Каким должно быть сопротивление

АМПЕРМЕТР И ВОЛЬТМЕТР.

ШУНТ И ДОБАВОЧНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Гальванометр

Для измерения силы тока можно использовать любое действие тока: тепловое, химическое и магнитное. Приборы, предназначенные для измерения силы тока, называются гальванометрами.

Наиболее простой тип гальванометра основан на тепловом действии тока. На рис. 12.1 показано устройство теплового амперметра: а – тока через амперметр нет; б – ток через амперметр есть. Тепловой амперметр содер­жит тонкую проволоку 1, закрепленную на концах, через которую пропускают измеряемый ток. К ее середине при­креплен конец прочной тонкой нити 2, обернутой вокруг оси стрелки 0и скрепленной другим концом с растянутой пружиной. Под действием тока проволока 1 нагревается и удлиняется. При этом нить, оттягиваемая пружиной, пово­рачивает стрелку на некоторый угол, зависящий от удли­нения проволоки, т.е. от силы тока. На шкале гальвано­метра проставляют цифры, непосредственно указывающие силу тока в амперах (или долях ампера). В этом случае гальванометр называется амперметром(соответственно мил­лиамперметром).

Рис. 12.1.

Заметим, что с помощью теплового амперметра можно измерять как постоянный, так и переменный ток.

Более сложный тип гальванометра основан на магнитном действии тока. Между полюсами постоянного магнита помещают рамку, по которой протека­ет измеряемый ток (рис. 12.2). Из опыта известно, что рамка с током, помещенная между полюсами постоянного магнита, поворачивается, стремясь встать параллельно полюсами магнита. Магнитное поле поворачивает рамку тем сильнее, чем больший ток протекает по рамке.

Рис. 12.2

Заметим, что гальванометром магнитоэлектрической системы можно измерять только постоянный ток, так как направление поворота рамки в магнитном поле зависит от направления тока в рамке.

Для измерения тока гальванометр (или амперметр) нужно включить так, чтобы через него прошел полный ток цепи. Для этого следует разорвать в каком-либо месте цепь и образовавшиеся концы подключить к зажимам ампер­метра, т.е. включить амперметр в цепь последовательно.

На рис. 12.3 показаны цепь (а) и схема (б) измерения при помощи амперметра тока, проходящего через лампочку (Л – лампочка, Б – батарея, А – амперметр).

а) б)

Рис. 12.3

Так как мы измеряем установившийся ток, то без­различно, в каком месте цепи включен амперметр.

При помощи гальванометра можно измерить не только силу тока, но и напряжение, так как согласно закону Ома, эти величины пропорциональны друг другу. Если две величины пропорциональны друг другу, то обе они могут быть измерены при помощи одного и того же при­бора, шкалу которого надо только проградуировать соот­ветствующим образом. Например, счетчик в такси от­меряет пройденное расстояние, и его можно проградуиро­вать в километрах. Но так как плата за проезд исчисляется пропорционально расстоянию, то шкалу счетчика следует проградуировать непосредственно в рублях и копейках так, чтобы она сразу показывала стоимость проезда. Точно так же и шкалу гальванометра можно проградуировать так, чтобы отсчитывать по ней непосредственно либо силу тока (в амперах), протекающего по гальванометру, либо напря­жение (в вольтах) между зажимами гальванометра.

Гальва­нометр, градуированный на силу тока, называют, как уже говорилось, амперметром, а градуированный на напряже­ние – вольтметром.

Действительно, если через гальванометр течет ток I, то между входом и выходом из гальванометра, т.е. между его зажимами, должно существовать некоторое напряжение U. Пусть так называемое «внутреннее» сопротивление галь­ванометра, т.е. сопротивление тех частей его, по которым идет ток, равняется R. (Для магнитных гальванометров это – сопротивление рамки и подводящих проводов, для теплового – сопротивление нагревающейся нити и подво­дящих проводов, и т. д.) Согласно закону Ома имеем U = IR. Таким образом, каждому значению силы тока I для данного гальванометра (т.е. имеющего определенное со­противление R)соответствует определенное значение на­пряжения U между его зажимами. Поэтому против соответствующего положения стрелки можно написать или силу тока I, или напряжение U, т.е. проградуировать прибор, как амперметр или вольтметр.

Рис. 12.4

На рис. 12.4 показано, что для измерения напряжения на лампочке надо присоединить вольтметр параллельно лампочке (рис. 12.4) (U – напряжение источника тока, т и п – зажимы).

Пользуясь проградуированным вольтметром, можно измерить разность потенциалов между любыми точками какой-либо цепи. Пусть, например, требуется определить разность потенциалов между вводами, ведущими к концам нити лампочки, которая накаливается каким-либо источником тока. Присоединим вводы лампочки к зажимам т и п вольтметра, как показано на рис. 12.4, т.е. подключим вольтметр парал­лельно лампочке. Ток от источника будет теперь разветв­ляться, и часть его пойдет, как и прежде, через лампочку, а часть – через вольтметр. По показаниям вольтметра мож­но судить о разности потенциалов между точками т и п, а следовательно, и между вводами, ведущими к нити лам­почки, которые мы присоединили к точкам т и п.

Подчеркнем еще раз, что для измерения силы тока в цепи, т.е. для использования гальванометра в качестве ампермет­ра, его нужно включать в цепь последовательно, чтобы галь­ванометр служил одним из участков простой неразветвленной цепи, т. е. чтобы через гальванометр протекал ток такой же силы, как и через любую другую часть этой цепи. Для измерения же напряжения (разности потенциалов) между точками т и п цепи, т.е. для использования гальва­нометра в качестве вольтметра, его нужно подключать па­раллельно к точкам т и п, т.е. так, чтобы между зажимами его было такое же напряжение, как и между точками т и п.

Каким должно быть сопротивление