Coal tablet (15.0 points)
Experimental competition — 16 January 2016 (XII International Zhautykov Olympiad). The experimental competition consists of one problem and lasts 3 hours.
In this experiment it is necessary for you to investigate the dependence of the electric resistance of activated coal tablet under mechanical stress.
Devices and the equipment: tablet of activated coal, two wooden rulers with electric contacts, a set of weights with hang-ons (6×100g), multimeter, variable resistor with the maximum resistance of 100 Ohms, constant resistor with the resistance of 1.0 Ohm, source of the constant voltage of 9,0 V, connecting wires.
Teachers of this school have designed for you the mechanical part of the installation: one ruler is fixed, and the other is used to suspend weights. You should design and connect an electric circuit by yourself.
Part 1. Ohm’s law (7.0 points)
1.1 Measure the dependence of the electric current passing through the coal tablet as a function the voltage across it. Measurements should be made for two values of the mechanical load, 200 and 400 g (per tablet). Plot the graphs of the corresponding dependences, specify whether it is possible to treat the resistance of the tablet as independent on the applied voltage. Calculate the resistance of the tablet for the above given mechanical stresses, estimate their errors.
Provide the sketch of the electric circuit that you used to make measurements. In this part of the experiment it is required to use a multimeter in the voltmeter mode only.
Part 2. Mechanical stress and resistance (5.0 points)
2.1 Make measurements for the dependence of the tablet resistance as a function of the mechanical stress on the tablet measured in grammes. Make measurements «in two directions»: increasing the stress and decreasing it.
2.2 Plot the graphs of the corresponding dependences.
2.3 Propose the simplest linearization of the obtained dependences. Plot the graphs of the linearized dependences.
Part 3. Designing scales (3.0 points)
In this part of the experiment it is necessary for you to propose an installation for electronic scales in which the central role is played by the tablet investigated in the previous parts.
3.1 Propose an electric circuit in which the voltage on one of the elements is approximately linearly proportional to the total weight used as a load.
3.2 Plot the calibrating graph for your scales, i.e. the dependence of the voltage on the chosen element as a function of the load weight.
Tavoletta di carbone (15,0 punti)
Prova sperimentale — 16 gennaio 2016 (XII International Zhautykov Olympiad). La prova sperimentale consiste in un unico problema e dura 3 ore.
In questo esperimento è necessario studiare la dipendenza della resistenza elettrica di una tavoletta di carbone attivato sotto sollecitazioni meccaniche.
Dispositivi ed attrezzature: tavoletta di carbone attivato, due righelli di legno muniti di contatti elettrici, un set di pesi con ganci (6×100 g), multimetro, resistore variabile con una resistenza massima di 100 Ohm, resistore fisso con una resistenza di 1,0 Ohm, sorgente di tensione costante di 9,0 V, cavi di collegamento.
Gli insegnanti di questa scuola hanno progettato per voi la parte meccanica dell’apparato: uno dei righelli è fisso, mentre l’altro viene utilizzato per sospendere i pesi. Dovrete progettare e collegare voi stessi il circuito elettrico.
Parte 1. Legge di Ohm (7,0 punti)
1.1 Misurate la dipendenza della corrente elettrica che attraversa la tavoletta di carbone in funzione della tensione applicata. Effettuate le misurazioni per due diversi valori di carico meccanico: 200 e 400 g (per ogni tavoletta). Tracciate i grafici delle relative dipendenze e indicate se sia possibile considerare la resistenza della tavoletta indipendente dalla tensione applicata. Calcolate la resistenza della tavoletta per i valori di carico indicati e stimatene gli errori.
Fornite lo schema del circuito elettrico utilizzato per le misurazioni. In questa parte dell’esperimento è richiesto l’uso esclusivo del multimetro in modalità voltmetro.
Parte 2. Sollecitazione meccanica e resistenza (5,0 punti)
2.1 Effettuare misurazioni per determinare la dipendenza della resistenza della tavoletta dal carico meccanico applicato, espresso in grammi. Le misurazioni devono essere effettuate “in due direzioni”: aumentando il carico e diminuendolo.
2.2 Tracciare i grafici che rappresentano tali dipendenze.
2.3 Proporre la linearizzazione più semplice delle dipendenze ottenute e tracciare i grafici delle relazioni linearizzate.
Parte 3. Progettazione di bilance (3,0 punti)
In questa parte dell’esperimento è necessario progettare un sistema per bilance elettroniche in cui il ruolo centrale sia svolto dalla tavoletta studiata nelle parti precedenti.
3.1 Proporre un circuito elettrico nel quale la tensione applicata a uno degli elementi del circuito sia approssimativamente proporzionale in modo lineare al peso totale utilizzato come carico.
3.2 Tracciare il grafico di calibrazione della bilancia, cioè la dipendenza della tensione dal peso del carico.