Вимірювання сили струму і напруги.

Вимірювання сили струму.

 

Силу струму вимірюють за допомогою приладів, які називаються гальванометри. Сила струму – це кількість заряду, що переноситься через провідник за одиницю часу. Безпосередньо виміряти скільки переноситься заряду неможливо. Тому для вимірювання сили струму використовують дію самого струму. Це може бути теплова дія – при проходженні струму провідник нагрівається і при цьому видовжується. Це видовження можна виміряти. Тому що видовження пропорційне силі струму, то таким чином можна виміряти і силу струму. Найпростіший тип гальванометра зображено на мал.1.

 

 

 

Мал. 1. Принцип дії теплового амперметра: 1 – тонка дротина, 2 – нитка, О – стрілка.

а) струм через дротину не тече, б) струм тече через амперметр.

 

По тонкій дротині 1, закріпленій на кінцях, пропускають струм. До середини дротини прикріплено один кінець міцної нитки 2, яку накручено на стрілку О. Другий кінець нитки прикріплено до розтягнутої пружини. При пропусканні струму дротина нагрівається і видовжується, при цьому нитка, відтягнута пружиною, повертає стрілку на деякий кут, який залежить від видовження дротини, а, значить, і від сили струму. На шкалі гальванометра проставляють цифри, які вказують силу струму в амперах (або міліамперах). В цьому випадку гальванометр називається амперметром (або міліамперметром).

Для вимірювання сили струму амперметр вмикають в коло послідовно, щоб через нього пройшов повний струм. Якщо опір амперметра , а опір кола , то повний опір буде:

= + = (1+ / )

Звідси видно, що опір амперметра має бути малим порівняно з опором кола. Тому амперметри виготовляють з дуже малим опором (десяті або соті долі ома).

 

Вимірювання напруги.

Напругу в електричному колі вимірюють також гальванометром, тому що напруга, згідно з законом Ома, пропорційна силі струму:

,

де - внутрішній опір гальванометра (опір тих частин гальванометра, по яких тече струм). Але тепер шкалу гальванометра треба проградуювати в вольтах, і тому такий гальванометр називають вольтметром. Вольтметр вмикають паралельно до ділянки кола, напругу на якій хочемо виміряти.

.

Мал. 2.

Наприклад, хочемо виміряти напругу на лампочці. Напруга на лампочці і на вольтметрі однакова. Повний опір кола буде дорівнювати:

,

де - опір лампочки, а - опір вольтметра. Отже, чим більший опір вольтметра, тим менше загальний опір відрізняється від опору лампочки, і тим менша похибка вноситься вольтметром. Тому вольтметр повинен мати великий опір (декілька тисяч ом).

Крім вищезгаданого, існують гальванометри, принцип дії яких полягає у взаємодії магнітного поля магніту зі струмом, що протікає через рухому котушку (рамку) (мал.3)

 

Мал. 3. Мал. 4.

 

Принцип дії такого гальванометра: рухома рамка S (до якої приєднана стрілочка) розміщена між полюсами магніту. При пропусканні струму через рамку виникає момент сили Ампера, внаслідок якого рамка повертається на деякий кут , який залежить прямо пропорційно від сили струму : = , де - коефіцієнт пропорційності, що залежить від конструкції приладу. Отже, шкала такого приладу рівномірна.

Електромагнітні гальванометри (мал.4) складаються з прямокутної котушки з вузькою щілиною. Сердечник виготовлений з м’якого заліза і закріплений ексцентрично на осі разом зі стрілкою , спіральною пружиною . При протіканні струму через котушку всередині котушки виникає магнітне поле, під дією якого сердечник повертається довкола осі і втягується в щілину котушки. При зростанні струму зростає індукція магнітного поля в щілині котушки і збільшується намагнічення сердечника, а тому сердечник більше втягується в щілину і на більший кут повертається стрілка. Залежність кута відхилення стрілки від сили струму є квадратичною (), тому шкала такого гальванометра є нерівномірною.

 

Лабораторна робота 2-2