Что такое вольтметр в физике. Вольтметр: устройство, принцип работы, виды и применение

Что такое вольтметр и для чего он используется. Как устроен вольтметр и на каком принципе основана его работа. Какие бывают виды вольтметров. Как правильно подключать вольтметр в электрическую цепь. Какие преимущества и недостатки есть у разных типов вольтметров.

Что такое вольтметр и для чего он предназначен

Вольтметр — это электроизмерительный прибор, предназначенный для измерения напряжения в электрических цепях. Название «вольтметр» происходит от единицы измерения напряжения — вольта.

Основные функции вольтметра:

• Измерение постоянного напряжения
• Измерение переменного напряжения
• Определение полярности в цепях постоянного тока
• Контроль уровня напряжения в электросетях

Вольтметры широко применяются при проведении электротехнических работ, ремонте и диагностике электронной техники, в научных исследованиях и на производстве.

Устройство и принцип работы вольтметра

В основе работы вольтметра лежит взаимодействие электрического тока с магнитным полем. Простейший вольтметр состоит из следующих основных частей:

• Измерительный механизм (магнитоэлектрический, электромагнитный и др.)
• Шкала со стрелкой для отображения результатов измерения
• Добавочное сопротивление для расширения пределов измерения
• Переключатель диапазонов измерения
• Выводы для подключения к измеряемой цепи

Принцип действия вольтметра заключается в следующем:

1. При подключении к цепи через вольтметр протекает небольшой ток
2. Этот ток создает магнитное поле, взаимодействующее с полем постоянного магнита
3. Возникает вращающий момент, отклоняющий стрелку на шкале
4. Угол отклонения стрелки пропорционален приложенному напряжению

Основные виды вольтметров

По принципу действия различают следующие виды вольтметров:

Магнитоэлектрические вольтметры

Принцип действия основан на взаимодействии тока в катушке с магнитным полем постоянного магнита. Отличаются высокой точностью, но пригодны только для измерения постоянного напряжения.

Электромагнитные вольтметры

Работают за счет втягивания ферромагнитного сердечника в катушку с током. Могут измерять как постоянное, так и переменное напряжение, но менее точны.

Электродинамические вольтметры

Используют взаимодействие токов в неподвижной и подвижной катушках. Подходят для измерения постоянного и переменного напряжения.

Электростатические вольтметры

Основаны на взаимодействии заряженных пластин конденсатора. Применяются для измерения высоких напряжений.

Цифровые и аналоговые вольтметры

По способу отображения результатов измерения вольтметры делятся на:

Аналоговые вольтметры

Показания отображаются с помощью стрелки на градуированной шкале. Преимущества:

• Простота конструкции
• Низкая стоимость
• Наглядность изменения напряжения

Недостатки:

• Невысокая точность
• Влияние внешних магнитных полей

Цифровые вольтметры

Результат измерения выводится на цифровой дисплей. Преимущества:

• Высокая точность измерений
• Широкий диапазон измерений
• Автоматический выбор предела измерения

Недостатки:

• Более высокая стоимость
• Необходимость питания от батареи или сети

Правила подключения вольтметра в электрическую цепь

Для корректного измерения напряжения необходимо соблюдать следующие правила подключения вольтметра:

1. Вольтметр подключается параллельно участку цепи, на котором измеряется напряжение
2. Плюсовой вывод вольтметра подключается к точке с более высоким потенциалом
3. Минусовой вывод — к точке с более низким потенциалом
4. Предел измерения вольтметра должен быть больше ожидаемого напряжения
5. При измерении в высоковольтных цепях необходимо соблюдать меры безопасности

Неправильное подключение вольтметра может привести к его повреждению и неверным результатам измерений.

Области применения вольтметров

Вольтметры широко используются в следующих сферах:

• Электроэнергетика — контроль напряжения в электросетях
• Электроника — тестирование и ремонт электронных устройств
• Автомобильная промышленность — диагностика электрооборудования
• Научные исследования — проведение экспериментов
• Образование — демонстрация законов электричества

Благодаря своей универсальности, вольтметры остаются незаменимым инструментом для работы с электрическими цепями.

Преимущества и недостатки различных типов вольтметров

При выборе вольтметра важно учитывать достоинства и недостатки разных типов приборов:

Магнитоэлектрические вольтметры

Преимущества:

• Высокая точность измерений
• Линейная шкала
• Низкое собственное потребление

Недостатки:

• Пригодны только для постоянного тока
• Чувствительны к перегрузкам

Электромагнитные вольтметры

Преимущества:

• Простая и надежная конструкция
• Возможность измерения переменного напряжения
• Устойчивость к перегрузкам

Недостатки:

• Невысокая точность
• Неравномерная шкала
• Влияние внешних магнитных полей

Цифровые вольтметры

Преимущества:

• Высокая точность
• Широкий диапазон измерений
• Автоматический выбор предела

Недостатки:

• Высокая стоимость
• Необходимость питания
• Чувствительность к электромагнитным помехам

При выборе вольтметра следует учитывать конкретные задачи и условия его применения.

Что измеряет и показывает вольтметр

Такой прибор, как вольтметр, знаком каждому еще со времен изучения физики, а точнее — электродинамики. Если знать, что измеряет вольтметр, можно применять его с пользой. Главное — помнить, что подключать в сеть его нужно параллельно, иначе показания будут неточными. При работе важно соблюдать меры предосторожности, так как электрический ток любого напряжения представляет опасность для жизни.

Подробнее о приборе

Вольтметр предназначен для измерения напряжения тока в электрической цепи. Название его происходит от традиционного для измерительных приборов слова «метр» и от единицы измерения напряжения — «Вольт». Достаточно включить такой прибор в сеть, и он начнет показывать значение напряжения.

Конечно, без погрешностей не обходится, но они незначительны. Для того чтобы показания прибора были идеальными, он должен иметь бесконечное внутреннее сопротивление, в противном случае неизбежно его влияние на ту цепь, к которой он подключен. Разумеется, такое сопротивление быть не может: идеальных вольтметров не бывает, но при их производстве делается все возможное, чтобы повысить внутреннее сопротивление.

Что такое напряжение

Чтобы точно понять, как работает и что показывает вольтметр, необходимо знать, что собой представляет объект его измерения. Важно понимать, что такое напряжение и от чего зависит его величина.

Как известно, из школьного курса физики, величина вычисляется по формуле U=IR, где:

• U — это собственно и есть напряжение;
• I — сила тока;
• R — сопротивление на участке цепи.

Чтобы определить напряжение в сети, нужно умножить силу тока на сопротивление. Причем предварительно, следует узнать, чему равны две последние величины. Например, если сила тока равна 5 Ампер, а сопротивление на участке — 2 Ом, то напряжение составит 10 Вольт.

Впрочем, приведенная выше формула, хоть и максимально проста, но все же не дает представления о том, что же такое напряжение и зачем его вообще нужно измерять. Ведь это лишь цифры, не более. Сам ток, к сожалению, не виден, как, впрочем, не видны и заряженные микроскопические частицы.

Для простоты понимания можно сравнить электрический ток в проводнике с предметами, которые часто нами наблюдаются в обыденной жизни. В частности, здесь поможет сравнение с движением воды в реках и водопадах: то есть ее течением с высокого уровня на низкий. Здесь напряжение соответствует высоте: разности уровней. Иными словами напряжение в электросети — это то же самое, что напор воды в реке. Если напряжения в сети нет, то нет и тока. Также не будет и течения в том водоеме, где уровень воды всюду одинаков, например, в пруду или в озере.

На шкале прибора обычно ставят букву «V». Это делается для того, чтобы его проще можно было отличить от других электроизмерительных приборов, например, от амперметра, который показывает силу тока. Дело в том, что эти приборы внешне очень похожи друг на друга.

Диапазон вольтметра может быть различным. Те приборы, которые предназначены для включения в слабую электрическую сеть, максимум могут показать 5 Вольт. Бывают приборы и с большим диапазоном, например, в 10 или в 25 Вольт. Более мощные устройства способны показывать и тысячу Вольт. Разумеется, все зависит от предназначения вольтметра.

Разновидности вольтметров

Есть несколько видов вольтметров. В первую очередь устройства вольтметров подразделяются на две основные разновидности:

1. Стационарные. Как правило, встроены в саму сеть и отсоединение их не представляется возможным.
2. Мобильные. Их можно переносить с места на место и использовать в разных электросетях.

Выделяется также несколько видов вольтметров по принципу действия. Среди них есть множество электромеханических и пара электронных. Последние, в свою очередь, могут быть цифровыми и аналоговыми. Значение напряжения может указываться движущейся стрелкой или меняющимися электронными цифрами на дисплее.

Также вольтметры классифицируются по назначению. Среди них выделяются приборы, предназначенные для измерения постоянного тока или переменного.

Кроме того, устройства могут быть импульсными, фазочувствительными, универсальными.

Технические характеристики

Характеристики вольтметра зависят от его предназначения. Например, прибор, который измеряет напряжение постоянного тока, может обладать двумя, тремя или большим количеством диапазонов. Их число как раз и является одной из важнейших технических характеристик.

При выборе вольтметра нужно:

1. Обращать внимание на такую характеристику, как входное сопротивление. Она зависит от того, в каком диапазоне находится напряжение исследуемого участка электросети
2. Учитывать цену деления шкалы прибора и его погрешность в измерении.
3. Если был приобретен универсальный вольтметр, то обязательно учесть диапазоны величин, с которыми вольтметр может работать: сопротивления, силы тока, температуры.

Принцип работы

Как уже говорилось выше, по принципу действия вольтметры подразделяются на две разновидности — электромеханические и электронные. Строение первых представляет собой магнитную систему, которая способна реагировать на электрическое поле. Главный недостаток таких приборов состоит в том, что они, будучи подключенными к сети, способны сами на нее влиять, и поэтому их показания зачастую являются неточными.

Электронные же приборы, которые сегодня, в эпоху цифровых технологий становятся все популярнее, могут преобразовывать аналоговый сигнал в цифровой. Такие приборы недороги и очень удобны в использовании.

При подключении устройства в сеть важно соблюдать основное правило: его зажимы должны подсоединяться к тем точкам цепи, между которыми определяется напряжение. Такое подключение называется параллельным. Это требование нужно соблюдать обязательно, иначе устройство может просто-напросто перегореть.

Меры безопасности

Поскольку сам прибор имеет большое сопротивление, а в сеть он подключается параллельно, вероятность того, что при работе с ним человек получит сильный удар током, минимальна. Однако если вольтметры используются в промышленности, часто приходится иметь дело с большими значениями напряжения и других величин, характеризующих электрический ток.

Нужно быть очень осторожным, измеряя напряжение в сети посредством этого электроизмерительного прибора. Ни в коем случае нельзя прикасаться к прибору голыми руками. Избежать несчастного случая помогут перчатки из непроводящего ток материала, например, из резины.

Нельзя прикасаться к оголенным проводам, даже если уже известно, что напряжение в них не очень велико, например, Вольт или еще меньше.

Вольтметры и амперметры

Физика > Вольтметры и амперметры

 

Изучите показания, схемы и сопротивление вольтметра и амперметра в цепи – устройства измерения напряжения и тока: рисунки, цифровой вольтметр и амперметр.

Вольтметры и амперметры в цепи используют для вычисления напряжения и тока.

Задача обучения

• Сравнить подключение цепей амперметра и вольтметра.

Основные пункты

• Вольтметр – устройство, с чьей помощью удается вычислить разность электрических потенциалов между двумя точками в электрической цепи.
• Амперметр – устройство для вычисления тока в цепи.
• Вольтметр связывается с устройством параллельно, а амперметр – последовательно.
• В основе большинства аналоговых счетчиков лежит гальванометр – измеряет ток при помощи движения или отклонения иглы. На прогиб влияет магнитная сила, воздействующая на токопроводящую проволоку.

Термины

• Шунтирующее сопротивление – небольшое сопротивление (R), расположенное параллельно гальванометру (G) для изготовления амперметра.
• Гальванометр – аналоговый измерительный прибор (G), который для вычисления тока использует отклонение иглы.
• Вольтметры и амперметры вычисляют напряжение и ток в цепи.

Вольтметры

Вольтметр – устройство для вычисления разницы в электрическом потенциале между двумя точками в электрической цепи. Аналоговый вольтметр смещает указатель по шкале пропорционально напряжению в цепи, в цифровом присутствует цифровой дисплей. Любое измерение вольтметра, которое можно трансформировать в напряжение, будет отображаться на счетчике. Здесь зафиксируется давление, температура и поток.

Демонстрационный прибор, используемый на уроках по физике

Чтобы вольтметр смог вычислить напряжение, он должен подключаться параллельно. Это важно, так как параллельные объекты ощущают единое различие потенциалов. Ниже представлена схема вольтметра и показания.

(а) – Чтобы вычислить отличие потенциалов в этом потоке, вольтметр (V) расположен параллельно по отношению к источнику напряжения или любому из резисторов. Отметьте, что напряжение клеммы вычисляется между точками а и b. Нельзя подключить вольтметр через ЭДС без добавления внутреннего сопротивления. (b) – Применение цифрового вольтметра

Амперметры

Амперметр измеряет электрический ток, а его наименование происходит из единицы измерения – Ампер. Чтобы прибор смог определить ток, его нужно присоединить последовательно. Это важно, так как объекты в последовательной цепи ощущают единый ток. Они не должны подключаться к источнику напряжения – амперметры функционируют при минимальной нагрузке. Можете рассмотреть схему амперметра.

Амперметр установлен в последовательной связи для определения тока. Весь ток в цепи проходит сквозь счетчик. Если амперметр находится между точками d и e или f и a, то приобретет такое же значение

Гальванометры (аналоговые счетчики)

Аналоговые счетчики располагают иглами, которые поворачиваются, чтобы отмечать на шкале цифры. Это и отличает их от цифровых приборов, выводящих цифровые символы прямо на экран. В центре большинства аналоговых приборов находится гальванометр (G). Ток проходит сквозь него и приводит к пропорциональному перемещению (отклонение иглы).

Гальванометр характеризуется сопротивлением и текущей чувствительностью. Последнее – ток, осуществляющий значительное отклонение иглы гальванометра (максимальный ток). К примеру, гальванометр, чья токовая чувствительность составляет 50 мкА достигает максимального прогиба в 50 мкА.

Если подобный прибор обладает сопротивлением в 20 Ом, то только напряжение V = IR = (50 мкА) (25 Ом) = 1.25 мВ создает полномасштабное считывание. Объединив с ним резисторы, можно рассматривать его в качестве вольтметра или амперметра.

Гальванометры в качестве вольтметров

Катушка гальванометра способена функционировать как вольтметр, когда расположена в последовательной связи с серьезным сопротивлением (R). Это значение вычисляется максимальным напряжением. Допустим, вам нужно, чтобы 10В создавало полномасштабное отклонение вольтметра, вмещающего гальванометр с 25 Ом и чувствительностью 50 мкА. Полное сопротивление:

R_полное = R + r = V/I = 10В/50мкA = 200кОм,

или

R = R_полное — R = 200кОм – 25 ОМ ≈ 200кОм (R настолько велико, что сопротивление гальванометра почти незначительное).

Заметьте, что приложенные 5В создают отклонение в половину шкалы, отправляя ток всего в 25 мкА сквозь счетчик, так как показание вольтметра располагается пропорционально. В случае с другими диапазонами, напряжение устанавливают последовательно с гальванометром.

Гальванометр в качестве амперметра

Гальванометр можно использовать как амперметр, если прибор установлен в параллельной связи с небольшим сопротивлением, именующимся шунтирующим. Дело в том, что сопротивления шунта маленькое, из-за чего амперметр может вычислять ток намного четче.

Допустим, нам нужен амперметр, фиксирующий полномасштабное отклонение для 1 А и содержит тот же гальванометр на 25 Ом с чувствительностью 50 мкА. Так как R и r параллельны, напряжение на них одинаково.

IR = I_Gr

Так что: IR = I_G/I = R/r.

Решая для R и отмечая, что I_G составляет 50 мкА, а I – 0.999950 А, получим:

---

Вольтметр. Измерение напряжения (Перышкин, 8 класс)

ТЕСТ ПО ФИЗИКЕ: ВОЛЬТМЕТР. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ (ПЕРЫШКИН, 8 КЛАСС) 1. Каким прибором измеряют напряжение?

1. Амперметром

2. Вольтметром

3. Ваттметром

2. На что похожи вольтметры по внешнему виду?

1. На амперметры

2. На омметры

3. На термометры

3. Какое обозначение наносится на вольтметр?

1. Буква W в окружности

2. Буква V в окружности

3. Буквы Wm в окружности

4. Какие знаки стоят на клеммах вольтметра?

1. Плюс и минус

2. Плюс и плюс

3. Минус и минус

5. Что будет, если плюс вольтметра соединить с минусом источника тока?

1. Стрелка вольтметра будет отклоняться в другую сторону

2. Стрелка вольтметра будет показывать минимальное значение

3. Стрелка вольтметра будет показывать максимальное значение

6. Как включается вольтметр в электрическую сеть?

1. Параллельно

2. Последовательно

3. Как угодно

7. Выберите правильное утверждение.

1. Сила тока, проходящая через вольтметр, мала по сравнению с силой тока в цепи

2. Сила тока, проходящая через вольтметр, равна с силой тока в цепи

3. Сила тока, проходящая через вольтметр, велика по сравнению с силой тока в цепи

8. Изменяет ли вольтметр напряжение между точками, в которых он подключен?

1. Почти не изменяет

2. Вообще не изменяет

3. Изменяет существенно

9. Можно ли подключить вольтметр к источнику тока?

1. Можно

2. Нет, сломается вольтметр

3. Нет, сломается источник тока

10. Можно ли 13 Вольт сложить с 6 Вольтами?

1. Да, можно

2. Нет, только умножить

3. Нет, только отнять

Ответы

1.

Каким прибором измеряют напряжение?

Вольтметром

2.

На что похожи вольтметры по внешнему виду?

На амперметры

3.

Какое обозначение наносится на вольтметр?

Буква V в окружности

4.

Какие знаки стоят на клеммах вольтметра?

Плюс и минус

5.

Что будет, если плюс вольтметра соединить с минусом источника тока?

Стрелка вольтметра будет отклоняться в другую сторону

6.

Как включается вольтметр в электрическую сеть?

Параллельно

7.

Выберите правильное утверждение.

Сила тока, проходящая через вольтметр, мала по сравнению с силой тока в цепи

8.

Изменяет ли вольтметр напряжение между точками, в которых он подключен?

Почти не изменяет

9.

Можно ли подключить вольтметр к источнику тока?

Можно

10.

Можно ли 13 Вольт сложить с 6 Вольтами?

Да, можно

Идеальные и реальные вольтметры и амперметры в цепях постоянного тока

1 28 Ефимов Василий Васильевич Заслуженный учитель РФ, Почётный работник общего образования РФ. Учитель физики Муниципальной общеобразовательной средней школы 3, г. Березники, Пермский край. Идеальные и реальные вольтметры и амперметры в цепях постоянного тока На примерах решений конкретных задач показан расчёт электрических цепей, содержащих идеальные и реальные вольтметры и амперметры. Задачи расположены в порядке возрастания сложности. В конце статьи предложены 26 задач для самостоятельного решения и ответы к ним. Вольтметры При любых измерениях всегда желательно, чтобы измеряемые приборы не изменяли измеряемую величину. Если напряжение на участке цепи, к которому подключён вольтметр, остаётся прежним, то такой вольтметр называется идеальным. Выясним, каким должен быть идеальный вольтметр на примере простейшей электрической цепи, состоящей из 2-х последовательно соединённых резисторов сопротивлением r и и источника тока с напряжением (рис. 1). Напряжение на резисторе =. r + После подключения вольтметра с сопротивлением V (рис. 2) общее сопротивление цепи уменьшится, си- ла тока в ней увеличится, увеличится напряжение на резисторе r, следовательно, уменьшится напряжение на резисторе :

2 Физика 29 + = r + + V V V V. ным вольтметром включён резистор с конечным сопротивлением (рис. 3), то напряжение на этом резисторе равно нулю: = 0= 0, а напряжение на вольтметре равно напряжению на всей цепи: = = 0 =. V Чтобы напряжение осталось прежним, вольтметр не должен изменять общее сопротивление цепи, его сопротивление должно стремиться к бесконечности, а сила тока, протекающего по вольтметру, должна равняться нулю: V, I V = 0. Если последовательно с идеаль- Реальные вольтметры имеют хотя и очень большое, но всё же конечное сопротивление. Сила тока в школьных стрелочных вольтметрах порядка 1 ма, а их сопротивление примерно 1 ком на 1 В шкалы. В таблице приведены примерные значения сопротивления стрелочных вольтметров в зависимости от максимального измеряемого ими напряжения. Таблица Предельное напряжение, измеряемое вольтметром 1000 В 1 В 1 мв Сопротивление вольтметра 1 МОм 1 ком 1 Ом Сопротивление электронных вольтметров и мультиметров, работающих в режиме вольтметра, на несколько порядков больше. При расчёте электрических цепей реальный вольтметр можно заменять резистором с сопротивлением, равным сопротивлению вольтметра. Амперметры Выясним, каким должен быть идеальный амперметр, т.е. амперметр, после подключения которого сила тока в цепи не изменяется.

3 30 Физика Пусть к источнику тока с напряжением подключён резистор сопротивлением. Сила тока в нём I1 =. Включим последовательно с резистором амперметр сопротивлением A. Сила тока в резисторе станет I2 =. Для того, чтобы после + A подключения амперметра сила тока в резисторе не изменилась, сопротивление амперметра и напряжение на нём должны равняться нулю ( A = 0, A = 0 ). Такой амперметр и будет идеальным. Идеальный амперметр на схеме эквивалентен идеальному проводнику (проводнику с нулевым сопротивлением). Если параллельно идеаль- Задача 1. К источнику тока напряжением 4,5 В подключили резистор сопротивлением 3 Ом. Затем для измерения силы тока в резисторе последовательно с ним включили идеальный амперметр, а для измерения напряжения на резисторе параллельно ему подключили идеальный вольтметр. Вычислите силу тока в резисторе и напряжение на нём до и после подключения приборов. Решение. До подключения приборов напряжение на резисторе с сопротивлением = 3Ом равно напряжению источника = ист = 4,5 В, а сила тока из закона Ома Примеры решения задач ному амперметру включён резистор (рис. 4) с ненулевым сопротивлением, то напряжение на резисторе и сила тока в нём равны нулю. Чтобы реальный амперметр можно было считать идеальным, его сопротивление должно быть много меньше сопротивления участка цепи, последовательно с которым он включён. Реальный амперметр при расчёте электрических цепей можно заменять резистором, сопротивление которого равно сопротивлению амперметра. I = = 1,5 А. Так как по условию задачи приборы идеальные, то после их подключения сила тока в резисторе и напряжение на нём не изменятся. Причём ответ задачи не зависит, по какой из двух схем, приведённых на рисунках 5а и 5б, включены приборы. Как мы дальше увидим, для реальных приборов это не так.

4 Физика 31 Задача 2. По ошибке на лабораторной работе ученик поменял местами вольтметр и амперметр в схеме, изображённой на рисунке 5а. Он собрал цепь, схема которой изображена на рисунке 6. Что показали его приборы, если их считать идеальными? Напряжение источника по-прежнему 4,5 В, а сопротивление резистора 3 Ом. Решение. Так как по условию задачи вольтметр идеальный, то его сопротивление и сопротивление всей цепи стремятся к бесконечности, а сила тока в каждом элементе цепи равна нулю. Равно нулю и напряжение на амперметре с резистором A = A 0= 0. Тогда напряжение на вольтметре V = ист A = ист 0 = ист будет равно напряжению источника, т.е. 4,5 В. Обычно при такой ошибке в сборке цепи ученик возмущается: «У меня амперметр неисправный, поменяйте его!» Будет намного хуже, если кто-то перепутает вольтметр с амперметром, собирая цепь по схеме, изображенной на рисунке 5б, даже если приборы далеко не идеальные. Подумайте, почему? Задача 3. К источнику тока напряжением 4,5 В подключены последовательно идеальные вольтметр и амперметр и резистор сопротивлением 3 Ом. Похоже, что цепь (рис. 7) собирал двоечник по физике. Вычислите показания приборов. Решение. В задаче необходимо вычислить силу тока в амперметре и напряжение на вольтметре. При последовательном соединении общее = V + A +. Так как сопротивление идеального вольтметра стремится к бесконечности, то и сопротивление всей цепи, а сила тока в цепи равна общее

5 32 Физика нулю. Поэтому будут равны нулю напряжения на резисторе и на амперметре = 3Ом 0 А= 0В, А = 0Ом 0А= 0В. Сумма напряжений на всех трёх элементах цепи равна напряжению источника V =. Следовательно, вольтметр покажет напряжение источника тока, т.е. 4,5 В. Как мы видим, показания приборов от сопротивления резистора не зависят, но включать так вольтметр всё же не надо. Задача 4. Вычислите показания идеальных амперметров в схеме, изображённой на рисунке 8. Напряжение источника 15 В. I1= 15 A, I2 = 5 A, I3 = 3 A. Согласно первому правилу Кирхгофа, алгебраическая сумма токов в узле равна нулю. Поэтому по амперметру A 1 идёт ток 2-го и 3-го резисторов, а по амперметру A 2 идёт ток 1-го и 2-го резисторов: IA1= I2 + I3 = 8A, IA2 = I1+ I2 = 20A. Задача 5. Какое напряжение покажет идеальный вольтметр, включённый между точками А и В электрической цепи, изображённой на рисунке 10? Напряжение источника тока 60 В. Решение. Так как по условию задачи амперметры идеальные, заменим их идеальными проводниками (рис. 9). У каждого из трёх резисторов один конец подключён к плюсу источника, а другой к минусу. Следовательно, все три резистора подключены к источнику тока параллельно, а напряжение на каждом из них равно напряжению источника, т.е. 1 = 2 = 3 = 15 В. По закону Ома вычислим силу тока в каждом из них: Решение. Идеальный вольтметр не влияет на сопротивление цепи и распределение в ней токов и напряжений, поэтому на схеме его можно не рисовать. Напряжение, которое покажет идеальный вольтметр, включённый между точками А и В, равно разности потенциалов между = ϕ ϕ. За ну- этими точками: V A B левой уровень потенциала выберем отрицательный полюс источника тока (точка 0). Тогда потенциал точки А равен напряжению на резисторе 2, а потенциал точки В напряжению на резисторе 4 : ϕa = 2, ϕb = 4. Таким образом, напряжение между точками А и В равно разности напряжений на резисторах 2 и 4 : = ϕ ϕ = AB A B 2 4.

6 Физика 33 Поскольку = = 30 B, = = 12 B, то AB = 2 4 = 18 B. Задача 6. Вычислите, какую силу тока покажет идеальный амперметр, включённый между точками А и В электрической цепи, изображённой на рисунке 10. Напряжение источника 60 В. Решение. Заменим идеальный амперметр идеальным проводником (рис. 11). I = I1 I2. Резисторы 1 и 3 соединены параллельно. Их общее сопротивление 13 = 4Ом. Общее сопротивление параллельно соединённых резисторов 2 и 4 есть 24 = 2Ом. Полное сопротивление всей цепи равно сумме последовательно соединённых участков 13 и 24 : = = 6Ом. Сила тока во всей цепи Iобщ = = 10 А (здесь = 60 B ). Напряжение на левом участке 13 = Iобщ 13 = 40 B, на правом участке 24 = Iобщ 24 = 20 B. Сила тока в первом резисторе I1 = = A, 1 3 сила тока во втором резисторе I2 = = A. 2 3 Сила тока, протекающего по амперметру, включённому между точками А и В, 10 I = I1 I2 = A. 3 Задача 7. Вычислите показания измерительных приборов в электрической цепи, схема которой изображена на рисунке 12. На схему подано напряжение V = 200 B. Согласно первому правилу Кирхгофа, искомый ток I равен разности токов первого и второго резисторов:

7 34 Физика Решение. В задаче необходимо вычислить силу тока, протекающего по миллиамперметру, и напряжение на вольтметре. Так как измерительные приборы неидеальные (обладают сопротивлением), то при вычислении их можно рассматривать как резисторы. Общее сопротивление параллельно соединённых резистора и вольтметра V V = = 0,9 ком = 900 Ом. + V Полное сопротивление всей цепи общ = A + V = 1000 Ом. Полный ток I = = 0,2 А. Именно его и покажет миллиамперметр. Напряжение общ на вольтметре и на резисторе V = = I V = 0,2 A 900 Ом = 180 В. Сила тока в резисторе I = 0,18 A. Если бы измерительных приборов не было, то напряжение на резисторе было бы 200 В, а сила тока 0,2 А. Разница большая, так как измерительные приборы в этой задаче были уж очень плохие. Сопротивление вольтметра лишь в 10 раз больше сопротивления резистора, а миллиамперметра во столько же раз меньше. Задача 8. Какое напряжение в электрической цепи, изображённой на рисунке 13, покажет идеальный вольтметр ( V ) и неидеальный вольтметр ( V = 20 ком): а) при разомкнутом ключе, б) при замкнутом ключе? Решение. а) При разомкнутом ключе вольтметр включён последовательно с резистором 2 к источнику тока. Поэтому напряжение на нём равно разности напряжений на источнике и на резисторе 2 : V = 2 Если вольтметр идеальный, то сила тока в нём и в резисторе 2 равна нулю. Следовательно, равно нулю и напряжение на резисторе 2, а напряжение на вольтметре V = 0= = 18B. Если вольтметр неидеальный ( V = 20 ком), то сила тока в нём IV = 2 = 0,6 ма, + V а напряжение V = IV V = 12 В. б) При замкнутом ключе напряжение на идеальном вольтметре равно напряжению на параллельно включённом с ним резисторе 3. Резисторы 1 и 2 соединены параллельно, и общее сопротивление 12 = 5 ком. Оно равно

8 Физика 35 сопротивлению последовательно с ними включённого резистора 3. Поэтому напряжение на резисторе 3 и на вольтметре равны половине напряжения источника: 3 = V = 0,5 = 9 B. Общее сопротивление резистора 3 и неидеального вольтметра 3V = 4кОм, полное сопротивление всей цепи 9 ком, полный ток I = 2 ма. Напряжение на вольтметре и на резисторе 3 V = 3 = I 3V = 2мА 4кОм=8B. Задача 9. В схеме, изображённой на рисунке 14, все вольтметры, кроме 6-го, одинаковые. Напряжение на третьем вольтметре 3 В, на четвёртом 15 В. Вычислите напряжение на остальных вольтметрах. Решение. Пусть по вольтметру V 3 ток идёт слева направо. Покажем на эквивалентной схеме (рис. 15) направления токов на остальных вольтметрах. Напряжение на четвёртом вольтметре равно сумме напряжений на первом и пятом вольтметрах: 4 = 1+ 5 = 15 B. Алгебраическая сумма токов в узле А равна нулю: I 1 I 3 I 5 = 0. По условию вольтметры 1, 3 и 5 одинаковые, значит, они имеют одинаковое сопротивление V. Имеем = 0. V V V Отсюда = 0. Решая систему уравнений 1+ 5 = 15, = 0, находим, что 1 = 9 В, 5 = 6 В. В контуре АВСD нет источника тока. Тогда из второго правила Кирхгофа следует, что алгебраическая сумма напряжений по этому контуру равна нулю: = 0. Отсюда 2 = 1+ 3 = 12 B. Напряжение на шестом вольтметре 6 = 4 2 = 3B. Применим к узлу В первое правило Кирхгофа I 2 + I 3 = I 6. Имеем = ; + = ; V V V6 V V V ; V = V6 =. V V6 5 Получили, что сопротивление шестого вольтметра в 5 раз меньше, чем у остальных. Если по третьему вольтметру ток идёт в противоположную сторону, то поменяются местами напряжения и на первом, и на пятом вольтметрах, и на втором, и на шестом вольтметрах. По шестому вольтметру ток не пойдёт, т.е. он должен быть идеальным.

9 36 Физика Задача 10. Электрическая цепь, изображённая на рисунке 16, состоит из одинаковых миллиамперметров сопротивлением r = 2 Ом и одинаковых милливольтметров сопротивлением = 40 Ом. Напряжение источника тока = 1 В. Вычислите показания сотого миллиамперметра и сотого милливольтметра. Найдите сумму показаний всех миллиамперметров и сумму показаний всех милливольтметров. Решение. Пусть сопротивление всей цепи Х. Так как цепь бесконечная, то после отделения от неё первых миллиамперметра и милливольтметра она не изменится и её сопротивление будет Х. Нарисуем эквивалентную схему, заменив приборы резисторами (рис. 17). Общее сопротивление цепи X Х = r+. + X Решив уравнение, получим, что Х = 10 Ом. Сила тока в первом миллиамперметре I1 = = 100 ма, напряжение X на первом милливольтметре X 1 = I1 = 800 мв. + X На всю оставшуюся цепь, кроме первых двух приборов, подаётся напряжение 0,8 В. Это напряжение составляет 0,8 от напряжения источника, поэтому I2 = 0,8 I1, 2 = 0,8 1. Аналогично 2 I = 0,8 I = 0,8 I, = 0,8 = n 1 n 1 = 0,8 1, In = 0,8 I1, n = 0,8 1, где n = 1, 2, 3,… Для сотых приборов I100 = 0,8 I1 = 0,8 200 ма ма, = 0,8 1 = 0,8 800 мb мb. И токи, и напряжения составляют бесконечно убывающую геометрическую прогрессию со знаменателем a q = 0,8. Сумма её членов S =. 1 q Поэтому I1 100 ма I = 500 ма 1 q = 1 0,8 =, мв = 4B 1 q = 1 0,8 =. Эти результаты можно получить иначе, учитывая, что сумма напряжений на всех миллиамперметрах равна напряжению источника, а сумма токов, протекающих по всем милливольтметрам, равна току в первом миллиамперметре:

10 Физика 37 A A 1B I = = = = = 500 ма, r r r 2Ом = IV = IV = = I 1 = 40 Ом 0,1 А = 4 В. Задачи для самостоятельного решения Вычислите показания идеальных вольтметров и идеальных амперметров в электрических цепях, схемы которых изображены на рисунках Напряжение источника = 6 В, сопротивление резисторов 1 = 1 Ом, 2 = 2 Ом, 3 = 3 Ом, 4 = 4 Ом.

11 38 Физика 23, 24. Вычислите показания неидеальных измерительных приборов в схемах, изображённых на рисунках 23 и В схеме, изображенной на рисунке 25, все амперметры, кроме A 6, одинаковые. Первый показывает ток 5 А, четвертый 1 А. Вычислите показания остальных амперметров. Вычислите сопротивление амперметра A 6, если сопротивление амперметра A 5 равно. 26. Бесконечная электрическая цепь, изображённая на рисунке 26, состоит из одинаковых миллиамперметров, сопротивление которых r = 1 Ом, и одинаковых вольтметров с сопротивлением = 9,9 ком. Вычислите показания первых и две тысячи седьмых миллиамперметров и вольтметров. Вычислите сумму показаний всех миллиамперметров и сумму показаний всех вольтметров.

12 Физика А В В А В, 0 А В, 0 В В А, 6 В А, 6 В В, 0 А В, 0 В А, 6 А А, 6 В В, 3 А А, 0 В А, 6 В А, 9 А В, 5 В А, 6 В ,5 В, 0 А В, 1,2 А А, 9 А В, 22 ма мв, 1,6 А. Ответы 25. Если по амперметру A 4 ток направлен вверх, то I 2 = 3 А, I 3 = 2 А, I 5 = 4 А, I 6 = 1 А, 6 = 5. Если по амперметру A 4 ток направлен вниз, то I 2 = 2 А, I 3 = 3 А, I 5 = 1 А, I 6 = 4 А, 6 = 0, т.е. амперметр A 6 идеальный. 26. I 7 1 = 100 ма, I 2007 = 1,7 10 ма, 8 1 = 9,9 В, 2007 = 1,7 10 В. Сумма токов 10 А, сумма напряжений 990 В. Юмор Юмор Юмор Юмор Юмор Юмор Диалог на экзамене. — Что такое лошадиная сила? — Спрашивает студента преподаватель. — Это сила, какую развивает лошадь ростом в один метр и весом в один килограмм. — Да где же вы такую лошадь видели?! — А её так просто не увидишь. Она хранится в Париже, в Палате мер и весов. Если вы это помните, то про это можно забыть. Возьмём произвольное число n Нет, мало m!

• профилактика коронавируса онлайн карта распространения коронавируса в мире

Вольтметр. Назначение, устройство, как пользоваться и подключать вольтметр, принцип работы

Вольтметр — это электроизмерительный прибор, который предназначен для измерения электрического напряжения на полюсах источника тока или на каком-нибудь участке электрической цепи. Эта величина задается в единицах, называемых вольтами, отсюда и название прибора — «Вольтметр». На практике значения электрического напряжения измеряются в различных диапазонах, от микровольт (мкВ) до мегавольт (МВ).

Эти приборы доступны в продаже, как в аналоговом, так и в цифровом исполнении.

Многие вольтметры по внешнему виду очень похожи на амперметры. Для отличия вольтметра от других электроизмерительных приборов на его шкале ставят букву V. На схемах вольтметр изображают кружком с буквой V внутри (см. рисунок 1).

Рисунок 1. Электрическая схема с вольтметром

Как подключать вольтметр и производить измерения?

Вольтметры всегда должны быть подключены параллельно с электрическим устройством или элементом, на котором измеряется электрическое напряжение (рисунок 2).

Рис. 2. Способ измерения электрического напряжения на концах элемента R

Ключевая мысль состоит в том, что зажимы вольтметра присоединяют к тем точкам электрической цепи, между которыми надо измерить электрическое напряжение.

Однако следует помнить, что при таком соединении часть тока I_V будет протекать через вольтметр, а не через проверяемый элемент R. Таким образом, мы имеем дело с ситуацией, когда действие измерения физической величины изменяет значение этой величины. Это не единственный подобный пример в физике.

Как видно из предыдущих рассуждений, для измерения истинного значения электрического напряжения на концах элемент цепи, нам понадобится вольтметр с бесконечным сопротивлением. Тогда через измерительный прибор не будет протекать электрический ток, поэтому измерения будут неискаженными. На практике бесконечное электрическое сопротивление в вольтметре реализовать невозможно. Тем не менее, в настоящее время продаются вольтметры с чрезвычайно высоким внутренним сопротивлением, превышающим 100 ТОМ.

Стоит отметить, что считанное значение напряжения всегда меньше истинного значения. Это пример систематической ошибки измерения.

Истинное значение напряжения на концах элемента R на рис. 2, согласно закона Ома для участка электрической цепи, составляет: U = I*R

Но, так как вольтметр имеет внутреннее сопротивление, то он показывает значение: U_V = I_V * R_V = I_R * R .

После простых преобразований получаем, что реальное значение электрического напряжения на концах проверяемого элемента цепи R имеет значение: U = U_V * (1 + R/R_V )

Эта формула подтверждает наше предыдущее утверждение о том, что идеальный вольтметр должен иметь бесконечное внутреннее сопротивление. Поскольку коэффициент сопротивления в этой формуле стремится к бесконечности, измеренное значение U_V стремится к истинному значению U. Поскольку в реальности не существует прибора, удовлетворяющего этому идеальному условию, при проведении измерений необходимо выбирать вольтметр таким образом, чтобы величина вносимой им ошибки находилась в пределах предполагаемой погрешности измерений.

Вывод: Чем выше внутреннее сопротивление вольтметра, тем меньше погрешность измерения; поэтому вольтметры всегда имеют очень высокое электрическое сопротивление.

Как и у амперметра, у одного зажима вольтметра ставят знак «+«. Этот зажим необходимо обязательно соединять с проводом, идущим от положительного полюса источника тока. Иначе стрелка прибора будет отклоняться в обратную сторону. А отрицательный зажим, соответственно, соединяют с проводом, идущим от отрицательного полюса источника тока.

Расширение диапазона измерений.

У аналоговых вольтметров диапазон измерения в принципе ограничен концом шкалы; если на измерительный прибор подается более высокое напряжение, то, с одной стороны, стрелка прибора не может отклониться дальше, а с другой стороны, даже сам прибор может быть поврежден (выйти из строя). Чтобы расширить диапазон измерений в большую сторону, необходимо использовать подходящую электрическую схему, обеспечивающую подачу на вольтметр только части измеряемого напряжения.

Этого можно достичь, объединив вольтметр с последовательно подключенным резистором (эти резисторы ещё называют — «добавочными резисторами»). Например, если вольтметр с диапазоном измерения 50 мВ имеет внутреннее сопротивление 100 Ом, то последовательный резистор со значением 900 Ом вызывает падение напряжения на вольтметре только на 1/10. Таким образом, диапазон измерений увеличивается в 10 раз, поэтому вольтметры теперь могут измерять напряжение до 500 мВ.

Верхние пределы расширения диапазона измерения практически отсутствуют. Если последовательный резистор в вышеприведенном примере имеет значение 99 900 Ом, то общее сопротивление равно 100 000 Ом, и на вольтметре падает только 1/1000 от приложенного напряжения. Соответственно, можно измерить в 1000 раз большее напряжение, т.е. максимум 50 В.

Более наглядно посмотреть, как подключаются добавочные резисторы в электрическую цепь вы можете видеть на рисунке 3 ниже.

Рис. 3. Расширение диапазона измерений вольтметра

Если мы хотим использовать вольтметр с диапазоном до U_V для измерения напряжения до U₁ , мы можем написать: U₁ = I*R_P + U_V ,

В тоже время: U_V = I*R_V , тогда

после преобразований получаем, что сопротивление добавочного сопротивления должно иметь значение:

R_P = (U₁ / U_V — 1) * R_V

Мы также можем уменьшить диапазон измерения вольтметра. Для этого мы используем делители напряжения как на рис. 4.

Рис. 4. Делитель напряжения для уменьшения диапазона измерения вольтметра с U_V до U₁

При использовании цифровых измерительных приборов, измерение выполняется электронным способом и отображается на дисплее в цифровом виде. Однако проблема погрешности измерений и принцип расширения диапазона измерений идентичны для аналоговых и цифровых измерительных приборов.

Как работает вольтметр?

Существует два типа вольтметров: аналоговые, показывающие значение путем наклона стрелки механического прибора, и все чаще используемые в настоящее время цифровые, оснащенные сложными электронными схемами.

Аналоговые вольтметры обычно представляют собой амперметры с последовательно соединенным резистором R_V с очень большим значением электрического сопротивления. То есть, по сути, они измеряют ток I_V, протекающий через него, а шкала показывает значение, которое является результатом расчета: U_V = I_V * R_V .

Цифровые приборы, как правило, имеют обратную конструкцию (то есть они являются именно вольтметрами, а не амперметрами). Это связано с тем, что изготовить цифровой измеритель напряжения относительно просто. Если мы подключим его параллельно резистору с малым сопротивлением, то получим амперметр. Значение индикатора может быть рассчитано по уравнению: U_V = I_V * R_V .

Существует, однако, тип аналогового вольтметра, принцип действия которого не основан на принципе работы амперметра. Это электростатический вольтметр. На практике это конденсатор с одной неподвижной обкладкой и другой подвижной. Электрическое взаимодействие обкладок вызывает перемещение указателя, прикрепленного к движущейся части. С помощью такого вольтметра можно можно измерять даже очень высокие электрические напряжения, а значение его внутреннего сопротивление почти бесконечно.

Устройство

Рассмотрим устройство электростатического и электромагнитного вольтметра и способ их подключения к схеме.

На рисунке 5 показана конструкция электростатического вольтметра (слева) и электромагнитного вольтметра (справа) и как они соединены в электрическую цепь. Подвижные части вольтметров отмечены красным цветом.

Различные элементы вольтметров показаны цифрами.

Рисунок 5. Устройство вольтметров (электростатического — слева, электромагнитного — справа)

На рисунке 5 обозначено:

1. Неподвижная часть крышки воздушного конденсатора.
2. Подвижная часть обкладки воздушного конденсатора (чем сильнее притянута к неподвижной части, тем выше напряжение между обкладками).
3. Указатель, который позволяет считывать результат по шкале.
4. Указатель, который позволяет считывать результат по шкале.
5. Катушка, через которую протекает ток, создающий магнитное поле.
6. Ферромагнит, втянутый в катушку тем сильнее, чем сильнее протекающий через него ток (т.е. чем больше создаваемое им магнитное поле).
7. Пружина, уравновешивающая втягивающее усилие.
8. Направление магнитного поля, создаваемого катушкой.
9. Добавочный резистор — для изменения диапазона измерения вольтметра.
10. Проверка элемента электрической цепи.
11. Проверка элемента электрической цепи.
12. Электрическое напряжение на концах элемента R₁.
13. Электрическое напряжение на концах элемента R₂.

§ 41. Вольтметр. Измерение напряжения

1. Как называют прибор для измерения напряжения?

Условие:

Решение:

Советы:

Если вольтметр меряет ещё и силу тока, сопротивление и емкость, то прибор называют тестером или мультиметром.

2. Как включают вольтметр для измерения напряжения на участке цепи?

Условие:

Решение:

Советы:

Если на данном участке цепи нет никаких приборов, а только металлический провод, то вольтметр покажет или ноль или очень малую величину напряжения.

3. Как с помощью вольтметра измерить напряжение на полюсах источника тока?

Условие:

Решение:

Советы:

Если источник разряжен, то показание вольтметра будет ноль или меньше, чем указано на спецификации источника тока.

4. Какой должна быть сила тока, проходящего через вольтметр, по сравнению с силой тока в цепи?

Условие:

Решение:

Советы:

В идеале, ток должет быть нулевым.

Упражнение 26.1. Рассмотрите шкалу вольтметра (см. рис. 65, а). Определите цену деления. Перечертите в тетрадь его шкалу и нарисуйте положение стрелки при напряжении 4.5 В; 7,5; 10,5 В?

Условие:

Решение:

Советы:

При расчете цены делений можно брать любые два показания на шкале, например, 0 и 15, главное правильно и внимательно пересчитать число всех делений между выбранными цифрами.

Упражнение 26.2. Определите цену деления шкалы вольтметра, изображенного на рисунке 66, а. Какое напряжение он показывает?

Условие:

Решение:

Советы:

Если сделать измерение на глаз, то мы получим показание около 1.7 В. Но у каждого свой глазомер. Другой напишет 1.8 В, а третий скажет, что вольтмер показывает 1.68889931 В. Это всё неправильно. Точность прибора берут равной половине деления - это минимальное напряжение, которое он может измерить и это неопределенность в показании прибора, обусловленная его конструкционными особенностями.

Упражнение 26.3. Начертите схему цепи, состоящей из аккумклятора, лампы, ключа, амперметра и вольтметра, для случая, когда вольтметром измеряют напряжение на полюсах источника тока.

Условие:

Решение:

Советы:

Порядок следования друг за другом в цепи амперметра, лампы и ключа произволен.

Вольтметр лабораторный

1. Назначение пособия

Вольтметр служат для измерения постоянного напряжения при проведении лабораторных работ по физике в школе.

2. Основные технические характеристики

Пределы измерений: Вольтметр от 0 до 6В.

3. Устройство и работа изделия

Прибор состоит из магнитоэлектрического измерительного механизма со шкалой, установленных в специальном корпусе с гнездом приборным. При включении необходимо соблюдать полярность (левое гнездо- отрицательное).
Вольтметр магнитоэлектрической системы является точными, чувствительным прибором и требуют аккуратного и бережного обращения.
Совершенно недопустимо включать прибор в электрическую цепь, если измеряемая величина превышает пределы измерения прибора, т.е. 6В для вольтметра. Неосторожное включение прибора (если измеряемая величина превышает пределы измерения прибора) выведет его из строя, так как произойдет перегорание наиболее чувствительных частей прибора (спиральных пружинок или обмотки рамки). Такую неисправность трудно устранить в условиях школы.
При отсчете показаний прибора необходимо располагать прибор таким образом, чтобы уменьшить ошибки от параллакса.

 

4. Правила хранения

Вольтметр следует хранить в сухом помещении при комнатной температуре. Его необходимо беречь от ударов и толчков.
 

5. Свидетельство о приемке

Прибор соответствует техническим условиям ТУ 79 РФ 529- 03 и признан годным для эксплуатации.
Дата выпуска ‘______’ _______________ 20 ____г.

6. Гарантийные обязательства

Предприятие- изготовитель гарантирует соответствие прибора требованиям ТУ при соблюдении условий эксплуатации, транспортировки и хранения.
Срок гарантии — 1 (один) год со дня ввода прибора в эксплуатацию.

 

 

 

Вольтметры и амперметры

Вольтметры и амперметры измеряют соответственно напряжение и ток в цепи. Некоторые измерители в автомобильных приборных панелях, цифровых камерах, сотовых телефонах и тюнерах-усилителях являются вольтметрами или амперметрами.

Вольтметры

Вольтметр — это прибор, который измеряет разность электрических потенциалов между двумя точками в электрической цепи. Аналоговый вольтметр перемещает указатель по шкале пропорционально напряжению в цепи; цифровой вольтметр обеспечивает числовой дисплей.Любое измерение, которое можно преобразовать в напряжение, можно отобразить на правильно откалиброванном измерителе; такие измерения включают давление, температуру и расход.

Вольтметр

Вольтметр демонстрационный из класса физики

Чтобы вольтметр мог измерять напряжение устройства, он должен быть подключен параллельно этому устройству. Это необходимо, потому что параллельные объекты испытывают одинаковую разность потенциалов.

Вольтметр параллельно

(a) Для измерения разности потенциалов в этой последовательной цепи вольтметр (V) помещают параллельно источнику напряжения или одному из резисторов.Обратите внимание, что напряжение на клеммах измеряется между точками a и b. Невозможно подключить вольтметр напрямую к ЭДС без учета его внутреннего сопротивления r. (b) Используемый цифровой вольтметр

Амперметры

Амперметр измеряет электрический ток в цепи. Название происходит от названия единицы измерения электрического тока в системе СИ, ампер (А).

Чтобы амперметр мог измерять ток устройства, он должен быть последовательно подключен к этому устройству.Это необходимо, потому что последовательно соединенные объекты испытывают одинаковый ток. Их нельзя подключать к источнику напряжения — амперметры предназначены для работы с минимальной нагрузкой (которая относится к падению напряжения на амперметре, обычно составляющему небольшую долю вольта).

Амперметр серии

Амперметр (А) подключается последовательно для измерения тока. Весь ток в этой цепи протекает через счетчик. Амперметр будет иметь такие же показания, если он расположен между точками d и e или между точками f и a, как и в показанном положении.(Обратите внимание, что заглавная буква E обозначает ЭДС, а r обозначает внутреннее сопротивление источника разности потенциалов.)

Гальванометры (аналоговые счетчики)

Аналоговые счетчики имеют иглы, которые поворачиваются, чтобы указывать на числа на шкале, в отличие от цифровых счетчиков, которые имеют числовые показания. Сердцем большинства аналоговых счетчиков является устройство, называемое гальванометром, обозначенное цифрой G. . Ток через гальванометр I _G вызывает пропорциональное движение или отклонение стрелки.

Двумя важнейшими характеристиками любого гальванометра являются его сопротивление и чувствительность по току. Чувствительность по току — это ток, который дает полное отклонение стрелки гальванометра, другими словами, максимальный ток, который может измерить прибор. Например, гальванометр с токовой чувствительностью 50 мкА имеет максимальное отклонение стрелки при протекании через него 50 мкА, находится на полпути шкалы, когда через него протекает 25 мкА, и так далее.

Если такой гальванометр имеет сопротивление 25 Ом, то только напряжение В = IR = (50 мкА) (25 Ом) = 1.25 мВ дает показания полной шкалы. Подключив резисторы к этому гальванометру различными способами, вы можете использовать его как вольтметр или амперметр для измерения широкого диапазона напряжений или токов.

Гальванометры как вольтметры

Гальванометр может работать как вольтметр, если он подключен последовательно с большим сопротивлением R . Значение R определяется максимальным измеряемым напряжением. Предположим, вам нужно 10 В для полного отклонения вольтметра, содержащего гальванометр с сопротивлением 25 Ом и чувствительностью 50 мкА.Тогда приложенное к измерителю напряжение 10 В должно давать ток 50 мкА. Общее сопротивление должно быть:

$ R_ {tot} = R + r = \ frac {V} {I} = \ frac {10V} {50 \ mu A} = 200 k \ Omega, $

или:

$ R = R_ {tot} — r = 200 k \ Omega — 25 \ Omega \ приблизительно 200 k \ Omega. $

(R настолько велик, что сопротивление гальванометра, r, почти ничтожно.) Обратите внимание, что приложено 5 В. Этот вольтметр производит отклонение на половину шкалы, пропуская через измеритель ток 25 мкА, поэтому показания вольтметра пропорциональны напряжению, если это необходимо.Этот вольтметр не будет полезен для напряжений менее примерно половины вольта, потому что отклонение измерителя будет слишком маленьким для точного считывания. Для других диапазонов напряжения другие сопротивления устанавливаются последовательно с гальванометром. Многие измерители позволяют выбирать шкалы, которые включают последовательное включение соответствующего сопротивления с гальванометром.

Гальванометры как амперметры

Тот же гальванометр может также работать как амперметр, если он размещен параллельно с небольшим сопротивлением R , часто называемым шунтирующим сопротивлением.Поскольку сопротивление шунта невелико, большая часть тока проходит через него, что позволяет амперметру измерять токи, намного превышающие те, которые вызывают полное отклонение гальванометра.

Предположим, например, что нам нужен амперметр, который дает полную шкалу отклонения для 1,0 А и который содержит тот же гальванометр 25 Ом с чувствительностью 50 мкА. Поскольку R и R включены параллельно, напряжение на них одинаковое.

Эти ИК-капли следующие: IR = I _G r

, так что: $ IR = \ frac {I_G} {I} = \ frac {R} {r}.{-3} \ Omega. $

Электромагнетизм — Что на самом деле измеряет вольтметр?

Типичный вольтметр содержит внутренний омический резистор с известным и очень высоким сопротивлением $ R $ (называемым «входным сопротивлением» или «входным сопротивлением») и чрезвычайно чувствительный амперметр, который измеряет ток через этот резистор. Когда вольтметр подключен параллельно к некоторым элементам схемы, тогда в идеале внутренний резистор имеет сопротивление настолько большее, чем любой из элементов схемы, на которых измеряется напряжение, что он действует как почти идеальный изолятор, и подавляющее большинство ток (если он есть) протекает через измеряемые элементы схемы.Вольтметр измеряет крошечный ток $ I $, который проходит через его внутренний резистор, а затем отображает напряжение $ V = IR $. Помимо ошибки калибровки в $ R $ и ошибки прямого измерения тока, отображаемое значение вольтметра станет неверным, когда измеряемое напряжение будет настолько высоким, что реакция внутреннего резистора перестает быть омической.

Существует нетривиальная проблема оптимизации, заключающаяся в том, насколько большим должно быть входное сопротивление вольтметра: чем оно выше, тем меньше тока проходит через вольтметр, что затрудняет точное измерение.С другой стороны, вы обычно не хотите, чтобы через вольтметр проходила значительная часть общего тока, иначе простое подключение вольтметра к цепи фактически изменит поведение схемы, что обычно нежелательно.

Как вы предположили в своем вопросе, невозможно измерить $ \ Phi $ в целом — даже в принципе — потому что это величина, зависящая от калибровки. Настоящий вольтметр обычно состоит из двух проводов (которые являются хорошими проводниками), которые подключаются к элементу схемы, а реальный измерительный прибор находится между ними.b \ vec {E} \ cdot d \ vec {l} $ вдоль провода, как вы предложили. По закону Фарадея любое зависящее от времени магнитное поле будет индуцировать электрический ток, и поэтому показания, отображаемые вольтметром, будут меняться, когда провода, соединяющие его с цепью, проходят через изменяющееся магнитное поле. Таким образом, если поблизости есть магнитные поля, которые заметно меняются со временем, то показания вольтметра будут зависеть от точного положения проводов, соединяющих его с цепью, и в целом эта величина не очень полезна.

(В более реалистичной модели вольтметра, где мы принимаем во внимание тот факт, что сопротивление для внутреннего резистора намного, намного выше, чем для внешних проводов, мы обнаруживаем, что $ \ vec {E} $ обычно пренебрежимо мало внутри провода и примерно постоянны на внутреннем резисторе, поэтому показания вольтметра в основном равны $ \ vec {E} \ cdot \ vec {l} $, где $ \ vec {l} $ — ориентированная длина внутреннего резистора, а $ \ vec {E} $ — это электрическое поле в месте его расположения. Фактически, большинство датчиков местного электрического поля имеют ту же базовую конструкцию, что и вольтметры: чрезвычайно чувствительный амперметр, измеряющий через омический резистор известной длины и входного сопротивления.В 4 раза больше, чем у вольтметра), чтобы предотвратить протекание через него любого тока, так как в результате накопление заряда частично нейтрализует внешнее поле.)

21.4 Вольтметры и амперметры постоянного тока — College Physics

Вольтметры измеряют напряжение, а амперметры измеряют ток. Некоторые измерители в автомобильных приборных панелях, цифровых камерах, сотовых телефонах и тюнерах-усилителях являются вольтметрами или амперметрами. (См. Рис. 21.26.) Внутренняя конструкция простейших из этих счетчиков и то, как они подключены к системе, которую они контролируют, позволяют лучше понять применение последовательного и параллельного подключения.

Рисунок 21.26. Датчики топлива и температуры (крайний правый и крайний левый, соответственно) в этом Volkswagen 1996 года являются вольтметрами, которые регистрируют выходное напряжение «передающих» устройств, которое, как мы надеемся, пропорционально количеству бензина в баке и температуре двигателя. . (кредит: Christian Giersing)

Вольтметры подключаются параллельно к любому устройству, которое необходимо измерить. Параллельное соединение используется потому, что параллельные объекты испытывают одинаковую разность потенциалов.(См. Рисунок 21.27, где вольтметр обозначен символом V.)

Амперметры подключаются последовательно к любому измеряемому устройству. Последовательное соединение используется потому, что последовательно соединенные объекты имеют одинаковый ток, проходящий через них. (См. Рисунок 21.28, где амперметр обозначен символом A.)

Рисунок 21.27 (a) Для измерения разности потенциалов в этой последовательной цепи вольтметр (V) помещают параллельно источнику напряжения или одному из резисторов.Обратите внимание, что напряжение на клеммах измеряется между точками a и b. Невозможно подключить вольтметр напрямую к ЭДС без учета ее внутреннего сопротивления rr. (b) Используемый цифровой вольтметр. (Источник: Messtechniker, Wikimedia Commons) Рисунок 21.28 Амперметр (A) включен последовательно для измерения тока. Весь ток в этой цепи протекает через счетчик. Амперметр будет иметь такие же показания, если он расположен между точками d и e или между точками f и a, как и в показанном положении.(Обратите внимание, что заглавная буква E обозначает ЭДС, а rr обозначает внутреннее сопротивление источника разности потенциалов.)

Аналоговые измерители: гальванометры

У аналоговых счетчиков есть стрелка, которая поворачивается, чтобы указывать на числа на шкале, в отличие от цифровых счетчиков, которые имеют числовые показания, аналогичные ручному калькулятору. Сердцем большинства аналоговых измерителей является устройство, называемое гальванометром, обозначенное буквой G. Ток, протекающий через гальванометр IGIG размера 12 {I rSub {размер 8 {G}}} {}, производит пропорциональное отклонение стрелки.(Это отклонение происходит из-за силы магнитного поля на токоведущий провод.)

Двумя важнейшими характеристиками данного гальванометра являются его сопротивление и чувствительность по току. Чувствительность по току — это ток, который дает полное отклонение стрелки гальванометра, максимальный ток, который может измерить прибор. Например, гальванометр с чувствительностью по току 50 мкА, 50 мкА имеет максимальное отклонение стрелки при прохождении через него 50 мкА, 50 мкА показывает половину шкалы, когда через него протекает 25 мкА 25 мкА размером 12 {2 «5» мкА} {}. , и так далее.

Если такой гальванометр имеет сопротивление 25 Ом 25 Ом 12 {2 «5-«% OMEGA} {}, тогда напряжение будет только V = IR = 50 мкА 25 Ом = 1,25 мВВ = IR = 50 мкА 25 Ом = 1,25 мВ, размер 12 {V = курсив «IR» = слева («50 мкА справа) слева (« 25 »% OMEGA справа) = 1». «25» «мВ»} {} дает показание полной шкалы. Подключив резисторы к этому гальванометру различными способами, вы можете использовать его как вольтметр или амперметр, который может измерять широкий диапазон напряжений или токов.

Гальванометр как вольтметр

Рисунок 21.29 показано, как гальванометр можно использовать в качестве вольтметра, подключив его последовательно с большим сопротивлением RR. Значение сопротивления RR размером 12 {R} {} определяется максимальным измеряемым напряжением. Предположим, вам нужно 10 В для создания полного отклонения вольтметра, содержащего гальванометр 25 Ом 25 Ом размером 12 {2 «5-«% OMEGA} {} с чувствительностью 50 мкА, 50 мкА. Затем 10 В, приложенное к измерителю, должно давать ток 50 мкА 50 мкА размером 12 {«50» мкА} {}. Общее сопротивление должно быть

Rtot = R + r = VI = 10 В, 50 мкА = 200 кОм, или Rtot = R + r = VI = 10 В, 50 мкА = 200 кОм, или размер 12 {R rSub {размер 8 {«tot»} } = R + r = {{V} больше {I}} = {{«10» «V»} больше {«50» мкА}} = «200» «k»% OMEGA} {}

21.68

R = Rtot − r = 200 кОм − 25Ω≈200 кОм. R = Rtot − r = 200 кОм − 25Ω≈200 кОм. размер 12 {R = R rSub {size 8 {«tot»}} -r = «200» k% OMEGA — «25»% OMEGA »» 200 «» k «% OMEGA} {}

21,69

(размер RR 12 {R} {} настолько велико, что сопротивление гальванометра, rr, почти ничтожно.) Обратите внимание, что 5 В, приложенное к этому вольтметру, вызывает отклонение на половину шкалы, создавая 25-мкА 25-мкА размером 12 {2 «5- «мкА} {} ток через измеритель, поэтому показания вольтметра пропорциональны напряжению по желанию.

Этот вольтметр не годится для напряжений менее примерно половины вольта, потому что отклонение измерителя будет небольшим и его трудно будет точно прочитать.Для других диапазонов напряжения другие сопротивления устанавливаются последовательно с гальванометром. У многих метров есть выбор шкалы. Этот выбор включает последовательное включение соответствующего сопротивления с гальванометром.

Рисунок 21.29. Большое сопротивление RR, включенное последовательно с гальванометром G, дает вольтметр, полное отклонение которого зависит от выбора размера RR 12 {R} {}. Чем больше измеряемое напряжение, тем больше должен быть размер RR 12 {R} {}. (Обратите внимание, что rr представляет собой внутреннее сопротивление гальванометра.)

Гальванометр как амперметр

Тот же гальванометр можно превратить в амперметр, разместив его параллельно небольшому сопротивлению RR размером 12 {R} {}, часто называемому шунтирующим сопротивлением, как показано на рисунке 21.30. Поскольку сопротивление шунта невелико, большая часть тока проходит через него, что позволяет амперметру измерять токи, намного превышающие токи, вызывающие полное отклонение гальванометра.

Предположим, например, что необходим амперметр, который дает полное отклонение на 1.0 A и содержит тот же гальванометр 25 Ом, 25 Ом, размер 12 {2 «5-«% OMEGA} {} с его чувствительностью 50 мкА, 50 мкА, размер 12 {«50»-мкА} {}. Поскольку RR размером 12 {R} {} и RR размером 12 {r} {} параллельны, напряжение на них одинаковое.

Эти капли IRIR размера 12 {ital «IR»} {} имеют вид IR = IGrIR = IGr size 12 {ital «IR» = I rSub {size 8 {G}} r} {}, так что IR = IGI = RrIR = IGI = Rr размер 12 {ital «IR» = {{I rSub {size 8 {G}}} больше {I}} = {{R} больше {r}}} {}. Решив для размера RR 12 {R} {} и отметив, что размер IGIG 12 {I rSub {размер 8 {G}}} {} равен 50 мкА, 50 мкА, размер 12 {«50» мкА} {} и размер II 12 {I } {} равно 0.999950 A, имеем

R = rIGI = (25 Ом) 50 мкА 0,999950 A = 1,25 × 10-3 Ом. R = rIGI = (25 Ом) 50 мкА 0,999950 A = 1,25 × 10-3 Ом. размер 12 {R = r {{I rSub {size 8 {G}}} больше {I}} = \ («25″% OMEGA \) {{«50» мА} больше {0 «.» «999950 A»}} = 1 «.» «25» ´ «10» rSup {размер 8 {-3}}% OMEGA} {}

21,70

Рисунок 21.30. Небольшое шунтирующее сопротивление RR размером 12 {R} {}, помещенное параллельно гальванометру G, дает амперметр, полное отклонение которого зависит от выбора размера RR 12 {R} {}. Чем больше измеряемый ток, тем меньше должен быть размер RR 12 {R} {}.Большая часть тока (II), протекающего через счетчик, шунтируется через RR размером 12 {R} {} для защиты гальванометра. (Обратите внимание, что rr представляет собой внутреннее сопротивление гальванометра.) Амперметры также могут иметь несколько шкал для большей гибкости в применении. Различные масштабы достигаются путем переключения различных шунтирующих сопротивлений параллельно гальванометру — чем больше максимальный измеряемый ток, тем меньше должно быть шунтирующее сопротивление.

Проведение измерений изменяет схему

Когда вы используете вольтметр или амперметр, вы подключаете другой резистор к существующей цепи и, таким образом, изменяете схему.В идеале вольтметры и амперметры не оказывают заметного влияния на схему, но полезно изучить обстоятельства, при которых они влияют или не влияют.

Сначала рассмотрим вольтметр, который всегда размещается параллельно с измеряемым устройством. Через вольтметр протекает очень небольшой ток, если его сопротивление на несколько порядков больше, чем сопротивление устройства, и поэтому на цепь это не оказывает заметного влияния. (См. Рисунок 21.31 (a).) (Большое сопротивление, параллельное малому, имеет суммарное сопротивление, по существу равное малому.) Если, однако, сопротивление вольтметра сопоставимо с сопротивлением измеряемого устройства, то два параллельно подключенных устройства имеют меньшее сопротивление, что существенно влияет на цепь. (См. Рисунок 21.31 (b).) Напряжение на устройстве не такое, как при отключении вольтметра от цепи.

Рисунок 21.31 (a) Вольтметр, имеющий сопротивление намного больше, чем устройство (RVoltmeter >> RRVoltmeter >> R, размер 12 {V «>>» R} {}), с которым он подключен параллельно, создает параллельное сопротивление, по существу такое же, как и прибора и не оказывает заметного влияния на измеряемую цепь.(b) Здесь вольтметр имеет то же сопротивление, что и устройство (RVoltmeter≅RRVoltmeter≅R size 12 {V simeq R} {}), так что параллельное сопротивление составляет половину от того, которое есть, когда вольтметр не подключен. Это пример значительного изменения схемы, которого следует избегать.

Амперметр подключается последовательно к ветви измеряемой цепи, так что его сопротивление добавляется к этой ветви. Обычно сопротивление амперметра очень мало по сравнению с сопротивлениями устройств в цепи, поэтому дополнительное сопротивление незначительно.(См. Рисунок 21.32 (a).) Однако, если задействованы очень малые сопротивления нагрузки или если сопротивление амперметра не такое низкое, как должно быть, то общее последовательное сопротивление значительно больше, а ток в ветви измеряется уменьшается. (См. Рисунок 21.32 (b).)

На практике может возникнуть проблема, если амперметр подключен неправильно. Если его подключить параллельно с резистором для измерения тока в нем, вы можете повредить счетчик; низкое сопротивление амперметра позволит большей части тока в цепи проходить через гальванометр, и этот ток будет больше, поскольку эффективное сопротивление меньше.

Рис. 21.32 (a) Амперметр обычно имеет такое маленькое сопротивление, что общее последовательное сопротивление в измеряемой ветви существенно не увеличивается. Схема практически не изменилась по сравнению с отсутствием амперметра. (b) Здесь сопротивление амперметра такое же, как сопротивление ветви, так что общее сопротивление удваивается, а ток вдвое меньше, чем без амперметра. Этого существенного изменения схемы следует избегать.

Одним из решений проблемы вольтметров и амперметров, мешающих измерению цепей, является использование гальванометров с большей чувствительностью.Это позволяет создавать вольтметры с большим сопротивлением и амперметры с меньшим сопротивлением, чем при использовании менее чувствительных гальванометров.

Существуют практические пределы чувствительности гальванометра, но можно получить аналоговые измерители, которые делают измерения с точностью до нескольких процентов. Обратите внимание, что неточность возникает из-за изменения схемы, а не из-за неисправности счетчика.

Связи: границы знаний

Выполнение измерения изменяет измеряемую систему таким образом, что приводит к погрешности измерения.Для макроскопических систем, таких как схемы, обсуждаемые в этом модуле, изменение обычно можно сделать пренебрежимо малым, но полностью исключить его нельзя. Для субмикроскопических систем, таких как атомы, ядра и более мелкие частицы, измерение изменяет систему таким образом, что невозможно сделать сколь угодно малым. Это фактически ограничивает знания о системе — даже ограничивает то, что природа может знать о самой себе. Мы увидим глубокие последствия этого, когда принцип неопределенности Гейзенберга будет обсуждаться в модулях по квантовой механике.

Существует еще один метод измерения, основанный на полном отсутствии тока и, следовательно, без изменения схемы. Они называются нулевыми измерениями и являются темой нулевых измерений. Цифровые измерители, использующие твердотельную электронику и измерения нуля, могут достигать точности одной детали в 106106 размер 12 {«10» rSup {size 8 {6}}} {}.

Проверьте свое понимание

Цифровые счетчики способны обнаруживать меньшие токи, чем аналоговые счетчики, использующие гальванометры.Как это объясняет их способность измерять напряжение и ток более точно, чем аналоговые измерители?

Solution

Поскольку цифровые счетчики требуют меньшего тока, чем аналоговые счетчики, они изменяют схему меньше, чем аналоговые счетчики. Их сопротивление в качестве вольтметра может быть намного больше, чем у аналогового измерителя, а их сопротивление в качестве амперметра может быть намного меньше, чем у аналогового измерителя. См. Рисунки 21.27 и 21.28 и их обсуждение в тексте.

PhET Explorations

Circuit Construction Kit (только для постоянного тока), виртуальная лаборатория

Стимулируйте нейрон и отслеживайте, что происходит.Сделайте паузу, перемотайте назад и двигайтесь вперед во времени, чтобы наблюдать за перемещением ионов через мембрану нейрона.

Учимся пользоваться вольтметрами | IOPSpark

Вольтметр

Электричество и магнетизм

Обучение работе с вольтметрами

Практическая деятельность для 14–16

Демонстрация

Введение в то, что измеряют вольтметры и как они соединяются в цепях.

Аппаратура и материалы

• Элементы, 1,5 В, с держателями, 3
• Лампы с патронами, 3
• Выводы, 4 мм, 8
• Вольтметр демонстрационный (0-5 В)
• Цифровой мультиметр с несколькими диапазонами напряжения (опция)
• Цифровые и аналоговые вольтметры с переменным диапазоном (опция)

Примечания по охране труда и технике безопасности

В современной конструкции с сухим элементом используется стальная банка, подключенная к положительному (приподнятому) контакту.Отрицательное соединение — это центр основания с кольцевым изолятором между ним и банкой. Некоторые держатели ячеек имеют зажимы, которые могут перекрывать изолятор, вызывая короткое замыкание . Это быстро разряжает элемент и может привести к его взрыву. Риск снижается за счет использования маломощных , хлоридно-цинковых элементов, а не высокой мощности , щелочно-марганцевых.

Прочтите наше стандартное руководство по охране труда

Процедура

1. Соедините три ячейки последовательно.(Не замыкайте цепь.)
2. Присоедините два вывода к демонстрационному вольтметру другого отличительного цвета, например зеленый.
3. Подключите измеритель, показывающий 0-5 вольт, сначала на одной ячейке, затем на двух, затем на трех. Покажите, что показания счетчика увеличиваются одинаково — счетчик «считает клетки». (Вы можете отметить циферблат измерителя, чтобы указать «1 ячейка», «2 ячейки», «3 ячейки».)
4. Теперь подключите три лампы последовательно. Подключите одну ячейку к трем лампам — демонстрационный счетчик должен показывать приблизительно «1 ячейка».Повторите то же самое с двумя и тремя клетками.
5. Наконец, с тремя ячейками и тремя лампами снимите показания с одной, двух и затем трех ламп, чтобы показать, как напряжение ячеек распределяется между лампами, когда они включены последовательно.

Учебные заметки

• Для первого знакомства с вольтметром нет необходимости определять вольт. Вместо этого используйте его как линейку или часы, которые используются в первый раз — без определения счетчика или второго. В конце концов, вольт будет использоваться как мера энергии, которую может обеспечить элемент.(Разность потенциалов в вольтах определяется из энергии, передаваемой каждому кулону заряда, протекающего между двумя точками в цепи, к которым подключен вольтметр.)
• Вы можете начать с представления ячейки как устройства , которое хранит энергию химически . Это может помочь учащимся понять, что ток не расходуется, а химические вещества в ячейке расходуются. Таким образом, ток во всей последовательной цепи одинаков и не расходуется в устройствах. (Ток выполняет электромонтажные работы — лампы нагревают и нагревают окружающую среду.) Мы платим за химические вещества в ячейке и, в больших масштабах, за уголь (и инфраструктуру), который позволяет току течь, когда приборы подключены к электросети. Мы платим за топливо, электростанции и Национальную сеть, когда оплачиваем счет за электричество.
• Студенты могут провести аналогичный эксперимент, но их наблюдения, вероятно, будут меньше смущать их, если эксперимент будет проводиться в качестве демонстрации. Они могут продолжить практиковаться в использовании вольтметров для измерения напряжений в любых схемах, которые они ранее изучили.
• Расширение «Как работает наука»: используйте эту демонстрацию как возможность поднять некоторые вопросы, связанные с выбором подходящего оборудования для практической работы. Студенты могут подумать, что существует только один тип вольтметра. Демонстрируя, что существуют вольтметры с разными диапазонами, вы можете усилить важность выбора подходящего оборудования. Если два или более измерителя находятся на разных диапазонах, произведите одно и то же измерение: стрелка измерителя с более чувствительной шкалой будет отклоняться дальше.
• В некоторых экспериментах учащиеся не получают ни одного фиксированного показания вольтметра, а получают постоянно колеблющееся значение. Определение «правильного» прочтения дает прекрасную возможность обсудить:
• относительные достоинства аналоговых и цифровых счетчиков
• неопределенность измерений
• как выбрать измеритель с подходящим диапазоном и чувствительностью
• Укажите, что необходимо соблюдать осторожность, чтобы не допустить перегрузки или повреждения счетчиков.Если у электросчетчика более одного диапазона, учащиеся всегда должны сначала выбирать самый высокий диапазон, а затем, при необходимости, более чувствительные диапазоны. Им также следует выбрать самое низкое напряжение источника питания.

Этот эксперимент прошел испытания на безопасность в декабре 2006 г.

Вольтметр — точка назначения

Вольтметр

Определение

Вольтметр — это прибор, который используется для измерения разности потенциалов или напряжения между двумя точками в электрической или электронной цепи.Он также известен как измеритель напряжения. Вольтметр может отображать показания в аналоговой (указатель на шкале в долях напряжения цепи) или в цифровой (показывает напряжение непосредственно в виде цифр). Некоторые вольтметры предназначены для использования в цепях постоянного тока (DC); другие предназначены для цепей переменного тока (AC). Специализированные вольтметры могут измерять радиочастотное (РЧ) напряжение.

Аналоговый вольтметр имеет точность до нескольких долей полной шкалы и используется для измерения напряжений от долей вольта до пары тысяч вольт.Напротив, цифровой вольтметр имеет более высокую точность и обычно используется для измерения очень малых напряжений в лабораториях и электронных устройствах.

Возможность измерения напряжения имеет решающее значение для разработки и обслуживания передовых технологий, но она также имеет более общие и практические применения. Вольтметры производятся в самых разных стилях. Инструменты, постоянно установленные на панели, используются для контроля генераторов или другого стационарного оборудования. Портативные инструменты, обычно оснащенные также для измерения тока и сопротивления в виде мультиметра, являются стандартными измерительными приборами, используемыми в электротехнике и электронике.

Функции вольтметра

Вольтметр может быть установлен на трансформатор и другие подобные устройства с большим напряжением, а также может быть портативным в виде цифровых мультиметров. Аналоговый вольтметр состоит из последовательно включенного чувствительного гальванометра (измерителя тока) с высоким сопротивлением. Внутреннее сопротивление вольтметра должно быть высоким. В противном случае он будет потреблять значительный ток и тем самым нарушить работу тестируемой цепи. Чувствительность гальванометра и значение последовательного сопротивления определяют диапазон напряжений, который может отображать измеритель.

Вольтметры, работающие по электростатическому принципу, используют взаимное отталкивание двух заряженных пластин для отклонения стрелки, прикрепленной к пружине. Счетчики этого типа потребляют незначительный ток, но чувствительны к напряжению более 100 вольт и работают как с переменным, так и с постоянным током.

Цифровой вольтметр показывает напряжение непосредственно цифрами. Некоторые из этих измерителей могут определять значения напряжения с точностью до нескольких значащих цифр. Практические лабораторные вольтметры имеют максимальные диапазоны от 1000 до 3000 вольт (В).Большинство серийно выпускаемых вольтметров имеют несколько шкал, увеличивающихся в десятичной степени; например, 0–1 В, 0–10 В, 0–100 В и 0–1000 В.

Использование вольтметра

В современном современном мире напряжение используется во многих приложениях в самых разных величинах. . Вольтметры, предназначенные для измерения опасно высоких напряжений, например, на линиях передачи, имеют большие щупы с дополнительной электрической изоляцией между контрольными точками и пользователем, чтобы предотвратить поражение пользователя электрическим током.Другие вольтметры предназначены для измерения очень низких уровней напряжения на очень маленьких объектах с высокой точностью, например, на компьютерных микросхемах. Вольтметры для этих приложений могут быть очень маленькими и специально разработаны для минимизации или устранения нежелательных шумов от разности потенциалов, которые существуют в воздухе естественным образом или из-за близлежащей электроники.

Вольтметрам для измерения большой разности потенциалов требуются прочные зонды, проводка и изоляторы.

Ссылка: исследование.com, techopedia.com, techtarget.com, wikipedia.

Что такое вольтметр и как работает вольтметр?

Вольтметр измеряет разность электрических потенциалов между двумя точками, например двумя точками в цепи. Вольтметр — это устройство с двумя выводами, одно из которых соединено с проводами, а другое — с выводами.

Когда мы помещаем один конец провода в одну из тестируемых точек, а другой конец в другую точку, измеритель показывает разницу. Вольтметр — это инструмент, используемый инженерами-электриками для диагностики и устранения неисправностей электрических цепей.

Как работает вольтметр

Работа вольтметра

Измерение напряжения между двумя точками электрического тока может быть выполнено с помощью прибора, называемого вольтметром . Первый вид вольтметра — это вольтметр постоянного тока. Когда мы снимаем показания напряжения, вольтметр подключается к той части цепи, которая должна быть измерена.

Вольтметр постоянного тока имеет подковообразный магнит с полукруглыми кусочками мягкого железа, прикрепленными к каждому концу магнита.Утюг тоже намагничен. Железные концы магнита служат для направления магнитного поля в направлении небольшого железного цилиндра, который расположен между концами (или полюсами) магнита.

Железный цилиндр фокусирует магнитное поле благодаря тому свойству мягкого железа, что он сильно намагничивается.

Цилиндр окружает прямоугольная рамка с катушкой из медной проволоки, концы которой прикреплены к маленьким спиральным пружинам. К катушке прикреплена игла.Катушка проводит электрический ток, заставляя иглу двигаться. Когда стрелка движется, она указывает на показания шкалы, представляющие напряжение.

Чтение

Когда вольтметр не используется, стрелка будет указывать на ноль на шкале. Игла начинает двигаться, когда через катушку проходит ток, а затем магнитное поле создает силу на катушке.

Сила, вызванная электрическим током, проходящим через катушку, и магнитным полем магнита заставляет катушку вращаться.Пружины, прикрепленные к концам катушки, противодействуют движению катушки, что служит для регулировки положения иглы для индикации правильного напряжения.

Вольтметр идеальный

Идеальный вольтметр — это устройство с двумя выводами, которое измеряет напряжение между выводами, где они могут быть подключены к цепи. В идеале вольтметр имеет бесконечное сопротивление. Он поляризован и указывает полярность, а также величину напряжения.

Ранние измерители были аналоговыми, основанными на гальванометрах со стрелками, которые линейно отклонялись электромагнитным путем с небольшим током.Вольтметр на 1 В был сделан с гальванометром с чувствительностью, скажем, 1 миллиампер и резистором 1 кОм (так, чтобы ток 1 мА был при приложении 1 В).

Эти ранние инструменты были заменены измерителями с полностью электронными усилителями, цифроаналоговыми преобразователями и цифровыми дисплеями с входным импедансом вольтметра 10 мегаом или более и очень низкими последовательными сопротивлениями амперметра.

Обычно они объединены в один блок, мультиметр, который может также выполнять другие измерения (сопротивление, температуру).Часто их называют цифровыми мультиметрами (DMM), и они могут поставляться в портативных версиях, которые являются легкими и недорогими с точностью 0,1% или выше, а также более дорогими версиями для лабораторных столов с точностью 5 и 6 знаков.

Измерители переменного тока

для измерения напряжения и силы переменного тока изготавливаются с использованием цепей, называемых преобразователями переменного тока в постоянный, которые переводят переменное напряжение в постоянное напряжение, которое пропорционально среднеквадратичному содержанию переменного тока, метод статистического усреднения, который переводит в эквивалентную мощность нагрева.

Разница между гальванометром и вольтметром

Главное отличие — гальванометр vs.Вольтметр

Гальванометры и вольтметры — это измерительные приборы, которые часто используются для оценки электрических цепей. Основное различие между гальванометром и вольтметром заключается в том, что гальванометр — это тип устройства, части которого движутся в ответ на электрический ток , тогда как вольтметр — это устройство, которое используется для измерения разности потенциалов (напряжения). в цепи . Мы увидим, что гальванометры можно использовать для измерения не только напряжений, но и токов, и что вольтметры могут быть сконструированы по-разному, с использованием гальванометра или без него.

Что такое гальванометр

Гальванометр — это устройство с постоянным магнитом, внутри которого помещена катушка с проволокой. Когда через катушку с проволокой проходит ток, проволока создает собственное магнитное поле. Это магнитное поле взаимодействует с магнитным полем постоянных магнитов, и в результате на катушку действует сила. Сила заставляет катушку двигаться. К катушке с проволокой можно прикрепить иглу и разместить ее вдоль шкалы, чтобы можно было измерить ее движение.Чем больше ток через катушку, тем больше сила, которую ощущает игла, и, следовательно, тем больше она будет двигаться. Это приведет к дальнейшему отклонению иглы от положения покоя. Если через катушку пропускаются токи известных величин, шкалу можно откалибровать для считывания любого значения тока в заданном диапазоне. В результате гальванометры можно использовать как амперметры , для измерения величины электрического тока. Гальванометр, который функционирует таким образом, называется гальванометром с подвижной катушкой , поскольку именно движение катушки заставляет стрелку перемещаться по шкале.Также можно построить гальванометры, катушки которых не двигаются, а магниты движутся. Этот тип гальванометров называется гальванометрами с подвижным магнитом .

Схема гальванометра с подвижной катушкой (слева) и фотография старого гальванометра с подвижной катушкой (справа)

Гальванометры не используются только для измерений. Магнит гальванометра с подвижным магнитом можно прикрепить к зеркалу, чтобы при движении магнитов в ответ на электрические токи в катушке зеркало вращалось вместе с магнитами.Это означает, что движениями зеркала можно управлять, управляя током. Такой тип установки часто называют зеркальными гальванометрами . Они используются для управления световыми лучами в некоторых типах проекторов. Их также иногда используют для направления высокоинтенсивных лазерных лучей на материалы для лазерного травления. Например, на видео ниже показано, как зеркальный гальванометр можно использовать для гравировки на дереве с помощью лазера:

Что такое вольтметр

Вольтметр — это устройство, которое при подключении к двум точкам электрической цепи измеряет разность потенциалов между этими двумя точками.Гальванометры можно использовать для изготовления вольтметров. Стрелка гальванометра перемещается в ответ на ток , но если мы знаем сопротивление катушки, то можем использовать закон Ома для определения соответствующей разности потенциалов между двумя концами вольтметра. Еще раз, мы могли бы установить рядом со стрелкой шкалу, которая считывает значения разности потенциалов, соответствующие положению иглы.

Гальванометр с подвижным маслом, используемый в качестве аналогового вольтметра.

Однако не все вольтметры являются гальванометрами .Традиционно большинство вольтметров были гальванометрами. Однако сегодня чаще всего используются цифровые вольтметры. Они состоят из аналого-цифрового преобразователя (АЦП), который преобразует любое напряжение, которое он получает, в соответствующее цифровое значение в цепи вольтметра. Значение передается на дисплей, где оно просто отображается на экране в виде числа.

Разница между гальванометром и вольтметром

Что он делает

Гальванометр — это устройство, которое перемещается под действием электрического тока.

Вольтметр — это устройство, которое используется для измерения разности потенциалов (напряжения) в электрических цепях.

Как измерительный прибор

Гальванометр может быть откалиброван для измерения тока и напряжения.

Вольтметр всегда измеряет только напряжение.

Прочие функции

Гальванометры также используются для управления световыми лучами в ответ на ток.