Визначення опору провідника за допомогою амперметра та вольтметра

Мета роботи — вивчити закони постійного струму на прикладі розгалужених кіл; визначити невідомий опір методом вимірювання напруги та струму при різних способах вмикання приладів.

Вказівки до виконання роботи

Для виконання роботи необхідно вивчити такий теоретичний матеріал: електричний струм; сила струму та його густина; закон Ома для однорідної та неоднорідної ділянок кола; опір провідників; правила Кірхгофа для розгалужених кіл [1, §§ 96, 98, 100, 101; 3, §§ 31, 34−36].

Існує декілька способів вимірювання електричних опорів. Для безпосереднього вимірювання опорів застосовуються прилади: омметри, мегаомметри. Омметр для вимірювання великих опорів — це звичайний магнітоелектричний вольтметр, включений за певною схемою. У мегаомметра, як вимірювача, також використовують магнітоелектричний прилад, але спеціальної конструкції. Мегаомметром користуються, наприклад, для вимірювання опору ізоляції струмопровідних частин електроустановок, який повинен бути дуже великим.

У вимірювальній техніці широко застосовуються місткові методи, або методи порівняння за допомогою місткових схем (зручною і поширеною є схема містка Уітстона). Ці методи дають змогу вимірювати опори з високою точністю. Точність обумовлена застосуванням змінних зразкових мір опору, з якими порівнюються невідомі опори.

Найпростіший спосіб вимірювання опорів — метод амперметра і вольтметра. За цим методом величину невідомого опору вираховують використовуючи закон Ома для ділянки кола:

(3.2.1).

де U, I — відповідно напруга і сила струму на даній ділянці.

На рис. 3.2.1 та 3.2.2 наведено дві можливі схеми для визначення невідомого опору.

Першу схему використовують для вимірювання малих опорів (порівняно з опором вольтметра). Амперметр у цій схемі вимірює загальний струм, який протікає і по опору R_Х, і по обмотці вольтметра. Якщо опір R_Х малий, то по ньому проходить майже весь струм, оскільки струм, який тече через вольтметр, дуже малий.

Невідомий опір можна знайти за формулою.

(3.2.2).

де R_В — опір вольтметра. З формул (3.2.1) і (3.2.2) видно, що R_Х. Причому, чим більший опір вольтметра, тим ближче R до R_Х.

Другу схему використовують для вимірювання великих опорів (порівняно з опором амперметра). Вольтметр у цій схемі вимірює спад напруги і на опорі R_Х, і на обмотці амперметра. Оскільки опір R_Х дуже великий, на нього витрачається майже вся напруга мережі.

Невідомий опір можна знайти за формулою.

(3.2.3).

де R_А — опір амперметра. З формул (3.2.1) і (3.2.3) видно, що R>R_Х. Причому, чим менший опір амперметра, тим ближче R до R_Х.

Метод амперметра і вольтметра застосовують тоді, коли можна обійтись без великої точності вимірювань.

Хід роботи

Зібрати коло за схемою на рис. 3.2.1.

1. Увімкнути вимикач, записати покази вольтметра та амперметра при трьох різних значеннях сили струму. Результати вимірювань занести до табл. 3.2.1.

Таблиця 3.2.1

2. Зібрати коло за схемою на рис. 3.2.2 та зробити аналогічні вимірювання. Результати занести до табл. 3.2.2.

Таблиця 3.2.2.

• 3. Підрахувати вимірюваний опір, знайти його середнє значення.
• 4. Обчислити вимірюваний опір за формулою (3.2.1). Знайти середнє значення результатів для кожної схеми вмикання приладів.
• 5. Виразити у процентах, наскільки відрізняються результати наближених підрахунків за формулою (3.2.1) від середнього значення вимірюваного опору.

Контрольні запитання

Виведіть закон Ома в диференціальній формі.

Що таке опір провідників? Як залежить опір провідників від температури?

Як складаються рівняння Кірхгофа? Якими міркуваннями необхідно керуватись, щоб не виписувати зайвих рівнянь Кірхгофа?

Які є способи вимірювання опорів?

Як вмикається вольтметр у мережу?

Чи можна підключити амперметр паралельно мережі? Чому?

Які спотворення вносить підключення вольтметра в мережу?

Які спотворення вносить підключення амперметра в мережу?

Які спотворення вносять у мережу вольтметр і амперметр?

Чи будуть точними значення R_Х, які розраховані за формулою (3.2.1)?