Ερευνητική αναφορά: "Μελέτη χαρακτηριστικής καμπύλης αντιστάτη"

 Ανάλυση πειραματικών δεδομένων:

  Στο σχολικό εργαστήριο πραγματοποιήθηκε η εργαστηριακή δραστηριότητα κατά την οποία μελετήσατε την ηλεκτρική συμπεριφορά ενός αντιστάτη, όταν αλλάζαμε την τάση τροφοδοσίας του. Συγκεκριμένα μελετούσαμε την εξάρτηση της έντασης του ρεύματος που διαρρέει τον αντιστάτη από την τάση στα άκρα του. Το κύκλωμα που χρησιμοποιήθηκε είναι αυτό που φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Υπενθυμίζεται ότι ο αντιστάτης είχε ως αναγραφόμενη τιμή αντίστασης τα 6Ω. 

  Μετά την ολοκλήρωση της πειραματικής δραστηριότητας είχατε ένα πίνακα καταγραφής των δεδομένων. Αυτός ο πίνακας περιείχε τις τιμές της τάσης στα άκρα του αντιστάτη και της έντασης του ρεύματος που τον διέρρεε. 

  Με τη βοήθεια αυτών των τιμών μπορείτε να σχεδιάσετε την γραφική παράσταση της τάσης στα άκρα του αντιστάτη συναρτήσει της έντασης του ρεύματος που τον διαρρέει. Αυτή η γραφική παράσταση ονομάζεται χαρακτηριστική καμπύλη του αντιστάτη. Η μελέτη της χαρακτηριστικής καμπύλης του αντιστάτη θα αναδείξει τον τρόπο που η τάση στα άκρα του αντιστάτη επηρεάζει την ένταση του ρεύματος που τον διαρρέει. Επιπλέον η χαρακτηριστική καμπύλη του αντιστάτη θα σας βοηθήσει να υπολογίσετε την αντίσταση του αντιστάτη. 

  Δομή εργασίας: 

  Η εργαστηριακή αναφορά είναι βολικό - τόσο για εσάς, όσο και για εμένα - να δημιουργηθεί σε μια online πλατφόρμα επεξεργασίας κειμένου. Εγώ σας προτείνω την πλατφόρμα "Microsoft Office". Το μόνο που απαιτείται για να την χρησιμοποιήσετε είναι να διαθέτετε λογαριασμό στη Microsoft, τον οποίο σίγουρα έχετε, αν στον υπολογιστή σας χρησιμοποιείτε το λειτουργικό σύστημα των Windows. Εννοείται πως μπορείτε να γράψετε την εργασία με το πρόγραμμα "Word" που ενδεχομένως έχετε στον υπολογιστή σας. Για να εισέλθετε στην online πλατφόρμα πληκτρολογείται στη γραμμή αναζήτησης τη φράση "online office" και κατόπιν επιλέγετε το πρώτο site που εμφανίζεται όπως δείχνει το βέλος στην επόμενη εικόνα. 

Στην επόμενη σελίδα επιλέγετε την "Είσοδο", όπως δείχνει το βέλος της παρακάτω εικόνας. 

Θα χρειαστεί να βάλετε το username και το password του λογαριασμού Microsoft που έχετε. Όταν ολοκληρωθεί η είσοδος θα εμφανιστεί η παρακάτω σελίδα, στην οποία επιλέγετε το εικονίδιο με τίτλο "Word", όπως έχει σημειωθεί με τον κύκλο. 

Μετά θα εμφανιστεί η επόμενη καρτέλα στην οποία επιλέγετε το "Νέο κενό έγγραφο", όπως έχει σημειωθεί με τον κύκλο. 

 Θα εμφανιστεί η σελίδα της πλατφόρμας επεξεργασίας κειμένου, στην οποία θα γράψετε την εργασία σας και θα φαίνεται όπως δείχνει η επόμενη εικόνα. Πάνω αριστερά θα βρείτε τον τίτλο του εγγράφου τον οποίο μπορείτε να αλλάξετε. 

Η δομή της εργαστηριακής αναφοράς που θα παραδώσετε είναι η εξής (εννοείται πως κάποια στοιχεία που αναφέρονται παρακάτω σε κάθε τμήμα της αναφοράς, μπορούν να παραληφθούν): 

ΤΙΤΛΟΣ - ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΕΣ - ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ

 
Το όνομα της δραστηριότητας ή η διατύπωση του ερευνητικού ερωτήματος και από κάτω τα ονόματα των μελών της ομάδας (όπως καταλαβαίνεται μπορείτε να δουλέψετε ομαδικά. Ο καθορισμός των μελών της ομάδας θα γίνει από εσάς) καθώς και του/της υπεύθυνου/-ης καθηγητή/-ήτριας, με πρώτο το όνομα εκείνου/-ης που έγραψε την έκθεση καθώς και την ημερομηνία που πραγματοποιήθηκε το πείραμα.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ - ΣΚΟΠΟΣ

 
Καθορίζεται ο σκοπός του πειράματος και περιγράφονται οι λόγοι για τους οποίους πραγματοποιείται το πείραμα καθώς και τα κριτήρια επιτυχίας του. Αναπτύσσεται και μια στρατηγική προκειμένου να επιτευχθεί ο σκοπός.

Ο σκοπός του πειράματος είναι να σχεδιαστεί η χαρακτηριστική καμπύλη ενός αντιστάτη. Θεωρητικά η χαρακτηριστική καμπύλη ενός αντιστάτη έχει τη μορφή της παρακάτω εικόνας. 

  Επιπλέον από την ευθεία που θα δημιουργηθεί μπορεί να υπολογιστεί η αντίσταση του αντιστάτη, όπως θα εξηγηθεί παρακάτω. 

 
ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ 

Αναφέρεται η θεωρία που σχετίζεται με το πείραμα και οι σχέσεις που χρησιμοποιήθηκαν στην ανάλυση των δεδομένων. Διατυπώνονται υποθέσεις προβλέψεις και εκτιμήσεις οι οποίες βασίζονται σε θεωρίες και μοντέλα.

Εδώ πρέπει να αναφέρετε κάποια στοιχεία από τη θεωρία της αντίστασης ενός αντιστάτη και του Νόμου του Ωμ.

 
ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΟΡΓΑΝΑ ΜΕΤΡΗΣΗΣ

 
Αναφέρονται όλα τα υλικά, όργανα ή και ψηφιακά εργαλεία συλλογής δεδομένων που απαιτήθηκαν για την πραγματοποίηση του πειράματος.

ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ (ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΤΟΥ ΠΕΙΡΑΜΑΤΟΣ)

 
Περιγράφεται ο σχεδιασμός της πειραματικής διαδικασίας που ακολουθήθηκε για τη συλλογή των δεδομένων. Σε περιπτώσεις που υπάρχει φύλλο εργασίας η περιγραφή δεν γίνεται αντιγράφοντας το φύλλο αυτό. Θα πρέπει η περιγραφή να είναι πλήρης ώστε ένα άτομο με τις απαιτούμενες, για τον σκοπό του πειράματος, γνώσεις να μπορεί να επαναλάβει το πείραμα.

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ, ΔΕΔΟΜΕΝΑ KAI ΑΝΑΛΥΣΗ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ

 
Καταγράφονται οι παρατηρήσεις και παρουσιάζονται τα δεδομένα μέσω διαφόρων αναπαραστάσεων (Αλγεβρικών, γραφικών, διαγραμματικών, στροβοσκοπικών, και λεκτικών). Αν είναι δυνατόν γίνεται και συμπερίληψη των αβεβαιοτήτων.

  Τα δεδομένα σας θα είναι οι μετρήσεις που κάνατε της τάσης V στα άκρα του αντιστάτη και της έντασης Ι του ρεύματος που τον διαρρέει. Καλό είναι να τα καταγράψετε σε ένα πίνακα.

  Τα έγγραφα Microsoft Office σας δίνουν τη δυνατότητα να εισάγεται πίνακα στο έγγραφό σας ως εξής: από τη γραμμή εργαλείων επιλέγετε αυτό που έχει τον τίτλο "Εισαγωγή" και κατόπιν το στοιχείο  με τίτλο "Πίνακας" και τέλος δίνετε τις διαστάσεις του πίνακα, όπως φαίνεται στην επόμενη εικόνα. 

  Τα δεδομένα αυτά θα αναπαρασταθούν στο διάγραμμα τάσης - έντασης (V - I), το οποίο μπορείτε να κάνετε ως εξής:

  Με τον ίδιο τρόπο που βρήκατε την πλατφόρμα των εγγράφων του Microsoft Office μπορείτε να βρείτε μια πλατφόρμα που σας επιτρέπει να κάνετε γραφικές παραστάσεις με βάση τα δεδομένα που εισάγετε. Αυτή η πλατφόρμα ονομάζεται "Excel" και η διαδικασία εισόδου ένα υπολογιστικό φύλλο του Excel φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Εννοείται πως μπορείτε να κάνετε την ίδια διαδικασία με το πρόγραμμα Excel που ενδεχομένως έχετε εγκατεστημένο στον υπολογιστή σας.

Κάνετε κλικ το εικονίδιο "Βιβλίο εργασίας" όπως δείχνει ο κύκλος της παραπάνω εικόνας θα ανοίξει η σελίδα του υπολογιστικού φύλλου, η οποία θα φαίνεται όπως δείχνει η επόμενη εικόνα.  

Το κάθε κουτί στο υπολογιστικό φύλλο ονομάζεται "κελί" και μπορείτε να καταχωρήσετε κάποια αριθμητική τιμή σε κάθε κελί. 

  Στην εικόνα που ακολουθεί σας δίνω ένα παράδειγμα συμπληρωμένων κελιών με διάφορες τυχαίες τιμές. 

 

Παρατηρήστε ότι οι δεκαδικές τιμές δηλώνονται κανονικά με την υποδιαστολή (με κόμμα). Επιπλέον δείτε ότι στα πρώτα κελιά έχω γράψει τα μεγέθη συμβολικά με τη μονάδα μέτρησης (π.χ. το "t(s)" σημαίνει ότι πρόκειται για τη χρονική στιγμή, η οποία μετριέται σε δευτερόλεπτα. Εσείς μπορείτε να γράψετε V(V) ή I(A) για την τάση και ένταση, αντίστοιχα). 

Εφόσον έχετε τις τιμές στα κελιά μπορείτε με τον δείκτη του ποντικιού να επιλέξετε τις τιμές, με βάση τις οποίες θέλετε να κάνετε τη γραφική παράσταση των δύο μεγεθών, όπως φαίνεται μέσα στο τετράγωνο σχήμα της επόμενης εικόνας. Μετά από τη γραμμή εργαλείων επιλέγετε την "Εισαγωγή" όπως δείχνει το βέλος και από τη λίστα επιλογών επιλέγετε το κουμπί ελέγχου που έχει κυκλωθεί. Στο πλαίσιο που θα αναπτυχθεί επιλέγετε το πρώτο εικονίδιο κάτω από τον τίτλο "Διασπορά", όπως δείχνει το βέλος της επόμενης εικόνας. 

 Θα εμφανιστεί στην ίδια καρτέλα η γραφική παράσταση που έγινε με βάση τα ζεύγη τιμών που είχατε επιλέξει. Κάνοντας δεξί κλικ πάνω σε μια από τις κουκκίδες της γραφικής παράστασης εμφανίζεται ένα πλαίσιο στο οποίο επιλέγετε τη "Μορφοποίηση" όπως δείχνει το βέλος στην επόμενη εικόνα.

Μόλις πατήσετε τη "Μορφοποίηση" θα ανοίξει στα δεξιά της σελίδας ένα πλαίσιο στο οποίο θα βρείτε την επιλογή "Γραμμή τάσης 1" την οποία θα επιλέξετε.

Μόλις την επιλέξετε θα ανοίξει κάτω από αυτή μια επέκταση στην οποία πρέπει να διαπιστώσετε ότι ο "Τύπος τάσεων" έχει το χαρακτηρισμό "Γραμμική", όπως έχει υπογραμμιστεί, θα πρέπει επίσης να κλικάρετε τις κυκλωμένες επιλογές και τότε θα εμφανιστεί μια διακεκομμένη γραμμή που διέρχεται όσο καλύτερα γίνεται από τα σημεία της γραφικής παράστασης, πάνω στην οποία έχει γραφτεί η μορφή της εξίσωσης που περιγράφει αυτή τη γραφική παράσταση, όπως έχει σημειωθεί με το αστέρι.

Τι ακριβώς σημαίνουν όλα τα παραπάνω; Ουσιαστικά με όσα κάνατε στη "Γραμμή τάσης" ζητήσατε από την υπολογιστική πλατφόρμα να βρει την καλύτερη ευθεία γραμμή (Τύπος τάσεων = Γραμμική) που διέρχεται όσο καλύτερα γίνεται από τα σημεία που προέκυψαν από τα πειραματικά σας δεδομένα στο γράφημα, η οποία ευθεία πρέπει να διέρχεται από το μηδέν των αξόνων (Ορισμός σημείου τομής = 0) και να σας γράψει την εξίσωση της καλύτερης αυτής ευθείας (Προβολή εξίσωσης στο γράφημα). 
Αντιγράψτε το γράφημα με αυτή την ευθεία που σχεδίασε το υπολογιστικό φύλλο κάνοντας δεξί κλικ πάνω στο γράφημα και μετά επιλέγοντας την "Αντιγραφή". 

Εφόσον έχετε αντιγράψει το γράφημα το μεταφέρετε στο έγγραφο στο οποίο κάνετε την εργαστηριακή αναφορά. Η μεταφορά του γραφήματος θα γίνει με το συνδυασμό των πλήκτρων "Ctrl" + "V" (αυτός είναι ο τυπικός συνδυασμός πλήκτρων για να κάνεις επικόλληση ενός στοιχείου που έχεις αντιγράψει). Μόλις πατήσετε αυτά τα πλήκτρα θα εισαχθεί το γράφημα στο έγγραφό σας, όπως δείχνει η παρακάτω εικόνα. 

Παρατηρήστε ότι η εξίσωση έχει τη μορφή: y = 0,5267*x. Το πρόγραμμα δεν αναγνωρίζει ότι το x είναι το Ι (δηλαδή η ένταση του ρεύματος) και το y είναι το V (δηλαδή η τάση), διότι δεν ξέρει τι έχετε μετρήσει, αλλά αυτό δεν έχει σημασία. Γνωρίζετε λοιπόν ότι η εξίσωση της γραφικής σας παράστασης είναι: V = 0,5267*I. 

Από την θεωρία του Νόμου του Ωμ όμως γνωρίζετε ότι η εξίσωση της τάσης συναρτήσει της έντασης του ρεύματος είναι: V = R*I. Άρα αν τα δεδομένα που σας έδειξα παραπάνω ως παράδειγμα αποτελούσαν μετρήσεις από τη μελέτη ενός αντιστάτη βλέποντας την εξίσωση της γραφικής παράστασης που έδωσε το υπολογιστικό φύλλο (V = 0,5267*I) και τη μορφή της εξίσωσης που δίνει η θεωρία (V = R*I) βλέπουμε αμέσως ότι η αντίσταση του αντιστάτη είναι: R = 0,5257Ω.    

 
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

 
Αναγραφή των συμπερασμάτων τα οποία βασίζονται στα αποδεικτικά στοιχεία την ορθή χρήση των Μαθηματικών και των νόμων της Φυσικής. Αναγνώριση μοτίβων. Σύγκριση των πειραματικών αποτελεσμάτων με τις θεωρητικές προβλέψεις. Εκτιμήσεις του κατά πόσο οι πιθανές αποκλίσεις των πειραματικών αποτελεσμάτων με τα αποτελέσματα που προβλέπονται από τη θεωρία δικαιολογούνται με βάση τα αναμενόμενα σφάλματα και εξηγήσεις για ασυνήθιστες αποκλίσεις.

ΣΧΟΛΙΑΣΜΟΣ
Αυτοαξιολόγηση, αναστοχασμός και διερεύνηση εναλλακτικών προσεγγίσεων. Προτάσεις για βελτιώσεις και διερεύνηση νέων ερωτημάτων.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
Βιβλιογραφικές αναφορές.

Εδώ να αναφέρετε τα βιβλία ή τα site που χρησιμοποιήσατε για να βρείτε πληροφορίες για το θέμα που μελετάτε. 

 

Καλή επιτυχία με την εργασία σας!