Physikalische Interpretation des y-Achsenabschnitts in einem Strom-Spannungs-Diagramm

Also habe ich mit einem Multimeter Strom- und Spannungsdaten von einer einfachen Schaltung mit einer Stromquelle und einem Widerstand gesammelt. Ich habe mit Excel ein Diagramm für diese Daten erstellt und den y-Achsenabschnitt (der im Grunde der Wert des Stroms ist, als die Spannung Null war) erhalten und festgestellt, dass es sich um eine kleine negative Zahl handelt:

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Ich frage mich, was die physikalische Erklärung für diesen Wert ist, der nach dem Ohmschen Gesetz Null hätte sein sollen. Ist es einfach ein experimenteller Fehler in den vom Multimeter gesammelten Daten? Oder hat es eine tiefere physikalische Bedeutung?

Die Antwort ist mit ziemlicher Sicherheit ein experimenteller Fehler, aber es wird helfen, wenn Sie das Bild posten können.
Es ist seltsam, es "experimenteller Fehler" zu nennen. Es gibt systematische Fehler und statistische Fehler, und dies ist wahrscheinlich ein gewöhnlicher statistischer Fehler, ein unvermeidlicher. Experimentelle Messungen können einfach nie genau sein und die lineare Regression hat auch keinen Grund, den Ursprung genau zu kreuzen. Wenn Sie das wissen U = 0 für ICH = 0 und umgekehrt, gut für Sie, Sie können es auch als zusätzliche Bedingung für Ihre Gesetze einfügen. Aber wenn Sie es nicht annehmen und eine lineare Regression durchführen, gibt es keinen Grund, warum Sie dieses Gesetz genau ableiten sollten. Sie werden es höchstens innerhalb einer Fehlerspanne ableiten.
Um den Kommentar von Lubos zu erweitern: Wenn Sie sich das Konfidenzintervall (oder den p-Wert oder eine andere vernünftige Teststatistik) ansehen, werden Sie mit ziemlicher Sicherheit feststellen, dass die Anpassung mit einer Linie übereinstimmt, die mit einem hohen Grad an Konfidenz durch den Ursprung verläuft. Wenn nicht, liegt wahrscheinlich ein systematischer Fehler vor. Können Sie ein Diagramm erhalten, das den Ursprung enthält?
Wenn Sie Ihrer physischen Intuition vertrauen, dass die Linie den Ursprung passieren sollte, können Sie diese Bedingung in Microsoft Excel festlegen. Wenn die R 2 immer noch über 0,97 liegt, ist es gut genug. Aber hier ist der wahrscheinliche Grund für den y-Achsenabschnitt ungleich Null: Das Ohmsche Gesetz geht davon aus, dass das Multimeter in Ihrem Gerät beim Messen von Strom idealerweise einen Widerstand von Null und beim Messen von Spannung idealerweise einen unendlichen Widerstand hat. Die Abweichung, die Sie von Null erhalten, dh 0,015, erklärt sich daraus, wenn der kleinste Zählwert Ihres Instruments mit diesem Wert vergleichbar ist. Ist dies der Fall?

Antworten (2)

Angenommen, Ihre Schaltung ist so einfach wie es klingt, dann muss, wenn die Spannung über dem Widerstand Null ist, der Dauerstrom durch ihn Null sein. Der negative Schnittpunkt ist wahrscheinlich auf einen experimentellen Fehler zurückzuführen, zumal Sie ziemlich weit auf Null extrapolieren. Sie müssen wirklich mehr Punkte dazwischen messen v = 0 Und v = 2 weiter zu kommen.

Es gibt Umstände, unter denen Sie eine endliche Spannung benötigen, bevor der Strom von Null ansteigt, z. B. wenn Ihre Schaltung eine in Durchlassrichtung vorgespannte Diode enthält. Dies würde Ihnen ein Negativ geben j abfangen.

Wie John Rennie gehe ich davon aus, dass die Schaltung nur ein Widerstand und eine Spannungsversorgung ist. In diesem Fall haben Sie Recht: Bei Nullspannung sollte kein Strom fließen.

Die (für mich) offensichtlichste Quelle dieser "Diskrepanz" ist die Unsicherheit Ihrer aktuellen Messungen. (Die Unsicherheiten in Ihren Spannungsmessungen sind ebenfalls relevant, aber diese sind wahrscheinlich klein genug, dass Sie sie ignorieren können.) Ihre angepasste Steigung und Ihr Achsenabschnitt werden Unsicherheiten aufweisen. Diese Unsicherheiten sind Funktionen Ihrer Rohdatenpunkte und der Unsicherheiten in diesen Rohdatenpunkten. Ich weiß nicht, ob Excel Ihnen die Unsicherheiten in Ihren Anpassungsparametern gibt; Wenn ja, wüsste ich nicht, wie ich es bekommen könnte. Aber das könntest du dir selbst erarbeiten. Wolframgibt die Form dieser Unsicherheiten an, aber ich habe es auch in einführenden Büchern zur Fehleranalyse gesehen. Normalerweise möchten Sie, dass Ihre Anpassungssoftware dies erledigt, oder Sie schreiben ein Programm, um dies zu tun. Aber wenn Excel Ihnen diese Informationen nicht liefert, und mit nur 6 Datenpunkten, ist es vielleicht nicht allzu schwierig, es von Hand zu machen. Ich vermute, dass Sie feststellen werden, dass die Unsicherheit im y-Achsenabschnitt größer ist als der angepasste Wert, den Sie für den y-Achsenabschnitt erhalten haben, was bedeutet, dass Ihre Daten mit einem y-Achsenabschnitt von Null konsistent sind.

Wenn Sie noch Zugriff auf das Gerät haben, können Sie versuchen, den Strom ohne angelegte Spannung zu messen, um zu sehen, was Ihr Multimeter Ihnen liefert. Sie können auch etwas mehr von der Region in Ihrem Diagramm dazwischen ausfüllen v = 0 Und v = 2 . Der erste würde anzeigen, ob Ihr Multimeter eine systematische Verzerrung aufweist. Die zweite würde Ihre Anpassungsparameter und ihre Unsicherheiten ändern, wodurch diese Diskrepanz verschwinden könnte.

Physikalische Interpretation des y-Achsenabschnitts in einem Strom-Spannungs-Diagramm
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