Enrera
 Mòdul 7A
Utilització de l' Aula de Noves Tecnologies per a la Ciència
  Pràctica
1
2





   
Exercicis
Exercicis
 
 
  Objectius
   

L'objectiu d'aquesta pràctica és la utilització del sensor d'intensitat del corrent elèctric (250 mA) per estudiar la variació de la resistència elèctrica d'una LDR, la qual disminueix el valor segons augmenta la intensitat lluminosa que li arriba, que mesurareu amb un sensor de llum.
   
Aquesta pràctica és opcional
   
  LDR: resistència dependent de la llum
   
Introducció
 

 

La LDR (light-depending resistor) és una resistència que varia el seu valor segons la llum que rep. Com major és la quantitat de llum menor és el valor de la resistència. Pot oscil·lar des de centenars de milers d'ohms fins a uns pocs.

Per calcular el valor de la resistència segons es canviï la quantitat de llum, cosa que fareu aproximant un focus de llum, mesurareu la intensitat elèctrica d'un circuit senzill: la resistència LDR connectada a una pila de 4,5 V i amb l'amperímetre connectat en sèrie.

 

Material i equipament
   
   
 
Equipament MultiLog Material de laboratori
  • Consola connectada a l'ordinador
  • Sensor de llum (0-130 klux) amb cable de connexió per a la consola
  • Sensor d'intensitat del corrent elèctric (250 mA)
  • Sensor de voltatge (25 V)
  • Regle d'un metre o cinta mètrica
  • Focus de llum, com pot ser una bombeta de 100 W sense pantalla
  • Suport, nou i pinces
  • Resistència LDR
  • Cables i pinces de cocodril

 
Plantejament d'hipòtesis i disseny de l'experiment
 
  • Quin tipus de relació creus que hi haurà entre la resistència de la LDR i la intensitat de llum que rep?
  • Com creus que es podria mesurar la resistència de la LDR?

 
Procediment
   
  Muntatge de l'experiència
   
 

El muntatge que heu de fer és el que correspon a les fotografies i a l'esquema:

A la pila de 4,5 V, connecteu una LDR (en sèrie). Afegiu al circuit el sensor d'intensitat elèctrica. Cal posar atenció a la polaritat, connecteu el cable vermell del sensor d'intensitat al pol positiu de la pila. En cas contrari, els valors de la intensitat sortirien negatius. Connecteu el sensor de corrent a l'entrada I/O-2 de la consola.

 

Sobre una taula heu de muntar un focus de llum, un regle i un suport en el qual se subjectarà la LDR amb una pinça i al seu costat, amb una altra pinça, es posarà el sensor de llum, tal com es veu a la segona fotografia. Connecteu-lo a l'entrada I/O-1 de la consola. El sensor de voltatge connecteu-lo en paral·lel als borns de la pila, respectant també la polaritat, i a l'entrada I/O-3 de la consola. Si la pila és nova, possiblement no variarà gaire la mesura del voltatge al llarg de l'experiència.

 
 
   
  L'entrada E1 (a la consola I/O-1) prové del sensor de llum, que està situat al costat de la LDR, tal com es veu a la fotografia.
 

Deixeu fixos el sensor i la LDR i aneu apropant el focus de llum, des d'un metre de distància fins a 0,05 m, cada 0,05 m, és a dir, fins a vint mesures. En cadascuna d'aquestes posicions capturareu les mesures d'intensitat de corrent, de llum i de voltatge.

 

Configuració de l'equip

1. Configuració de la consola

  • Endolleu la consola a l'ordinador amb el cable USB.
  • Connecteu la font d'alimentació DC/AC a la consola.
  • Obriu la consola amb .
  • Amb desplaceu-vos fins a Configuració sistema . Premeu Enter . Us apareixerà la pantalla següent:



  • Amb seleccioneu Mode: Auto ID.
  • Premeu i seleccioneu Neteja memòria; premeu i us apareixerà el missatge Memòria neta!
  • Premeu per tornar al menú principal.
  • Una vegada fet el muntatge, connecteu el sensor de llum a l'entrada I/O-1 de la consola, el de corrent (250 mA) a la I/O-2 i el sensor de voltatge connecteu-lo a I/O-3.
  • Engegueu l'ordinador i obriu el programa MultiLog. Si apareix MultiLog no trobat, torneu al primer punt d'aquest apartat.

2. Configuració del MultiLab:

  • Engegueu l'ordinador i obriu el programa MultiLab . Si apareix MultiLog no trobat torneu al primer punt de la configuració.
  • Cliqueu a la icona  o bé Enregistrador| Configura enregistrador; apareix la finestra Ajudant de configuració: pas 1 de 3 - Sensors.
  • Observeu que a l'entrada 1 s'ha detectat el sensor de llum
    0-130 klx, a la 2 el de corrent
    (250 mA) i a la 3 el de voltatge
    (25 V).
  • Cliqueu a la icona de l'entrada 1 i afegiu les dues unitats de mesura, lux i W/m2.
  • Premeu D'acord i torneu a la finestra anterior, en què heu de prémer Proper perquè surti la finestra referent al pas 2 de 3.
   
  • Seleccioneu la freqüència d'adquisició de dades Manual/Escala completa i Substitueix.
  • Cliqueu a Proper i s'obrirà la finestra Pas 3 de 3.
   
  • Seleccioneu Temps: per mostres / Esborra memòria. Finalment, cliqueu a Acaba.

 

Utilitzareu el Mode de captura que us permetrà capturar les mesures quan el focus estigui a la distància adequada. El programa crea una nova taula de captura en la qual desa els valors capturats. Heu de seleccionar la pestanya Taula | Mode de captura i apareix la finestra Capturar.

  • Seleccioneu els sensors disponibles i cliqueu a Afegeix. Es crearan quatre columnes a la taula de dades en la qual es desaran les mesures.

 

Com que en aquesta pràctica interessa la relació entre la intensitat lluminosa i les característiques elèctriques de la LDR, no resulta necessari crear una columna de les distàncies manualment. L'estudi de la variació de la llum amb la distància es farà al mòdul 7A.
   

Enregistrament i transformació de dades

Captació de dades

  • Abans de començar la mesura, assegureu-vos que la consola és al menú principal:
  • Enceneu la bombeta, col·loqueu-la a 1 m i comenceu a enregistrar les dades: cliqueu a la icona Enter de la consola i a continuació premeu la icona Captura situada sota la taula i a la dreta. S'escriuran els valors corresponents a 1 m a la mateixa fila de la taula.
  • Col·loqueu la bombeta a 0,95 m dels sensors i torneu a capturar la mesura: primer cliqueu a i després a .
  • Continueu capturant les mesures fins a arribar a una distància de 0,05 m, en què haureu fet les vint mesures. Heu de tenir un gràfic semblant al següent:

Anomeneu el gràfic: per fer-ho heu de clicar a Gràfic | Edita gràfic: mesures LDR. Afegiu el gràfic al projecte en clicar a la icona . Anomeneu el projecte m7a_e4a i deseu-lo a la carpeta m7a. Aquest gràfic formarà part de l'exercici 4.

La corba blava correspon a la mesura del sensor de llum, l'eix vertical de l'esquerra en klux i el de la dreta en W/m2, per cada mostra. La corba magenta correspon al corrent, i la superior al voltatge, i per cap d'elles surt l'eix amb les seves unitats de mesura.

Transformació de les dades

Aquest gràfic que genera el programa mostra dos eixos verticals, llum (klux) i llum (W/m2), però es pot canviar en qualsevol de les quatre variables:

  • Col·loqueu el ratolí sogre la corba magenta i cliqueu-hi dues vegades seguides; apareixerà la fletxa i una gràfica nova amb l'eix vertical de la dreta amb les unitats del corrent.
   
  • Feu el mateix per a la corba superior i es generarà un gràfic amb l'eix vertical dret referent al voltatge.
  • Afegiu el gràfic al projecte i guardeu-lo amb el nom m7a_e4b i deseu-lo a la carpeta m7a. Aquest gràfic formarà part de l'exercici 4.
   

Interessa construir un gràfic del corrent elèctric segons la intensitat lluminosa; per aconseguir-lo cliqueu a Gràfic | Edita gràfic.

  • Títol del gràfic: Corrent elèctric- Llum (W/m2).
  • Eix X: Exp1- Llum I/O
  • Eix Y: Exp1-Corrent I/O
  • Cliqueu a D'acord i es crearà el gràfic següent:
   

 

El gràfic afegiu-lo al projecte, guardeu-lo amb el nom m7a_e4c i deseu-lo a la carpeta m7a; aquest gràfic formarà part de l'exercici 4.

 

Anàlisi de les dades

  • El programa permet fer una anàlisi de les dades. Com que interessa saber l'evolució del valor de la resistència elèctrica de la LDR, dividireu el voltatge per la intensitat de corrent.
  • Cliqueu a la pestanya Anàlisi | Ajudant d'anàlisi: s'obre la finestra següent:
  • Premeu la pestanya Funcions.
  • Funcions: Divideix
  • A G1: Exp1 - Voltatge I/O
  • A G2: Corrent I/O
  • Obert: Finestra nova
  • Premeu D'acord.
   
  • Si surt aquest avís, vol dir que troba valors del corrent que són 0.
   
  • Per eliminar-los, obriu el gràfic de les mesures i seleccioneu amb les fletxes a partir de la mesura en què el valor del corrent sigui diferent de 0.
   
  • Premeu Gràfic | Retalla i al mapa de dades es crearà la carpeta Retalla les dades.
  • També es crearà una nova gràfica.
   
  • A vegades el programa canvia els eixos visibles i l'origen, tal com es veu a la gràfica. Però aquest gràfic retallat ja ha eliminat les dues primeres mesures i només n'hi ha 18.
  • Afegiu el gràfic al projecte i guardeu-lo amb el nom m7ae_4d ; deseu-lo a la carpeta m7a; aquest gràfic formarà part de l'exercici 4.
  • Torneu a fer l'anàlisi, cliqueu la pestanya Anàlisi | Ajudant d'anàlisi, s'obre la finestra següent:

 
  • Premeu la pestanya Funcions.
  • Funcions: Divideix
  • A G1: Retalla les dades - Exp1 - Voltatge I/O
  • A G2: Retalla les dades - Corrent I/O
  • Obert: Finestra nova
  • Premeu D'acord.
   
  • Assegureu-vos que esteu treballant amb les dades retallades (en el cas que ho hàgiu fet).
   
  • El nou gràfic expressa l'evolució de la resistència per a les diferents mostres.
   
  • Premeu Gràfic | Edita gràfic.
  • Títol: Resistència en funció de la llum.
  • Eix X: Retalla les dades Exp 1- Llum.
  • Eix Y: Funcions Div ( Retalla les dades Exp1 Voltatge/Retalla les dades Exp1 Corrent).
  • Premeu D'acord i es crea el gràfic següent:
   
  • Fixeu-vos que apareix el títol i els nous eixos.
  • L'eix X correspon a la llum.
  • L'eix Y correspon a la resistència.
  • Afegiu el gràfic al projecte, deseu-lo amb el nom m7a_e4e a la carpeta m7a; aquest gràfic formarà part de l'exercici 4.
   
  • Per conèixer la corba que millor s'ajusti a la de les mesures, premeu la pestanya Ajudant d'anàlisi.
  • A Ajustament de corba: Potència.
  • Basat en conjunt de dades: Funcions Div ( Retalla les dades Exp1 Voltatge/Retalla les dades Exp1 Corrent).
  • Mostra equació al gràfic
  • Mostra R2
  • Premeu D'acord: es crea el gràfic següent que heu d'afegir al projecte; deseu-lo amb el nom m7a_e4f a la carpeta m7a, i que formarà part de l'exercici 4:
   

 

 

Conclusions experimentals

    • Hem de tenir en compte que la irradiàndia (W/m2) el programa l'ha calculat amb el factor de 683 lux =1 W/m2 , però sabem (com ja s'ha comentat amb més detall en 7ap1) que una font lluminosa no monocromàtica, com és una bombeta d'incandescència té una relació mitjana diferent: acceptant que cada W/m2 que arriba de la bombeta produeix una il·luminància de 45 lux i no de 683 lux, els W/m2 que ha calculat el programa s'han de multiplicar pel factor 683/45 (=15,2)
    • Aproximadament, el valor de la resistència és invers al de la llum:
    • La corba que calcula el programa és

    R = 1.200 · L-0,91

    i si canviem L per L*15,2 i aproximen 0.91 a 1 queda

    R = 18200· L-1

    R = 18200/L

    • Per a valors molt petits de la intensitat lluminosa, la resistència és molt elevada, valor que es pot disminuir si l'experiència es fa en absència de llum ambiental.
    • Per a valors elevats d'intensitat lluminosa, disminueix la resistència, i en el cas que arribés a valors de 1.000 W/m2, la resistència seria de 18 ohm.
    • Calculeu els valor extrems de la resistència agafant les parelles de valor de voltatge i corrent de la taula de dades:
    • Rmàx= 4,41 V / 0,448 mA = 9843 ohms
    • Rmin = 4,361 V/ 28,806 mA = 150,4 ohms
    • Envieu aquests càlculs en un arxiu del Word anomenat m7a_e4a que heu de desar a la carpeta m7a.
   
 
Descàrrega de la pràctica en format Word
   
 
Amunt