Чому покази вольтметра різні при розімкнутому і замкнутому вимикачі?

Вольтметр – це прилад, що використовується для вимірювання напруги між двома точками електричного кола. Пристрій вимірює силу струму, яка проходить через його опір. Цим він схожий на амперметр – прилад для вимірювання сили електричного струму. Покази вольтметра не завжди однакові, особливо при розімкнутому й замкнутому вимикачі. Коли вимикач замкнений, електричне коло не працює. Відповідно, в ньому немає струму і напруги бути не може. Вольметр підключається паралельно до ділянки кола, на якій потрібно виміряти напругу. Прилад лише в незначній мірі впливає на проходження струму через коло. Це забезпечує йому великий опір. Завдяки вмиканню до вольтметра додаткових резисторів, можна розширити діапазон його вимірювання.

20.4: Вольтметри і амперметри

Вольтметри і амперметри вимірюють напругу і струм відповідно ланцюга. Деякі лічильники в автомобільних приладових дошках, цифрових камерах, стільникових телефонах і тюнер-підсилювачах – це вольтметри або амперметри.

Вольтметри та амперметри: Короткий вступ до вольтметрів та амперметрів для вступних студентів фізики.

Вольтметри

Вольтметр – це прилад, який вимірює різницю електричного потенціалу між двома точками в електричному ланцюзі. Аналоговий вольтметр переміщує покажчик по шкалі пропорційно напрузі ланцюга; цифровий вольтметр забезпечує числове відображення. Будь-яке вимірювання, яке можна перетворити на напругу, може відображатися на належним чином каліброваному лічильнику; такі вимірювання включають тиск, температуру та витрату.

Вольтметр: демонстраційний вольтметр з класу фізики

Для того щоб вольтметр міг виміряти напругу пристрою, він повинен бути підключений паралельно цьому приладу. Це необхідно тому, що об’єкти паралельно відчувають однакову різницю потенціалів.

Вольтметр паралельно: (а) Для вимірювання різниці потенціалів у цій послідовній схемі вольтметр (V) розміщується паралельно джерелу напруги або будь-якому з резисторів. Зверніть увагу, що напруга клеми вимірюється між точками a і b Неможливо підключити вольтметр безпосередньо через ЕРС без включення його внутрішнього опору, р. (b) Цифровий вольтметр, що використовується

Амперметри

Амперметр вимірює електричний струм в ланцюзі. Назва походить від назви одиниці СІ для електричного струму, ампер (А).

Для того щоб амперметр міг вимірювати струм приладу, його потрібно послідовно підключити до цього пристрою. Це необхідно, тому що об’єкти в серії відчувають однаковий струм. Вони не повинні бути підключені до джерела напруги – амперметри призначені для роботи під мінімальним навантаженням (що відноситься до падіння напруги на амперметрі, як правило, невелика частка вольта).

Амперметр в серії: Амперметр (A) поміщається послідовно для вимірювання струму. Весь струм в цьому ланцюзі протікає через лічильник. Амперметр мав би однакові показники, якщо він розташований між точками d та e або між точками f та a, як це робиться у показаному положенні. (Зверніть увагу, що сценарій капітал E розшифровується як ЕРС, а r означає внутрішній опір джерела різниці потенціалів.)

Гальванометри (аналогові лічильники)

Аналогові лічильники мають голки, які обертаються, щоб вказувати на цифри на шкалі, на відміну від цифрових лічильників, які мають числові показання.Серцем більшості аналогових лічильників є пристрій, званий гальванометром, позначається G. Потік струму через гальванометр, I _G, виробляє пропорційний рух, або відхилення голки.

Дві найважливіші характеристики будь-якого гальванометра – це його опір та чутливість до струму. Чутливість струму – це струм, який дає повномасштабне відхилення голки гальванометра – іншими словами, максимальний струм, який прилад може виміряти. Наприклад, гальванометр з чутливістю струму 50 мкА має максимальний прогин своєї голки, коли через неї протікає 50 мкА, знаходиться на півдорозі шкали, коли через неї протікає 25 мкА і так далі.

Якщо такий гальванометр має опір 25 Ом, то напруга тільки \(\mathrm\) видає повномасштабне показання. Підключаючи резистори до цього гальванометра різними способами, ви можете використовувати його як вольтметр або амперметр для вимірювання широкого діапазону напруг або струмів.

Гальванометри як вольтметри

Гальванометр може функціонувати як вольтметр при послідовному з’єднанні з великим опором R. Значення R визначається максимальною напругою, яке буде вимірюватися. Припустимо, ви хочете, щоб 10 В видали повномасштабний прогин вольтметра, що містить гальванометр 25 Ом з чутливістю 50 мкА. Тоді 10 В, що подається на лічильник, повинен видавати струм 50 мкА. Загальний опір повинен бути:

\[\mathrm < R >= \mathrm < R >_ < \mathrm < tot >> – \mathrm < r >= 200 \mathrm < k >\Omega – 25 \Omega \approx 200 \mathrm < k >\Omega\]

(R настільки великий, що опір гальванометра, r, майже незначний.) Зверніть увагу, що 5 В, застосований до цього вольтметра, виробляє прогин напівшкали, посилаючи струм 25 мкА через лічильник, і тому показання вольтметра пропорційні напрузі, за бажанням. Цей вольтметр не був би корисним для напруг менше приблизно половини вольта, оскільки відхилення лічильника було б занадто малим, щоб точно зчитувати. Для інших діапазонів напруги інші опори розміщуються послідовно з гальванометром. Багато лічильників дозволяють вибрати шкали, що передбачає перемикання відповідного опору в послідовність з гальванометром.

Гальванометри як амперметри

Той же гальванометр може функціонувати і як амперметр, коли він розміщений паралельно з невеликим опором R, часто званим шунтуючим опором. Так як опір шунта невелике, велика частина струму проходить через нього, дозволяючи амперметру вимірювати струми набагато більші, ніж ті, які видавали б повномасштабний прогин гальванометра.

Припустимо, наприклад, нам потрібен амперметр, який дає повномасштабний прогин на 1,0 А і який містить той же 25-Ом гальванометр з чутливістю 50 мкА. Так як R і r знаходяться паралельно, напруга на них однакове.

Вирішуючи для R, і зазначивши, що IG дорівнює 50 мкА, а I – 0.999950 A, ми маємо:

Нульові вимірювання

Нульові вимірювання врівноважують напруги, тому через вимірювальні прилади не протікає струм, який би заважав вимірюванню.

Нульові вимірювання

Стандартні вимірювання напруги та струму змінюють ланцюги, вводячи числові невизначеності. Вольтметри витрачають деякий додатковий струм, тоді як амперметри зменшують витрату струму. Нульові вимірювання врівноважують напруги, тому через вимірювальний прилад не протікає струм і ланцюг незмінний. Нульові вимірювання, як правило, більш точні, але складніші, ніж стандартні вольтметри та амперметри. Їх точність все ще обмежена.

Потенціометр

При вимірюванні ЕРС батареї і підключенні батареї безпосередньо до стандартного вольтметра, як показано в, фактична величина виміряна напруга клеми V. Напруга пов’язана з ЕРС батареї по V = ЕРС − Ir, де I – струм, який протікає і r – внутрішній опір акумулятора.

Вольтметр, підключений до акумулятора: Аналоговий вольтметр, прикріплений до акумулятора, витягує невеликий, але ненульовий струм і вимірює напругу на клемі, яка відрізняється від ЕРС акумулятора. (Зверніть увагу, що сценарій великої E символізує електрорушійну силу, або ЕРС.) Так як внутрішній опір батареї точно не відомо, точно розрахувати ЕРС не представляється можливим.

ЕРС можна було б точно розрахувати, якби були відомі r, що рідко. Якщо струм I можна було зробити нулем, то V = ЕРС, а ЕРС можна було б безпосередньо виміряти. Однак стандартним вольтметрам потрібен струм для роботи.

Потенціометр – це нульовий вимірювальний прилад для вимірювання потенціалів (напруг). До резистору R підключається джерело напруги, пропускаючи через нього постійний струм. Відбувається стійке падіння потенціалу (ІЧ-падіння) уздовж проводу, тому змінний потенціал виходить через контакт по проводу.

Невідома ЕРС _x (представлена сценарієм E _x), з’єднана послідовно гальванометром, показана в. Зверніть увагу, що ЕРС _х протистоїть іншому джерелу напруги. Розташування контактної точки регулюється до тих пір, поки гальванометр не зчитує нуль. Коли гальванометр зчитує нуль, ЕРС _х = ІК х, де R _x – опір перетину дроту аж до точки контакту. Оскільки через гальванометр не протікає струм, жоден не протікає через невідому ЕРС, а ЕРС _х відчувається.

Потенціометр: Потенціометр – це нульовий вимірювальний прилад. (А.) Джерело напруги, підключене до довгого дротового резистору, пропускає через нього постійний струм I. (б.) Невідома ЕРС (позначена сценарієм Ex) підключається, як показано на малюнку, і точка дотику вздовж R регулюється до тих пір, поки гальванометр не зчитує нуль. Відрізок дроту має опір Rx і скрипт ex=IRx, де I не впливає на з’єднання, так як через гальванометр струм не протікає. Невідома ЕРС, таким чином, пропорційна опору відрізка дроту.

Стандартна ЕРС підставляється на ЕРС _х, а точка контакту регулюється до тих пір, поки гальванометр не зчитує нуль, так що _{ЕРС s} = ІК _s. В обох випадках через гальванометр не проходить струм. Струм I через довгий провід ідентичний. Беручи коефіцієнт ЕРС _{х /ЕРС s}, я скасовує, а рішення для ЕРС _х дає те, що видно в.

Оскільки для R використовується довгий рівномірний провід, співвідношення опорів R _{x/R s} таке ж, як співвідношення довжин дроту, які нульові гальванометра для кожної ЕРС. Три величини в правій частині рівняння тепер відомі або виміряні, і ЕРС _х можна обчислити. Часто в цьому розрахунку менше невизначеності, ніж при безпосередньому використанні вольтметра, але він не дорівнює нулю. Завжди є певна невизначеність в співвідношенні опорів R _{x/R s} і в стандартних ЕРС. Крім того, неможливо сказати, коли гальванометр зчитує рівно нуль, що вводить похибку як в R _x, так і R _s, а також може вплинути на струм I.

Вимірювання опору

Багато так звані омметри вимірюють опір. Найчастіше омметри подають напругу на опір, вимірюють струм і обчислюють опір, використовуючи закон Ома. Їх зчитування – це розрахунковий опір. Прості конфігурації з використанням стандартних вольтметрів і амперметрів мають обмежену точність, тому що лічильники змінюють як напругу, що подається на резистор, так і струм, що протікає через нього. Міст Уїтстона – це нульовий вимірювальний прилад для розрахунку опору шляхом балансування падінь потенціалу в ланцюзі. Пристрій називається мостом тому, що гальванометр утворює міст між двома гілками. Різноманітні мостові пристроївикористовуються для проведення нульових вимірювань в схемах. Резистори R ₁ і R ₂ точно відомі, тоді як стрілка через R ₃ вказує на те, що це змінний опір. Значення R ₃ можна точно прочитати. При невідомому опорі Rx в ланцюзі R ₃ регулюється до тих пір, поки гальванометр не зчитує нуль.

Вітстоунський міст: Міст Уїтстоун використовується для обчислення невідомих опорів. Змінний опір R3 регулюється до тих пір, поки гальванометр не зчитує нуль при закритому вимикачі. Це спрощує схему, дозволяючи розраховувати Rx виходячи з ІЧ-крапель.

Різниця потенціалів між точками b і d дорівнює нулю, що означає, що b і d знаходяться в одному потенціалі. При відсутності струму, що проходить через гальванометр, він не впливає на решту ланцюга. Так гілки abc і adc знаходяться паралельно, і кожна гілка має повну напругу джерела. Оскільки b і d знаходяться в одному потенціалі, то ІЧ-падіння вздовж ad повинно дорівнювати ІЧ-краплі вздовж ab. Знову ж таки, оскільки b і d знаходяться в одному і тому ж потенціалі, то ІЧ-падіння по dc повинно дорівнювати ІЧ-падінню вздовж bc. Це рівняння використовується для обчислення невідомого опору, коли струм через гальванометр дорівнює нулю. Цей спосіб може бути дуже точним, але обмежений двома факторами. По-перше, не можна, щоб струм через гальванометр дорівнював рівно нулю. По-друге, завжди є невизначеності в R ₁, R ₂ і R ₃, які сприяють невизначеності в R _x.

Ключові моменти

• Вольтметр – це прилад, який використовується для вимірювання різниці електричних потенціалів між двома точками в електричному ланцюзі.
• Амперметр – це вимірювальний прилад, який використовується для вимірювання електричного струму в ланцюзі.
• Вольтметр підключається паралельно приладу для вимірювання його напруги, в той час як амперметр підключається послідовно з приладом для вимірювання його струму.
• В основі більшості аналогових лічильників лежить гальванометр, прилад, який вимірює потік струму за допомогою руху або відхилення голки. Прогин голки виробляється магнітною силою, що діє на струмоведучий провід.
• Вимірювання напруг і струму за допомогою стандартних вольтметрів і амперметрів змінюють вимірювану схему, вносячи невизначеності. Вольтметри витрачають деякий додатковий струм, тоді як амперметри зменшують витрату струму.
• Нульові вимірювання застосовуються для зменшення невизначеності вимірюваної напруги та струму.
• Потенціометр і міст Уїтстона – це два методи для проведення нульових вимірювань.
• Потенціометр – це прилад, який вимірює невідому напругу, протиставляючись відомому напрузі, не витягуючи струм від вимірюваного джерела напруги.
• Міст Уїтстона – це електрична схема, яка використовується для вимірювання невідомого електричного опору шляхом балансування двох ніжок мостової схеми, одна ніжка якої включає невідомий компонент.

Ключові умови

• опір шунта: невеликий опір R, розміщений паралельно гальванометру G для отримання амперметра; чим більший струм, який потрібно вимірювати, тим менше R повинен бути; більша частина струму, що протікає через лічильник, шунтується через R для захисту гальванометра
• гальванометр: Аналоговий вимірювальний прилад, позначений G, який вимірює потік струму за допомогою відхилення голки, викликаного силою магнітного поля, що діє на струмопровідний провід.
• нульові вимірювання: методи вимірювання струму і напруги більш точно, врівноважуючи ланцюг, щоб через вимірювальний прилад не протікав струм
• потенціометр: прилад, який вимірює напругу, протиставляючи його точною часткою відомої напруги, і не витягуючи струм з невідомого джерела.
• Міст Wheatstone: Прилад, який використовується для вимірювання невідомого електричного опору шляхом балансування двох ніжок мостової схеми, одна ніжка якої включає невідомий компонент.

CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ КОНТЕНТ, РАНІШЕ ДІЛИВСЯ

• Курація та доопрацювання. Надано: Boundless.com. Ліцензія: CC BY-SA: Із Зазначенням Авторства

CC ЛІЦЕНЗОВАНИЙ ВМІСТ, СПЕЦИФІЧНА АТРИБУЦІЯ

• Коледж OpenStax, Коледж фізики. 18 вересня 2013 року. Надається: OpenSTAX CNX. Знаходиться за адресою: http://cnx.org/content/m42360/latest/?collection=col11406/1.7. Ліцензія: CC BY: Зазначення авторства
• Вольтметри. Надано: Вікіпедія. Знаходиться за адресою: uk.wikipedia.org/wiki/Вольтметри. Ліцензія: CC BY-SA: Із Зазначенням Авторства
• Амперметри. Надано: Вікіпедія. Розташований за адресою: uk.wikipedia.org/Wiki/Амперметри. Ліцензія: CC BY-SA: Із Зазначенням Авторства
• Безмежний. Надано: Безмежне навчання. Розташований за адресою: www.boundless.com//physic/визначення/гальванометр. Ліцензія: CC BY-SA: Із Зазначенням Авторства
• Безмежний. Надано: Безмежне навчання. Розташований за адресою: www.boundless.com//фізика/визначення/шунт-опір. Ліцензія: CC BY-SA: Із Зазначенням Авторства
• Коледж OpenStax, Коледж фізики. 25 жовтня 2012 року. Надається: OpenSTAX CNX. Знаходиться за адресою: http://cnx.org/content/m42360/latest/?collection=col11406/latest. Ліцензія: CC BY: Зазначення авторства
• Вольтметри і амперметри. Знаходиться за адресою: http://www.youtube.com/watch?v=z6-c4jLXkMo. Ліцензія: Суспільне надбання: Немає відомих авторських прав. Умови ліцензії: Стандартна ліцензія YouTube
• Коледж OpenStax, Коледж фізики. 25 жовтня 2012 року. Надається: OpenSTAX CNX. Знаходиться за адресою: http://cnx.org/content/m42360/latest/?collection=col11406/latest. Ліцензія: CC BY: Зазначення авторства
• Вольтметри. Надано: Вікіпедія. Знаходиться за адресою: uk.wikipedia.org/wiki/Вольтметри. Ліцензія: CC BY: Зазначення авторства
• Потенціометр (вимірювальний прилад). Надано: Вікіпедія. Розташований за адресою: uk.wikipedia.org/wiki/потенціометр_ (вимірювання_інструмент). Ліцензія: CC BY-SA: Із Зазначенням Авторства
• Коледж OpenStax, Коледж фізики. 18 вересня 2013 року. Надається: OpenSTAX CNX. Знаходиться за адресою: http://cnx.org/content/m42362/latest/?collection=col11406/latest. Ліцензія: CC BY: Зазначення авторства
• Вітстоунський міст. Надано: Вікіпедія. Розташовано за адресою: uk.wikipedia.org/wiki/Пшеничний камінь. Ліцензія: CC BY-SA: Із Зазначенням Авторства
• потенціометр. Надано: Вікісловник. Розташований за адресою: en.wiktionary.org/wiki/потенціометр. Ліцензія: CC BY-SA: Із Зазначенням Авторства
• Безмежний. Надано: Безмежне навчання. Розташований за адресою: www.boundless.com//фізика/визначення/нульові вимірювання. Ліцензія: CC BY-SA: Із Зазначенням Авторства
• Вітстоунський міст. Надано: Вікісловник. Розташоване за адресою: uk.wiktionary.org/wiki/Пшеничний камінь. Ліцензія: CC BY-SA: Із Зазначенням Авторства
• Коледж OpenStax, Коледж фізики. 25 жовтня 2012 року. Надається: OpenSTAX CNX. Знаходиться за адресою: http://cnx.org/content/m42360/latest/?collection=col11406/latest. Ліцензія: CC BY: Зазначення авторства
• Вольтметри і амперметри. Знаходиться за адресою: http://www.youtube.com/watch?v=z6-c4jLXkMo. Ліцензія: Суспільне надбання: Немає відомих авторських прав. Умови ліцензії: Стандартна ліцензія YouTube
• Коледж OpenStax, Коледж фізики. 25 жовтня 2012 року. Надається: OpenSTAX CNX. Знаходиться за адресою: http://cnx.org/content/m42360/latest/?collection=col11406/latest. Ліцензія: CC BY: Зазначення авторства
• Вольтметри. Надано: Вікіпедія. Знаходиться за адресою: http://en.Wikipedia.org/wiki/Voltmeters. Ліцензія: CC BY: Зазначення авторства
• Коледж OpenStax, Коледж фізики. 26 жовтня 2012 року. Надається: OpenSTAX CNX. Знаходиться за адресою: http://cnx.org/content/m42362/latest/?collection=col11406/latest. Ліцензія: CC BY: Зазначення авторства
• Коледж OpenStax, Коледж фізики. 26 жовтня 2012 року. Надається: OpenSTAX CNX. Знаходиться за адресою: http://cnx.org/content/m42362/latest/?collection=col11406/latest. Ліцензія: CC BY: Зазначення авторства
• Коледж OpenStax, Коледж фізики. 26 жовтня 2012 року. Надається: OpenSTAX CNX. Знаходиться за адресою: http://cnx.org/content/m42362/latest/?collection=col11406/latest. Ліцензія: CC BY: Зазначення авторства

Recommended articles

1. Article type Section or Page Show Page TOC No on Page
2. Tags
   1. authorname:boundless
   2. galvanometer
   3. null measurements
   4. potentiometer
   5. Shunt resistance
   6. source[translate]-phys-14567
   7. Wheatstone bridge