دانشجویان مهندسی صنایع تربت حیدریه

باسمه تعالی

آزفیزیک 2

موضوع آزمایش: قانون اهم

اعضای گروه :

1-غلامرضادرویش نژاداصل

2-احسان علیزاده

3- محمدعسکری

4- حسین غفوری

یکشنبه 27فروردین1391 ساعت16

1.عنوان آزمایش: قانون اهم

2.هدف آزمایش: تعیین مقاومت مجهول

3.وسایل آزمایش :

1.آمپرمتر-2.ولت متر- 3.مولتی متر-4.منبع تغذیه

 5.سیم رابط 6.رئوستا

4.شرح وسایل :

4-1.آمپرمتر:

وسیله ای است برای اندازه گیری جریان ، آمپرمتر مقدار شدت جرياني را كه از آن مي‌گذرد، بوسيله يك عقربه كه در روي صفحه درجه بندي شده حركت مي‌كند، نشان مي‌دهد. ميزان انحراف عقربه آمپرمتر با تعداد الكترونهايي كه از اين دستگاه مي‌گذرند، نسبت مستقيم دارد. يعني نشان مي‌دهد كه چه مقدار بار الكتريكي در ثانيه از آن عبور مي‌كند.

آمپرمتر بايد طوري قرار گيرد كه تمام جريان الكتريسته از ان بگذرد، تا بتوان تمام شدت جريان الكتريكي را بوسيله آن اندازه گرفت. اين نوع اتصال را اتصال متوالي يا سري مي‌گويند. يعني اجزا تشكيل دهنده مدار در يك خط مستقيم (يك مسير هدايت كننده) به يكديگر اتصال دارند.

4-2.ولت متر:

ولت‌سنج یا ولت‌متر دستگاهی است که برای اندازه گیری اختلاف پتانسیل الکتریکی در دو سر یک مدار الکتریکی بکار می‌رود. ولت مترها در شکل‌های مختلفی بسته به نوع کاربردشان ساخته می‌شوند.این دستگاه‌ها که روی یک صفحهٔ دارای مقیاس نصب شده‌اند، به منظور کنترل ژنراتورها و دستگاه‌های دیگر به کار می‌روند.هم چنین هر اندازه گیری که بتوان آن را به ولتاژ تبدیل نمود می‌توان آن را در ولت متر اندازه گیری کرد.

 ولتاژرا می‌توان از طریق میزان جریانی که در یک مقاومت ایجاد می‌کند اندازه گرفت. از این نظر می‌توان گفت که ولت‌سنج یک آمپرسنج با مقاومت بسیار زیاد است. یکی از مسائلی که در طراحی ولت‌سنج باید در نظر گرفت اینست که جریانی که ولت‌سنج برای اندازه‌گیری ولتاژ تولید می‌کند باید تا جایی که ممکن است کمترین اختلال را در مدار داشته باشد، در نتیجه جریان تولید شده باید بسیار کم باشد. بدین منظور از یک آمپرسنج یا میکروآمپرسنج که با یک مقاوت بالا سری شده باشد استفاده می‌شود.

ولت مترهای آنالوگ

ولت متر آنالوگ دستگاه قاب گردان چرخانی هستند که بااضافه کردن یک مقاومت که به طور سری با سیم پیچ (قاب) به عنوان ولت متر استفاده می‌شود.در حقیقت ولت متر با استفاده از یک قاب کوچک(سیم پیچ) که در یک میدان مغناطیسی قوی قرار گرفته، ولتاژ را اندازه گیری می‌کند.این قاب می‌چرخد و یک فنر کوچک را فشرده می‌کند زاویه چرخش قاب از وضعیت اولیه متناسب جریان گذرنده از قاب (و در نتیجه ولتاژ دو سر ولت متر) می‌باشد حساسیت ولت مترها برحسب «ohms per volt» بیان می‌شود.برای مثال یک ولت متر با حساسیت ۱۰۰۰ اهم در ولت می‌تواند به جریان ۱میلی آمپر حساسیت نشان دهد.اگر بیشترین مقدار ولتاژ قابل اندازه گیری شده توسط یک ولت متر خاص ۲۰۰ ولت باشد.مقاومت ولت متر می‌تواند ۲۰۰٬۰۰۰ اهم باشد که در این صورت می‌تواند با ۱میلی آمپر جریان قاب از وضعیت اولیه خود انحراف پیدا کند.در بیشتر ولت مترها می‌توان محدودهٔ انداگیری ولتاژ را تغییر داد که این کار با تغییر دادن مقاومت‌های داخلی ولت متر امکان پذیر خواهد بود.

ولتمتر هایAC

ولت مترهای قاب گردان تنها می‌توانند ولتاژ مدارهایی را نشان دهند که جریان مستقیم از آنها میگذرند. جریان متناوب به یک «یک سو کنندهٔ جریان» در مدار نیازمند است تا قاب تنها در یک جهت منحرف شود.ولت متر AC دارای قاب گردانی است که به جای اینکه ولتاژ صفر آنها در یک طرف مقیاس باشد، در وسط مقیاس و یا در هر جای دیگر باشدکه مزیت آن این است که در صورت معکوس شدن ولتاژ باز هم ولت متر(بدون عوض کردن جای سیم‌های قرمز و سیاه) قابل استفاده خواهد بود.

4-3.مولتی متر:

 مولتی متر دستگاهی است كه به وسیله آن می توان چند كمیت مختلف را اندازه گیری كرد .
تمام مولتی مترها با جزئی اختلاف مانند یكدیگر هستند . در اینجا جهت آشنایی با ساختمان و طرزكار و نحوه قراردادن آن در مدارهای الكتریكی ، به شرح یكی از مدارهای مولتی متر می پردازیم .

مولتی متر دیجیتال از یك قاب متحرك تشكیل شده است كه در داخل یك میدان مغناطیسی دائمی قرار گرفته و میزان چرخش آن را سیگنال نشان می دهد . وقتی جریان معینی از قاب عبور می كند ، صفحه دیجیتال متصل به آن تغییر كرده و مقدار جریان را نشان می دهد . روی صفحه آومتر قسمت های زیر مشاهده می شود

1- صفحه دیجیتال
2- كلید انتخاب یا سلكتور .
3- ترمینال ها و دكمه های تنظیم كننده .

درمولتی متربرای كمیت های مختلف در چهار ردیف قوس های مدرج دیده می شود كه هر ردیف به درجات مختلف تقسیم شده است روی صفحه  برای مقاومت الكتریكی ،  Wعلائم V برای اختلاف پتانسیل ، A برای شدت جریان ،  ACبرای جریان متناوب و DC برای جریان مستقیم به كار رفته است .
هنگام كار با دستگاه مولتی متر توجه به نكات زیر ضروری است :
1 – برای اندازه گیری شدت جریان باید دستگاه را به طور سری در مدار قرار داد.
2 – برای اندازه گیری اختلاف پتانسیل باید دستگاه را به طور موازی بین دو نقطه از مدار قرار داد .
3 – هنگام اندازه گیری مقاومت لازم است جریان برق را قطع كنیم . در غیر این صورت به دستگاه آسیب می رسد .

4-4.مداردارای مقاومت:

مداری است که دارای مقاومت میباشد.این مدارالکتریکی میتواند کاربردهای فراوانی داشته باشد.     

4-5. سیم:

 برای انتقال جریان الکتریکی از مکانی به مکان دیگر از سیم و کابل استفاده می‌شود. عامل انتقال جریان در سیم‌ها فلز هادی جریان می‌باشد.

واژه سیم از یونانی وارد پارسی شده‌است. ازلحاظ معنایی امروزه سیم بیشتر برای مواردی مانند سیم‌های برق به کار میرود ولی پیشتر، به معنی نقره بوده‌است.

 6-4 رئوستا:
رئوستا یک سنسور دوسیمه است که از یک مسیر مقاومتی تشکیل شده که به یک پتانسیل الکتریکی ( مثلا 12 ولت) متصل است و بر روی آن یک پایه مکانیکی حرکت می کند . رئوستا یک نوع مقاومت متغیر می باشد. می دانید که مقاومت با طول سیم حاوی جریان رابطه دارد. هر چه طول سیم بیشتر باشد مقاومت جریان الکتریکی بیشتر است. حال یک استوانه سیم پیچ شده را در نظر بگیرید. سپس یک سیم دیگر که یک سر آن به منبع تغذیه و سر دیگر آن به یک جسم رسانا مثل یک میخ وصل شده است تصور کنید. حال اگر سر این سیم( یعنی میخ) را بر روی استوانه سیم پیچ شده قرار دهیم و از سمتی که سیم پیچ شروع شده حرکت دهیم هرچه به سمت دیگر استوانه می رویم طول سیم موجود در مدار زیاد شده و مقاومت زیاد می وشد. به این ترتیب با حرکت سیم متصل به میخ بر روی سیم پیچیده شده به دور استوانه می توان مقاومت را کم یا زیاد کرد.

براي بستن مدار الكتريكي بايد مطمئن شويم كه با بستن كليد و عبور جريان، اجزاي مدار آسيب نمي‌بينند. براي اين منظور بايد مقاومت متغيري در مدار قرار دهيم تا با تغيير مقاومت، بتوانيم شدت جريان را در مدار كنترل كنيم. چنين مقاومت متغيري را رئوستا مي‌نامند. رئوستاها به گونه‌هاي مختلف ساخته مي شوند كه متداولترين آنها رئوستاي لغزنده است. در رئوستا سيمي از جنس كنستانتان را كه مقاومت زيادي دارد، دور استوانه‌اي از ماده نارسانا مي‌پيچند و دکمه فلزي لغزنده‌اي روي ميله برنجي قرار مي‌دهند. هر چه دکمه ‌فلزي به سمت چپ حركت كند، مقاومت كمتري در مدار قرار مي‌گيرد. جريان از يك سر سيملوله وارد و از جايي كه دکمه فلزي با سيملوله تماس دارد وارد ميله برنجي مي‌شود. جريان پس از عبور از ميله، وارد مدار مي‌شود

رئوستا یک نوع مقاومت متغیر می باشد.

5- تئوری آزمایش

قانون اهم که به نام کاشف آن جرج اهم نامگذاري شده است، بيان مي

اعمال V دارد که اگر، در دماي ثابت ، به دو سر رسانایي اختلاف پتانسيل

از آن عبور کند، اگر تغييرات I شود به ازای هر ولتاژ اعمالی جرياني به شدت

ولتاژ بر حسب شدت جریان را رسم کنيم خط راستی بدست می آید که

شيب آن مبين مقاومت الکتریکی رساناست و همواره مقداري ثابت است.

لازم به ذکر است که اکثر رساناها از قانون اهم پيروی نمی کنند. حتی می

توان گفت یک رسانا ممکن است تنها در بازه دمایی مشخصی از قانون اهم

بيان کننده قانون اهم نيست. رسانا فقط زمانی V=RI تبعيت کند. تنها رابطه

اهمی است که نمودار اختلاف پتانسيل بر حسب شدت جریانش خطی

یک تعریف کلی از مقاومت الکتریکی رساناست خواه از R=V/I باشد. رابطه قانون اهم تبعيت کند یا نکند .

6- روش انجام آزمایش:

در ابتدا مداری مطابق شکل موجود در نسخه ی برگه ی آزمایش آماده می کنیم و منبع تغذیه را بر روی 12ولت تنظیم کرده و آنرا روشن می نماییم و باتغییر اهرمی که بر روی رئوستا قرار دارد. اختلاف پتانسیل مورد نظر ما را نشان دهد سپس سیم های رابطی که به مولتی متر وصل شده ، جریان مورد نظر را از مولتی مترعبور می دهد و مولتی متر عدد جریان مورد نظر را به ما نمایش می دهد، عدد جریان را در جدول یادداشت نموده و توسط رابطه R=VI   مقاومت را بدست می آوریم، مراحل ذکر شده در بالا را برای ولتاژهای دیگر نیز انجام می دهیم.

از مقاومتهای که بدست آوریم ، درصد خطای نسبی را ما بین آنها می گیریم. مراحلی که در بالا انجام دادیم را دوباره تکرار می نماییم.

درآخر بوسیله ی تنظیم مولتی متر برروی اهم، مقاومت مجهول ما بدست آمده را باعدد مقاومت های بدست آمده در آزمایش بالا مقایسه کرده و ازآنها درصد خطای نسبی می گیریم.

نسبت مقادیر

محاسبات

درصد خطای نسبی

1086.87166 =181.145 R میانگین

184.049-181.1453181.1453×100=%1.60

1087.55566 =181.2593 R میانگین

185.1852-181.2593181.2593×100=%2.17

مقدار مقاومت اندازه گیری شده توسط مولتی متر

R=179.3549

360.50022 =180.2501 R میانگین

181.1453-179.3549179.3549×100=%0.9982

نتیجه گیری و پیشنهاد:

در این آزمایش یادگرفتیم تا با وسایل اندازه گیری جریان و ولتاز چگونه مقادیر را محاسبه کنیم، از قانون اهم استفاده لازم را می بریم، چند نکته قابل اهمیت است :

همیشه باید یادمان باشد به دقت دستگاه که روی آن به وضوح درج شده است توجه کنیم گاهی این عدم دقت باعث تخریب دستگاه میشود و باعث هدر رفتن وقت(مثلاتعمیر دستگاه)وهم هدررفتن هزینه خواهد شد.

آمپرمتر, ولت متر و به خصوص مولتی متردستگاههای حساسی هستند و اگربادقت با آنها عمل نشود گاهی باعث بالا رفتن خطا در این وسایل اندازه گیری میشودپس باید در نگهداری آنها بکوشیم. در ضمن قبل از اتصال سیم های رابط عقربه ی ولت سنج و آمپرسنج را به وسیله ی پیچ گوشتی تنظیم کرده که دقیقا عقربه بر روی صفر باشد.

ودر انتهاحواسمان به خطای انسانی باشد بخصوص در وسایل اندازه گیری عقربه ای که با کمی مایل نگاه کردن از مقدارواقعی دورخواهیم شد.