 |
Измерение напряжения. Обоснование метода
|
|
|
|
Измерение напряжения
Для измерения величины напряжения U на каком-либо участке электрической цепи Rн параллельно этому участку подключается вольтметр (рис. 6). Чтобы вольтметр не вносил заметных искажений в измеряемое напряжение и не создал значительных потерь энергии, сопротивление его обмотки 
выполняют достаточно большим (от 104 до 106 Ом). Любой вольтметр рассчитан на предельное напряжение 
. Для измерения напряжений больших предельного 
, последовательно с обмоткой вольтметра включают добавочный резистор с сопротивлением 
(рис. 6). При этом на прибор приходится лишь часть измеряемого напряжения U, по-прежнему равная 
, а оставшаяся часть 
будет приходиться на добавочное сопротивление. При этом справедливы следующие выражения:
| |||||||
| Рис. 6. Измерение напряжения |
Решая полученную систему уравнений, получим:
(4)
Шкала прибора часто градуируется с учетом включенного добавочного резистора, особенно для многопредельных приборов.
Обоснование метода
Любой элемент электрической цепи обладает сопротивлением, которое возникает при протекании тока вследствие взаимодействия движущихся зарядов с атомами проводника. Согласно закону Ома, если к проводнику приложить разность потенциалов, то в нем возникнет электрический ток, величина которого обратно пропорциональна сопротивлению проводника и прямо пропорциональна приложенному напряжению. В случае, когда сопротивление не изменяется, сила тока зависит только от величины прикладываемого напряжения.
Таким образом, измерив силу тока в проводнике и напряжение, приложенное к нему, можно определить сопротивление, которым данный проводник обладает, по формуле:
|
|
|
(5)
Для измерения сопротивления при помощи амперметра и вольтметра собирается одна из схем, представленных на рисунке 7.
| ||||||||||
| Рис. 7. Схемы включения амперметра и вольтметра для измерения сопротивления |
В схеме, расположенной вверху на рисунке 7, амперметр А измеряет ток, текущий через исследуемое сопротивление, так что показание амперметра, которое обозначим через Iх, дает ток в измеряемом сопротивлении Rх. Но вольтметр V измеряет падение напряжения на участке цепи, куда входит не только измеряемое сопротивление Rх, но и сопротивление амперметра RА. Поэтому показание вольтметра не равно Uх и тогда значение Rх будет определяться как:
(6)
Сопротивление амперметра можно не учитывать только в том случае, когда оно много меньше исследуемого.
В нижней схеме (рис. 7) вольтметр измеряет падение напряжения на концах измеряемого сопротивления Rх, так что U=Uх, но амперметр А измеряет не силу тока Iх в измеряемом сопротивлении, а сумму токов, Iх + IV где IV – сила тока в ветви, содержащей вольтметр. Таким образом, показание амперметра:
откуда
Следовательно, формула для определения сопротивления примет вид:
(7)
Из данной формулы видно, что измеряемое сопротивление будет определяться отношением напряжения к силе тока только в том случае, когда оно во много раз меньше чем сопротивление вольтметра.
Довольно часто сопротивления вольтметров и амперметров указываются на лицевой панели прибора.
|
|
|
