290
We maken de schakeling zoals weergegeven in figuur \ref{fig: gemengde1} met volgende waarden voor de verandelijken:
291
$R_1 \approx 300 \Omega$,
292
$R_2 \approx 800 \Omega$,
293
$R_3 \approx 500 \Omega$,
294
$V_1 = 5V$,
295
$V_2 = 2V$.
296
Vervolgens meten we over elke weerstand de spanning, en in elke tak de stroomsterkte. Daarna vergelijken we de gemeten waarden met de berekende waarden.
297
We herhalen dit experiment nadat we $R_2$ verwijderd hebben uit de schakeling.
298
299
Als tweede deel van maken we de schakeling in figuur \ref{fig: gemengde2}, en meten we de spanning/stroom over/door elke weerstand.
300
We herhalen dit wanneer de schakelaar open is en wanneer de schakelaar gesloten is.
301
\begin{figure}
302
\centering
303
\includegraphics{Gemengde_schakeling_figuur}
304
	\caption{Gemengde schakeling}
305
	\label{fig: gemengde1}
306
\end{figure}
307
\begin{figure}
308
\centering
309
\includegraphics{Gemengde_schakeling_2_figuur_em}
310
	\caption{Gemengde schakeling}
311
	\label{fig: gemengde2}
312
\end{figure}
313
\subsubsection{Resultaten}
314
De metingen voor de spanning en stroom in de schakeling uit figuur \ref{fig: gemengde1} zijn te vinden in respectievelijk tabel \ref{tab: gemengd1_R2_span} en tabel \ref{tab: gemengd1_R2_stroom}. De metingen voor spanning en stroom uit figuur \ref{fig: gemengde2} zijn te vinden in tabellen \ref{tab: gemengd2_spanning_schakelaaropen} en \ref{tab: gemengd2_stroom_schakelaaropen} voor de schakeling met de schakelaar open, en in tabellen \ref{tab: gemengd2_spanning_schakelaargesloten} en \ref{tab: gemengd2_stroom_schakelaargesloten} voor de schakeling met de schakelaar gesloten
315
\begin{table}[htdp!]
316
\caption{Spanning over verschillende weerstanden (gemengde schakeling 1)}
317
\begin{center}
318
\begin{tabular}{|c|c|}
319
\hline
320
weerstand & $U$ (Volt) \\
321
\hline
322
$R_1$	&	$(1,793 \pm 0,004)$ 	\\
323
$R_2$	&	$(3,205 \pm 0,005)$	\\
324
$R_3$	&	$(1,178 \pm 0,003)$	\\
325
\hline
326
\end{tabular}
327
\label{tab: gemengd1_R2_span}
328
\end{center}
329
\end{table}
330
331
\begin{table}[htdp!]
332
\caption{Stroom door verschillende takken (gemengde schakeling 1)}
333
\begin{center}
334
\begin{tabular}{|c|c|}
335
\hline
336
tak & $I$ ($A$) \\
337
\hline
338
$R_1$	&	$(0,00633 \pm 0,0001)$ 	\\
339
$R_2$	&	$(0,0046 \pm 0,0001)$	\\
340
$R_3$	&	$(-0,00247 \pm 0,00003)$	\\
341
links van $B$ & $(0,00236 \pm 0,00001)$\\
342
rechts van $B$ & $(0,00636 \pm 0,00001)$\\
343
\hline
344
\end{tabular}
345
\label{tab: gemengd1_R2_stroom}
346
\end{center}
347
\end{table}
348
\begin{table}[htdp!]
349
\caption{Spanning over verschillende weerstanden (gemengde schakeling 2, schakelaar open)}
350
\begin{center}
351
\begin{tabular}{|c|c|}
352
\hline
353
weerstand & $U$ (Volt) \\
354
\hline
355
$R_1$	&	$(9,33 \pm 0,02933)$ 	\\
356
$R_2$	&	$(7,15 \pm 0,02715)$	\\
357
$R_3$	&	$(4,58 \pm 0,02458)$	\\
358
$R_4$	&	$(2,7 \pm 0,02701)$	\\
359
$R_5$	&	$(0,00003 \pm 0,00002003)$	\\
360
\hline
361
\end{tabular}
362
\label{tab: gemengd2_spanning_schakelaaropen}
363
\end{center}
364
\end{table}
365
\begin{table}[htdp!]
366
\caption{Stroom door verschillende takken (gemengde schakeling 2, schakelaar open)}
367
\begin{center}
368
\begin{tabular}{|c|c|}
369
\hline
370
tak & $I$ ($A$) \\
371
\hline
372
$R_1$	&	$(0,03335 \pm 0,00003)$ 	\\
373
$R_2$	&	$(0,02312 \pm 0,0002)$	\\
374
$R_3$	&	$(0,00942 \pm 0,0001)$	\\
375
$R_4$	&	$(0,03336 \pm 0,0003)$	\\
376
$R_5$	&	$(0 \pm 0,00001)$	\\
377
Linksboven & $(0,0418 \pm 0,0004)$\\
378
Linksonder & $(0,0415 \pm 0,0004)$\\
379
\hline
380
\end{tabular}
381
\label{tab: gemengd2_stroom_schakelaaropen}
382
\end{center}
383
\end{table}
384
385
\begin{table}[htdp!]
386
\caption{Spanning over verschillende weerstanden (gemengde schakeling 2, schakelaar gesloten)}
387
\begin{center}
388
\begin{tabular}{|c|c|}
389
\hline
390
tak & $U$ (Volt) \\
391
392
\hline
393
$R_1$	&	$(8,73 \pm 0,03)$ 	\\
394
$R_2$	&	$(8,5 \pm 0,03)$	\\
395
$R_3$	&	$(3,406 \pm 0,004)$	\\
396
$R_4$	&	$(2,9611 \pm 0,003)$	\\
397
$R_5$	&	$(0,531 \pm 0,002)$	\\
398
399
400
401
\hline
402
\end{tabular}
403
\label{tab: gemengd2_spanning_schakelaargesloten}
404
\end{center}
405
\end{table}
406
407
408
\begin{table}[htdp!]
409
\caption{Stroom door verschillende takken (gemengde schakeling 2, schakelaar gesloten)}
410
\begin{center}
411
\begin{tabular}{|c|c|}
412
\hline
413
tak & $I$ ($A$) \\
414
415
\hline
416
$R_1$	&	$(0,03241 \pm 0,0003)$ 	\\
417
$R_2$	&	$(0,0774 \pm 0,0009)$	\\
418
$R_3$	&	$(0,00699 \pm 0,0001)$	\\
419
$R_4$	&	$(0,03694 \pm 0,0004)$	\\
420
$R_5$	&	$(-0,04 \pm 0,01)$	\\
421
Linksboven & $(0,0425 \pm 0,0005)$\\
422
Linksonder & $(0,0423 \pm 0,0005)$\\
423
424
425
\hline
426
\end{tabular}
427
\label{tab: gemengd2_stroom_schakelaargesloten}
428
\end{center}
429
\end{table}
430
Met behulp van de theoretische voorbereiding berekenden we de volgende waarden voor de stroom:
431
\\
432
$ 
433
I_{bron}= 0.043\\
434
I_{R_1} = 0.033\\
435
I_{R_2} = 0.011\\
436
I_{R_3} = 0.0071\\
437
I_{R_4} = 0.037\\
438
I_{R_5} = -0.0034\\
439
$
440
Deze waarden lijken grosso modo te kloppen, al zit er wel een fout op, die veroorzaakt wordt door de complexiteit van de schakeling en de impreciesie van het meettoestel.
441
\section{Algemeen Besluit}
442
Op basis van deze experimenten kunnen we besluiten dat de wetten van Ohm en Kirchhoff die in theorie gelden, ook in praktijk geldig zijn.
443
We hebben wel ondervonden dat deze wetten moeilijker na te gaan zijn indien de complexiteit van de schakeling stijgt.
444
\end{document}