Активтік кедергіні амперметр және вольтметр көмегімен өлш

Электр тогы деп электр зарядтарының реттелген (бағытталған) қозғалысы айтылатыны белгілі. Егер токтың күші және бағыты уақытқа байланысты өзгермейтін болса, онда мұндай ток тұрақты ток болады. Тұрақты ток бағынатын негізгі заң – Ом заңы. Осы заңға сәйкес, тосын күштер әсер етпейтін тізбек бөлігіндегі (тізбектің біртекті бөлігі) өткізгіш бойымен ағатын ток күші өткізгіштің шеттеріндегі потенциалдар айырмасына (кернеуге) тура, ал оның кедергісіне кері пропорционал болады, яғни

Электр тізбегіндегі тұрақты токты қамтамасыз ету үшін электр қозғаушы күш үздіксіз әсер етуі қажет, өйткені заряд тасымалдаушылар реттелген қозғалыс жасаған кезде қайсыбір кедергіге кездеседі. Металл өткізгіштердің кедергісін кристалдық тордың түйіндерінде орналасқан атомдармен (иондармен) өріс әсерінен реттелген қозғалыс жасайтын еркін өткізгіштік электрондардың әсерлесуімен (шашырауымен) сапалы түрде түсіндіруге болады. Жылулық тербелмелі қозғалыс күйінде тұрған атомдар (иондар) электрондардың орын ауыстыруына кедергі жасайды, осыдан ток күші кемиді.

Өткізгіштің кедергісі деп токтың жүруіне өткізгіштің қиындық келтіретін қасиетін сипаттайтын физикалық шаманы айтады. Кедергі өткізгіштің материалына, оның геометриялық пішіні мен мөлшеріне, температураға және де токтың өткізгіш бойына қалай таралғандығына (конфигурациясына) тәуелді. Ұзындығы , көлденең қимасы S  біртекті цилиндр тәрізді өткізгіштің кедергісі былай анықталады: , мұндағы– меншікті электр кедергі.

СИ жүйесінде кедергі Оммен өлшенеді. 1 Ом деп өткізгіштің екі шетінде потенциалдар айырмасы 1 В болған жағдайда күші 1 А тұрақты ток жүретін өткізгіш кедергісін айтады. Үлкен кедергілерді өлшеу үшін мынадай өлшем бірліктері қолданылады: 1кОм=10³ Ом, 1 МОм=10⁶ Ом.

Токты өлшеу. Ток күшін өлшеуге арналған прибор амперметр деп аталады. Ол тізбектің ток күші өлшенетін бөлігіне тізбектеп қосылады. Амперметрдіңішкі (меншікті) кедергісі мүмкіндігінше аз болуға тиіс. Сонда амперметрді тізбекке қосқанда тізбектің осы бөлігінің кедергісі іс жүзінде өзгеріссіз қалады да, прибор тұтынатын қуат елеусіз аз болады. Осылай қосылған амперметрлер токты тікелей бақалайтын приборлар ретінде қолданылады, бұлар өлшенетін токтың сандық мәндерін көрсетеді.

Жұмыс істеу негізіне қарай амперметрлер магнитоэлектрлік және электромагниттік болып бөлінеді. Магнитоэлектрлік жүйедегі амперметрдің жұмыс істеуі тұрақты магниттің магнит өрісімен өлшенетін ток өтетін қозғалмалы контурдың әсерлесуіне, ал электромагниттік жүйедегі амперметрдің жұмыс істеуі орамдары арқылы өлшенетін ток өтетін катушканың магнит өрісімен қозғалмалы ферромагниттік өзектің әсерлесуіне негізделген.

Тұрақты ток тізбектерінде негізінен магнитоэлектрлік (электромагниттік сирек қолданылады) жүйедегі амперметрлер қолданылады. Амперметр ток күшінің белгілі шектік мәніне арналады. Оның өлшеу диапазонын үлкейту үшін амперметрге параллель қосымша кедергі (шунт) қосылады. Сонда өлшеу диапазонынесе үлкейту үшін кедергісішунт керек болады.

Гальванометрге (вольтметрге) параллель шунт жалғап, бақылау шкаласын өзгертіп, оны амперметрге айналдыруға болады.

Кернеуді өлшеу Кернеуді өлшеуге арналған прибор вольтметр деп аталады. Вольтметр өлшенетін тізбек бөлігіне параллель қосылады. Ол да амперметр секілді магнитоэлектр немесе электромагнит жүйесінде болады. Вольтметр тізбекке параллель қосылатындықтан негізгі тізбек тогын көп өзгертіп алмас үшін оның кедергісін өте үлкен етіп алады, яғни вольтметрден өтетін ток өте аз болуы керек. Сондықтан вольтметрдің өлшеу шегін өзгерту үшін оған тізбектейқосымша кедергі жалғайды: өлшеу шегінесе өсіру үшінқосымша кедергі керек.

Үлкен кедергілерді амперметр және вольтметр әдісі бойынша өлшеу (1 суреттегі схема). Бұл жағдайда өлшенетін кедергі , мұндағы- өлшенетін кедергіден өтетін ток,- кернеу.

1-суреттегі схема өлшенетінкедергі амперметрдің ішкі кедергісінен әдеқайда көп болғанда қолданылады. Бұл жағдайдаамперметрге түскен кернеу ескерілмейді, берілген кернеу түгелімен өлшенетін кедергіге түседі деп есептелінеді.

Өлшенетін кедергіге түсетін кернеудіңшын мәні вольтметрдің көрсеткенмәнінен, амперметрге түсетінкернеу мәніне, яғнишамасына кем болады:

мұнда- амперметрдің ішкі кедергісі.

Амперметр енгізетін қателікті ескеретін болсақ, онда өлшенетін кедергінің дәл мәні мына формуламен анықталады:

яғни дәлірек анықталған кедергіге түскен кернеуболады.

Егердеприбордың өлшеу дәлдігінен үлкен болса, оны ескеру қажет. Мұнда– кернеудің дәл мәні деп санаймыз, бірақта оның өлшеуқателігін төмендегіше бағалаймыз.

1- суреттегі схема бойынша салыстырмалы қателік немесе кернеу өсімшесі мына формуламен анықталады:

Егерде амперметрдің R_A ішкі кедергісі өлшенетін R кедергімен шамалас болса, яғни аз кедергі жағдайында, 2-ші суреттегі схема қолданылады. Бұл жағдайда вольтметр кедергіге тікелей қосылады да, тек қана ондағы кернеудің түсуін өлшейді. Бірақта, ескере кететін жай, вольтметр амперметр сияқты, 2 — суреттегі схемада дәл мәнді көрсетпейді екен. Себебі,вольтметр арқылы аз да болса,ток жүреді, сонда өлшенетін кедергі арқылы жүретін токтың мәні ( ) болатындықтан, ондағы кернеу  формуласымен анықталады. Демек, волтьметр енгізетін қателікті ескергенде, кедергіні дәл анықтау үшін, оның мәні мына формуламен есептелінеді:

мұнда -вольтметр арқылы өтетін ток, -вольтметрдің ішкі кедергісі,– кедергіге түсетін кернеудің дәл мәні деп қарастыруға болады.

2-суреттегі схема бойынша салыстырмалы ток өсімшесі мына формуламен анықталынады:

Егер бұл шаманың мәні вольтметрдің дәлдік класымен анықталатын қателік шегінен асып кетсе, онда кедергінің мәнін (5) өрнекпен анықтау қажет.

Көрсетілген екі схеманың қайсысы дәлірек өлшейтіндігі (3) немесе (6) формула бойынша анықталады.

• Тәжiрибелiк қондырғының сипаттамасы

ПРМ-01 (ПНР) аспабы хром-никель (Cr-Ni) қортпа сымныңкедергісін ток пен кернеуді дәл өлшеу арқылы анықтауға арналған.

Қондырғының бұрандалы аяқтары оны түзетіп дұрыс орналастыруға мүмкіншілік береді. Қондырғыға бекітілген. өлшем бірлігі бар бағанғанда екі қозғалмайтын және бір қозғалмалы кронштейн орналастырылған; бұларды баған бойымен жылжытып, кезкелген орынға бекітуге болады. Жоғарғы және төменгі кронштейн арасына резистор сым тартылып бекітілген. Қозғалмалы кронштейндегі қысатын контакт арқылы резистор сыммен берік жалғануы қамтамасыз етіледі. Ұзындық шкаласында өлшенетін сым кесіндісін өлшеуді оңайлату үшін қозғалмалы кронштейнде сызықша жүргізілген. Резистор сымның жоғарғы, төменгі және орталық қозғалмалы контактылары кедергісі өте аз сымдар арқылы қондырғының өлшеуіш бөліктеріне қосылған. Өлшеуіш блоктың беткі қақпақшасының түрі 3-суретте көрсетілген. W₃ клавишы ток көзін қосады. Сонда беткі қақпақшада неон лампасы жанады. W₁ клавишы жұмыс түрін анықтайды. Ол үнемі басылып тұруы қажет. Токтың дәл өлшенуі W₂ басылмаған жағдайда жүргізіледі (1-сурет). Кернеудің дәл өлшенуі W₂ басылған жағдайында іске асады (2-сурет).

• Аспаптың техникалық параметрлері

• Жұмыстың орындалу реті

1. Жылжымалы кронштейнді сызықшаның 40-48 см аралығына жылжытып апарып орналастыру керек.
2. Аспапты токқа қосу керек. W₂-ні (3-сурет) токты дәл өлшеу жағдайына қою керек (1-суреттегі схеманы қараңыздар); W₂-нің басылмаған жағдайы. Токты реттейтін P₁ арқылы ток мәнін вольтметрдің стрелкасы соңғы ширекте болатындай етіп қою керек.
3. Қозғалмалы кронштейнді төмен түсіріп, алдымен 1 см-ден 5 см-ге дейін қадамы 1 см, одан әрі қадамын 2 см етіп алып соңына дейін жылжыту керек; амперметр мен вольтметрдің көрсетулерін 4.1 кестеге енгізіңіздер.
4. W₂-ні кернеуді дәл өлшейтін жағдайына (2-суреттегі схеманы қараңыздар) қойып, 4.3 пунктіне сәйкес өлшеу жүргізіңіздер.
5. (7) формула арқылы 4.3 және 4.4 пункттердегі алынған өлшеу нәтижелері бойынша, сымның барлық ұзындықтары үшін оның меншікті кедергісін анықтаңыздар.

 тәуелділігінің графигін тұрғызыңыз. Абсцисса осіне сымныңұзындығын, ал ордината осіне оның меншіктікедергісінің мәндерін салыңыздар.

Алынған нәтижелерді талдаңыздар.

Шындығында меншікті кедергі сымның ұзындығына тәуелсіз болу керек. Алынған нәтижелердің қайшылығы жалғаушы сымдардың кедергілерінің әсерінен, ал 1-суреттегі схема бойынша жұмыс істегенде амперметрдің ішкі кедергісінің болуы салдарынан келіп шығады (1-сурет).

6. Меншікті кедергінің алынған мәніне жалғау сымдары мен амперметр кедергілерінің еткен әсерін шығаратын түзетуді табу үшін вольтметрдің көрсетуінің резисторлық сым ұзындығына тәуелділігінің графигін тұрғызыңыз (ең кіші квадраттар әдісін қолданған жөн).

Графиктерден жалғау сымдарына түсетін кернеудіңжәнетүзетулерін анықтау керек (1-суреттегі схема бойынша жұмыс істегенде – амперметр үшін). Бұлартүзулерініңболғандағы ордината осімен қиылысу нүктелеріне сәйкес келетінмәндері ретінде анықталады.

7. Осыдан кейін 4.3 және 4.4 пункттерінде жүргізілген барлық өлшеулер үшін меншікті кедергілердің меншікті шын мәндерін төменгі формулалар арқылы анықтаңыз:

8. (8) және (9) формулалар арқылы есептелініп алынған нәтижелер бойынша тәуелділік графиктерін тұрғызу керек. Өлшеудің нәтижелеріне талдау жасаңыз. Эксперименталдық нүктелердің шашырауы мәнін кішірейткенде неліктен үлкейетіндігін түсіндіріңіз.
9. мәндерінің интервалы үшін меншікті кедергінің орташа мәнін және оның сенімді интервалын есептеңіз. Соңғы шаманы (7) формуладан анықталатын

Drорташа мәнімен салыстырыңыз.

Мұндағы ,және –приборлардың дәлдік класынан анықталады ( -вольтметрдіңболғандағы көрсеткен мәні).

10. Резисторлық сымның табылған меншікті кедергісінің мәні бойынша оның толық кедергісін толық ұзындығы үшін анықтаңыз. жәнемәндері бойынша жалғаушы сымдардыңжәне кедергілерін,ал 1-суреттегі схема бойынша жұмыс істегенде амперметрдіңкедергісін де қоса табу керек. Бұл мәндерді резисторлық сымның кедергісімен салыстырыңыз.
11. Жасалынған жұмыстың нәтижелері бойынша жалпы қорытындылар жасаңыздар.

Жұмысты орындау үшін келесі мәліметтер белгілі болуы керек:

— резистивті сымның диаметрі және оны өлшеудің қателігі;

— cымның ұзындығын өлшеудегі қателік;

— амперметрдің дәлдік класы және оның өлшеу шегі;

— вольтметрдің дәлдік класы және оның өлшеу шегі;

— вольтметрдің ішкі кедергісі;

— Стьюдент коэффициенті.