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今、高校2年の女子です。
この前、高校でオームの法則の実験をやったのですが、理論値と実験値の値に誤差が生じました。
なぜ、誤差が起きるのかを詳しく教えてください。
(先生に聞いたらメータの内部抵抗が関係しているということを言われました。このことについても詳しく教えてください。)
あと、詳しく書いてあるサイトがあったら教えてください。

よろしくお願いします。

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A 回答 (3件)

電流計部分を直結(実務でも短絡スイッチでバイパスする事も多い)、電圧計は取り外す(実務でもスイッチで切り離す事も多い)等、影響の差を調べると効果的です。


計器も複数用意し計器接続前後の値等も調べてみてください。
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まず全ての現象で、測定値と理論値が完全に一致する事はありえません。

その実験でどの程度の誤差が出たかわかりませんが、ある程度傾向を捕らえて数%以内の誤差であれば普通だと思います。

内部抵抗の件は、例えば回路に抵抗が1個あり、電圧計を並列繋ぎして電圧を求める場合を考えてください。電圧計内部の回路にも当然電気抵抗があり、その場合既存の抵抗と並列してもう1個抵抗があることになります。また、素子を結ぶワイヤー自体も抵抗を持ちますが、普通それは無視されます。

#1の方が回答されていますが、理論値というのは全ての寸法が理想的であり、計算に不便な部分を無視して得られた値です。従って、完全に理論値と現実が合うことは、測定誤差0でもありえません。
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全ての部品の電圧値、電流値、抵抗値が正確でない為、初期段階で誤差が発生する、計測の際に電流計、電圧計も抵抗を持つので、ここでも誤差

が加わる、測定誤差が加わるので理論値と実験地に誤差が生じるのは当然となります
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Q計算値と理論値の誤差について

交流回路の実験をする前に、ある回路のインピーダンスZ(理論値)を計算で求めたあと、実験をしたあとの測定値を利用して、同じ所のインピーダンスZ(計算値)を求めると理論値と計算値の間で誤差が生じました。
そこでふと思ったのですが、なぜ理論値と計算値の間で誤差が生じるのでしょうか?また、その誤差を無くすことはできるのでしょうか? できるのなら、その方法を教えてください。
あと、その誤差が原因で何か困る事はあるのでしょうか?
教えてください。

Aベストアンサー

LCRのカタログ値に内部損失や許容誤差がありますが、この誤差は
1.Rの抵抗値は±5%、±10%、±20% があり、高精度は±1%、±2%もあります。
2.Cの容量誤差は±20% 、+50%・ー20% などがあり
3.Lもインダクタンス誤差は±20%で、
3.C・Rは理想的なC・Rでは無く、CにL分、Lに抵抗分の損失に繋がる成分があります。
これらの損失に繋がる成分は、試験周波数が高くなると、周波数依存で増大します。
また、周囲温度やLCRの素子自身で発生する自己発熱で特性が変化します。
測定器や測定系にも誤差が発生する要因もあります。
理論値に対する測定値が±5%程度発生するのは常で、実際に問題にならないように、
LCRの配分を工夫すると誤差やバラツキを少なく出来ます。
 

Qデジタルテスターでの抵抗値の値が理論値と違う

 カラーコード「茶黒金金」の抵抗器の抵抗値をデジタルテスターにて測定をし、理論値である1.0Ω±0.5%以内になるはずなのですが測定値では1.20Ωと出てきてしまい誤差率が20%になっていました。
ほかの抵抗器で行うと誤差率以内に入っているのですがこの「茶黒金金」だけ変です。

 原因がわかる人がいましたらよろしくお願いします。

Aベストアンサー

 理由はいくつか考えられます。

(1)テスターの内部抵抗の影響
 テスターといえども、測定対象に全く影響を与えずに測定できる訳ではありません。抵抗を測定するときには、テスター内部の電源から供給した電流値(もしくはそれによって測定回路に発生する電圧値)を読み取っていると思います。このとき、テスター内部にも過電流保護抵抗などを含む測定のための回路、レンジ切替えスイッチ、テスト棒、測定対象の表面よごれによる接触抵抗などの様々な抵抗が加算されます。
 測定対象が「1オーム」という低い抵抗値の場合、これが結構影響します。少なくとも、テスター自身に既に0.5%以上の測定誤差が含まれていると思います。(ご質問文のように、テスターの表示器が小数点以下2桁なら、そもそも1オームに対して1%の精度でしか読み取れないし・・・)
 抵抗器が100オームやキロオームのオーダーだと、相対的にこれらのテスター内部回路の影響は小さくなります。「ほかの抵抗器で行うと誤差率以内に入っている」とありますが、それは抵抗値の大きい抵抗器ではありませんか?

(注)お使いのテスターはデジタル式とのことですが、アナログ式を使う場合には、No.5さんのように測定する抵抗レンジごとに測定テスト棒を短絡させて「ゼロオーム」の補正をする必要があります。抵抗の測定に対する内部回路の影響とは、その程度微妙なものです。

(2)抵抗素子の製作誤差
 「1.0Ω±0.5%」というのは理論値ではなく、製品の仕様値ではありませんか? 通常であれば、公称誤差0.5%が標準偏差(1シグマ)の場合には「製品の68%がこの範囲内」ということです。2シグマ(標準偏差の2倍)の場合でも、「製品の95%がこの範囲内」ということに過ぎません。
 従って、ある一定の確率で公称誤差の範囲外となることは十分あり得ます。

 理由はいくつか考えられます。

(1)テスターの内部抵抗の影響
 テスターといえども、測定対象に全く影響を与えずに測定できる訳ではありません。抵抗を測定するときには、テスター内部の電源から供給した電流値(もしくはそれによって測定回路に発生する電圧値)を読み取っていると思います。このとき、テスター内部にも過電流保護抵抗などを含む測定のための回路、レンジ切替えスイッチ、テスト棒、測定対象の表面よごれによる接触抵抗などの様々な抵抗が加算されます。
 測定対象が「1オーム」という低...続きを読む

Q実験値と理論値の違いの要因

化学反応においては、しばしば化学反応式から得られる値(理論値)と、実験で

得られる値が、違う事が多い。反応が充分行われ無かった事かと思いますが、具体

的に考えられる要因は何か。

Aベストアンサー

どういう化学反応の実験をしているのか謎ですが。

「化学反応」の「実験」で「測定値」と「理論値」が異なる。

「化学反応」
:反応の条件は適切なのか?
 温度、圧力など
:主反応以外に副反応がないか?
 副反応によりロスがでる場合も。

「実験」
:実験の設定ミスがないか?
 試料の計量ミス、反応条件の設定ミスなど。

「測定値」
:測定のミスがないか?
:実測されている値と検討している値の関係にミスはないか?
 計器で測定されている値から自分が検討している値まで計算ミス?

「理論値」
:理論に間違えはないか?
 副反応の平衡をいれるとずれているかも。

てな感じでどうでしょう?

Qテスターによる抵抗値の誤差が大きいわけ

デジタルマルチメーター等に比べてテスターで抵抗値を測定しようとすると1kΩ程度までは
カラーコードの読みとの誤差が大きくとても不便に思えます。
内部抵抗の小ささが関係しているのかとも考えたのですが、測定原理は測定抵抗と内部抵抗+接触抵抗を直列につないだ閉路に電流を流しその電圧から求めるみたいなのでデジタルマルチメーターとの差異がよく分かりません。

Aベストアンサー

いくつかの可能性があります。

1,抵抗を測定する際に指で端子に触れている。
(人間も並列する抵抗に化けるために指示値が変化する。)

2,抵抗自体の温度変化や、元々の誤差による表示違い。

3,テスターの精度による表示違い。

4,使用したテスターの電源電圧(内蔵電池)が低くなっており、表示に誤差が出ている。

5,デジタル回路向けのチップ抵抗にx1レンジで測定している。

6,テスターのメーターに物理的に異常が発生し、あるレベル以上になると、極端な誤差を表示する。

7,テスター内部の抵抗が変質してしまっている。

8,テスター使用の際、平坦に置くはずのテスターを立てて使っている。(指示誤差の原因)


他の方も言っているとおり、その2種類のテスターのメーカー名、型番と、抵抗の写真が欲しいところですね。

Qオームの法則 レポートの考察についてどなたかアドバイスください。

オームの法則 レポートの考察についてどなたかアドバイスください。
中学でオームの法則の実験をしました。
考察を書きたいのですが、そのスペースがA4用紙2枚分もあり、苦戦しています。
目的は、オームの法則が成り立つか確かめる
そのために行った実験は、直流安定化電源と、可変抵抗器を用い、
(1)抵抗を一定にして、電圧の値を変え、電流計の値をよむ
(2)電圧を一定にして、抵抗の値を変え、電流計の値をよむ です。
実際に書いてみても、
目的の1つであるオームの法則が成立することを確かめるために、実験を行った。その実験は~省略。
そして、以下の実験結果が得られた。(ここにグラフ)
今、こんな感じで書いて、このあとに、この結果から比例~。など書きますが、自分の力じゃ到底、A4用紙2枚埋まりません。
どんなふうに書けばいいですか?どなたかアドバイスください。

Aベストアンサー

誤差について徹底的に調べると良いですね。
誤差にはどんな種類があり、自分の実験では、どんな誤差が考えられ、どのくらいの誤差が発生したのか。
誤差は大きく分けると、系統誤差と偶然誤差があり、系統誤差は測定器による誤差や理論的な誤差、個人誤差などがあり書きやすいと思います。偶然誤差はちょっと難しいかもしれません。
誤差だけのグラフを書くのも良いでしょう。
誤差は、誤差=測定値-計算値(または理論値)です。マイナスになることもあります。
%で表した、誤差百分率=((測定値-計算値)÷計算値)×100

参考
http://www.buturigaku.net/main02/Report/Reports062.html

Q理論値との違いの理由

塩酸、水酸化ナトリウム水溶液共に0.1、0.01、0,001、0.0001、0.00001Mの稀釈溶液をpHメーターを用いてpHを測定しました。
各水溶液とも理論値と若干ずれた値がでています。
それはなぜかわかるかたいらっしゃいましたら教えてください。

Aベストアンサー

単純 誤差があるから

図るのもすべて正確な値は表示しません
ある誤差を含んだ範囲しか測定できないのです

他には
・使用した水が純粋な水でなかった
・ビーカ等に付着物があった
・測定にミスがあった
・測定器の取り扱い方が正確でで無かった
 測定器によっては、つかう前に校正をしないといけない物もある
 電気をいれた直後は安定しない
 電気をいれて2時間後くらいに使用しないといけない
・精度がいるのに精度がない測定器をつかった
 なんかがあります

 たぶん 誤差ですね

例で書くと
 重さを量るとします

 誤差が±3%の測定器をつかうと

 正確な100gの物なら
 97~103gの範囲のどれかを値がでますけどね

Qオームの法則 誤差発生

電圧を電流で割って計算したオームとグラフの比例定数Kの逆数(1÷K)で誤差が発生しました。5Ω以上
この誤差の原因にはどのようなことがあるのでしょうか?
ご回答お願いします。

Aベストアンサー

電流計と電池の内部抵抗は直列つなぎなので、どちらも、単純な抵抗体であると近似すれば、比例関係は崩れません。
ただし、電流計のレンジを変えると、大概、高いレンジにするほど内部抵抗が低くなります。
しかしながら、いずれにしても、抵抗体の両側に電圧計を入れれば、基本的に、関係ありません。

つまり、
単純考えでは、残る要因は、ただ一つ、
電圧計です。


電圧計は、並列つなぎなので、内部抵抗が小さいほど、分かれ道において、電圧計の内部のほうに多く電流が流れてしまい、実際に抵抗体に流れる電流が、電流計に示される電流値よりも少なくなってしまいます。

そこで、
電圧計に直列で、新たに、2つ目の電流計(電流計Bと呼ぶことにします)を仕掛ける手があります。

(先程の電流計は、電流計Aと呼ぶことにします)

そうすれば、

電流計Aの電流値 - 電流計Bの電流値 = 真に近い電流値

とすることが出来ます。

電池の+

├───抵抗体─────┬─ 電流計A ─ 電池の-
└─電圧計──電流計B─┘

Q金属、半導体の抵抗の温度変化について

金属は温度が高くなると抵抗が大きくなり、半導体は温度が高くなると抵抗が小さくなるということで、理論的にどうしてそうなるのでしょうか。
金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?
半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。
あと自分で調べていたところ「バンド理論」というのを目にしました。
関係があるようでしたらこれも教えて頂くとありがたいです。

Aベストアンサー

こんにちは。

>>>金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?

だいたい合っています。
金属については、温度が上がると正イオン(自由電子が引っこ抜かれた残りの原子)の振動が激しくなるので、自由電子が正イオンに散乱されます(進路を乱されます)。
それをマクロで見たとき、電気抵抗の上昇という形で現れます。

>>>半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。

半導体の中において金属の自由電子に相当するものは、電子とホールです。この2つは電流を担う粒子ですので、「キャリア」(運ぶ人)と言います。
ホールは、半導体物理学においてプラスの電子のように扱われますが、その実体は、電子が欠けた場所のことを表す「穴」のことであって、おとぎ話の登場人物です。
電子の濃度とホールの濃度に違いがあったとしても、一定の温度においては、両者の濃度の積は一定です。
これは、水溶液において、H+ と OH- の濃度の積が一定(10^(-14)mol^2/L^2)であるのと実は同じことなのです。

中性の水溶液の温度が高くなると、H2O が H+ と OH- とに解離しやすくなり、H2O に戻る反応が劣勢になります。
それと同様に、真性半導体においても、温度が上がると電子とホールが発生しやすくなるのに比べて、両者が出合って対消滅する反応が劣勢になるため、両者の濃度の積は増えます。
キャリアが増えるので、電流は流れやすくなります。

こんにちは。

>>>金属については、温度が上がると粒子が熱振動し自由電子が流れにくくなるというようなことを聞いたことがありますがあっていますか?

だいたい合っています。
金属については、温度が上がると正イオン(自由電子が引っこ抜かれた残りの原子)の振動が激しくなるので、自由電子が正イオンに散乱されます(進路を乱されます)。
それをマクロで見たとき、電気抵抗の上昇という形で現れます。

>>>半導体についてはまったく理由がわからないので詳しく教えて頂くとありがたいです。

半導体...続きを読む

Qホイートストンブリッジの精度

ホイートストンブリッジで測定すると、精度がよいと聞いたのですが、それはなぜなんでしょうか?その理由を教えてください。お願いします。

Aベストアンサー

イメージとしてです。

初歩的な電気知識がある仮定で説明します。
回路図は省略しますが、回路の説明に前にキルヒホッフの法則を薄っぺらで良いですから、わかっていれば良いです。(特に第二法則)
この回路の真ん中の電流値がゼロ(*1)の時にホイートストーンブリッジの関係式で成立します。電気では電圧・電流・抵抗の3つの影響が発生するのに、
この回路では、抵抗だけです。よって、不安定要素が少ないのです。

*1これは、ここに電流が流れていないのではなく、上から5の力が流れているとしたら、下からも5の力が流れていて、結局、見た目は流れていないという事です。

Q抵抗のカラーコードの許容差について教えて頂きたいのですが、宜しくお願い致します。

抵抗のカラーコードの「誤差率」を何故「許容差」と表記しているのでしょうか?

それと抵抗値が違う10種類以上の抵抗のカラーコードを読み取り、読み取った抵抗値とその許容差を比較しました。すると、読み取った抵抗値が大きければ大きいほど許容差(誤差率)が小さく、逆に抵抗値(誤差率)が小さいと許容差が大きいのです。

これは何を意味しているのでしょうか?
それぞれの抵抗の用途に関係しているのでしょうか?

教えて頂きたいのですが宜しくお願い致します。

Aベストアンサー

全くの素人ですが・・・

> 「誤差率」を何故「許容差」と表記

「そういう慣習」なのかもしれませんが、例えば許容差±5%の抵抗は「±5%までの誤差が許容される回路でお使い下さい」という意味なのかもしれません。
(全くの推測ですが)

さて、

> 抵抗値が大きければ大きいほど許容差(誤差率)が小さく

とのことですが、定格電力に違いがあれば(1/4Wと1/8Wなど)、upponさんの仰る通り、用途の違いという可能性はあると思います。
ただ、それとは別の可能性として、製造のしやすさ、もあるのかもしれません。

例えばカーボン抵抗で、工程上の炭素皮膜の厚さが仮に10
~50マイクロメートル、誤差が1マイクロメートルだったとします。
(炭素皮膜の厚さのみで抵抗値を制御するものとして:実際には螺旋状に溝を切ってあるようなので、それによって通電距離も変えているのかもしれませんが)

抵抗値は、炭素皮膜の厚さが厚いほど小さくなるので、
  1)膜厚最大(50マイクロ) → 抵抗値最大
  2)膜厚最小(10マイクロ) → 抵抗値最小
となります。
このとき、この双方の抵抗に、工程での「1マイクロ」の誤差がのったことを考えると、
  1)抵抗値最大での膜厚誤差率 : 1/50=2%
  2)抵抗値最小での膜厚誤差率 : 1/10=10%
となり、
  抵抗値が大きいほど膜厚の誤差、ひいては抵抗値の誤差が小さく、
  抵抗値が小さいほど膜厚・抵抗値の誤差が小さくなる、
と予想できます。


このようなことから、求める精度が比較的低くてよいときに多用されるカーボン抵抗などでは、「抵抗大→誤差小」「抵抗小→誤差大」という傾向になっている可能性が考えられます。
(高精度が必要なものの場合は、抵抗値が小さいものに対してもコストを掛けて、精度を出しているのではないかと思いますが)

※なお、工程上の誤差は、主に機械側に起因するので(→同一工程内で製造した場合)、こちらの誤差は「膜厚に対する率」ではなく、「誤差の絶対値(上の例では厚みのマイクロメートル)」で効くことになります。

全くの素人ですが・・・

> 「誤差率」を何故「許容差」と表記

「そういう慣習」なのかもしれませんが、例えば許容差±5%の抵抗は「±5%までの誤差が許容される回路でお使い下さい」という意味なのかもしれません。
(全くの推測ですが)

さて、

> 抵抗値が大きければ大きいほど許容差(誤差率)が小さく

とのことですが、定格電力に違いがあれば(1/4Wと1/8Wなど)、upponさんの仰る通り、用途の違いという可能性はあると思います。
ただ、それとは別の可能性として、製造のしやすさ、もあるのかもし...続きを読む


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