Вказівки до виконання роботи

Для виконання роботи необхідно вивчити такий теоретичний матеріал: електричний струм; сила струму та його густина; закон Ома для ділянки кола; опір провідників; правила Кірхгофа для розгалужених кіл.

[1, т.2, §§ 2.1-2.3, 2.6; 2, §§ 96–98, 100, 101; 3, т.1, §§8, 31, 33-36]

У колах постійного та змінного струмів для вимірювання сили струму використовують амперметри, а для вимірювання напруги − вольтметри. Ці прилади виготовляються на основі одного й того ж самого вимірювального приладу – гальванометра і відрізняються один від одного внутрішнім опором та шкалами.

Як і до інших вимірювальних приладів, до амперметрів та вольтметрів ставляться такі вимоги: їхнє вмикання у коло не повинно призводити до помітної зміни режиму роботи всього кола або окремих його ділянок. Це досягається тим, що під час кожного конкретного вимірювання сили струму або напруги відповідні вимірювальні прилади підбираються з урахуванням їх власного опору.

Для того, щоб виміряти величину струму, необхідно через прилад пропустити увесь цей струм або наперед відому його частину, тому амперметр потрібно вмикати послідовно у розрив тієї ділянки мережі, де необхідно виміряти струм. Однак при такому підключенні опір амперметра збільшить загальний опір кола і зменшить струм у ньому. Щоб цього не сталося, обмотку амперметрів роблять із невеликої кількості витків дроту, великої товщини. Завдяки цьому обмотка має невеликий опір.

Щоб одним і тим самим амперметром можна було вимірювати великі струми, паралельно йому вмикають шунт − провідник із малим відомим опором, меншим за опір амперметра. Опір шунта має бути таким, щоб через гальванометр проходив струм не більше допустимого значення, а основна частина струму проходила через шунт. Опір шунта розраховують за формулою

, (3.3.1)

де I_Г − значення сили струму, на яку розрахований гальванометр (амперметр), I − значення сили струму, яку потрібно виміряти цим гальванометром (амперметром), R_Г− опір гальванометра.

Для вимірювання напруги між будь-якими двома точками електричного кола до них підключають вольтметр, при цьому частина струму буде відгалужуватись через нього. Щоб зменшити вплив вольтметра на коло, опір вольтметра роблять якомога більшим − значно більшим, ніж опір ділянки кола. Тому струм, який проходить через вольтметр, дуже малий.

Для вимірювання дуже великої напруги до гальванометра послідовно вмикають додатковий достатньо великий опір. При цьому загальний опір збільшується і струм у ньому, навіть при значній напрузі, не перевищує величини, допустимої для даного гальванометра. Додатковий опір розраховують за формулою

, (3.3.2)

де U − напруга, яку необхідно виміряти.

Амперметри, як і вольтметри, часто виготовляють на різні діапазони струмів чи напруг. Для цього в корпусі приладу монтують два або декілька шунтів (чи додаткових опорів), які перемикачем з’єднуються з клемами гальванометра.

Важливими характеристиками електровимірювальних приладів є ціна поділки шкали та клас точності приладу. Ціна поділки К визначається значенням вимірюваної фізичної величини, яке відповідає одній поділці шкали. Для цього необхідно поділити максимальну силу струму (напругу), яку вимірює даний прилад, на число поділок на шкалі приладу. В приладах, які мають кілька діапазонів вимірювання, максимальна сила струму (напруга) вказується біля перемикача діапазонів або біля відповідної клеми приладу.

Іноді, особливо для приладів, розрахованих для вимірювання малих значень струмів та напруг, зручно розглядати не ціну поділки шкали, а чутливість приладу S, яка визначається лінійним або кутовим переміщенням покажчика (стрілки), що відповідає одиниці вимірюваної величини. Ціна поділки шкали та чутливість приладу обернено пропорційні одна одній, тобто

. (3.3.3)

У даній роботі за показами приладів з відомою ціною поділки шкали (еталонних) потрібно визначити ціну поділки шкали гальванометра, тобто проградуювати його. Для зміни сили струму при градуюванні гальванометра як амперметра використовується реостат (рис. 3.3.1). У цьому разі змінний опір R вмикається в коло послідовно. Для плавного регулювання струму змінний опір підбирається невеликим (кілька десятків Ом). Для зміни напруги при градуюванні гальванометра як вольтметра використовується потенціометр (подільник або регулятор напруги) (рис. 3.3.2). У цьому разі загальний опір потенціометра повинен бути великим (декілька сотень Ом).

Хід роботи

А. Градуювання гальванометра як амперметра.

1. Зібрати коло за схемою (рис. 3.3.1).

2. Змінюючи за допомогою реостата силу струму в колі, записати в таблицю 3.3.1 показання еталонного (в амперах) та градуйованого (в поділках) приладів.

3. За отриманими даними побудувати графік залежності показань градуйованого приладу від струму.

4. Користуючись графіком, визначити ціну поділки шкали градуйованого приладу.

5. Розрахувати за допомогою формули (3.3.3) чутливість градуйованого

приладу.

6. Розрахувати за допомогою формули (3.3.1) величину опору шунта .

Таблиця 3.3.1

№, пор.	n, поділок	I, A	K, А/поділ.	S, поділ./А

Б. Градуювання гальванометра як вольтметра.

1. Зібрати коло за схемою (рис. 3.3.2).

2. Змінюючи напругу, записати до таблиці 3.3.2 показання еталонного (у вольтах) та градуйованого (в поділках) приладів.

3. За отриманими даними побудувати графік залежності показань градуйованого приладу від напруги.

4. Користуючись графіком, визначити ціну поділки шкали градуйованого приладу.

5. Розрахувати за допомогою формули (3.3.3) чутливість градуйованого приладу.

6. Розрахувати за допомогою формули (3.3.2) величину додаткового опору .

Таблиця 3.3.2

№, пор.	n, поділок	U, В	K, В/поділ.	S, поділ./В

Контрольні запитання

1. Що називають електричним струмом?

2. Дайте означення сили струму та густини струму.

3. Що таке напруга на ділянці кола?

4. Дайте означення опору. Від яких величин і як залежить опір провідника?

5. Що таке шунт? Як його використовують та яким чином вмикають в коло?

6. В яких випадках виникає потреба у застосуванні додаткового опору (шунта)?

7. Як розрахувати опір шунта? додаткового опору?

8. Що таке ціна поділки і чутливість приладу?

9. Сформулюйте правила Кірхгофа. Доповніть їх правилами знаків.