§ 16. Вимірювання напруги. вольтметр

Прилади, за допомогою яких вимірюють напругу, називають вольтметрами. Відрізнити вольтметр від амперметра можна за літерою V на його шкалі. На схемах вольтметр зображують у вигляді кола з літерою V в середині. Будова вольтметрів майже така сама, як і амперметрів.

Вольтметри, призначені для вимірювання високих напруг у кіловольтах, мають позначку kV. Позначки mV та V означають, що числа на шкалі відповідають значенням напруги у мілівольтах або мікровольтах. На мал. 2.53 зображено кілька різних вольтметрів.

Як і амперметри, вольтметри показують значення вимірюваної напруги на цифровому дисплеї (цифрові вольтметри) або значення напруги на шкалі приладу вказує стрілка. Біля одного із затискачів для приєднання провідників є позначка “+” або його виділено червоним кольором. Другий затискач може мати позначки “—”, “*” або не позначається.

Прилад може призначатися для вимірювання напруг у різних межах. Тоді він може мати дві і більше шкал, один спільний затискач (як правило, “—” і затискачі, на яких зазначено верхні межі вимірюваної величини).

Для вимірювання напруги на ділянці кола (споживачі, джерелі) затискачі вольтметра приєднують до кінців цієї ділянки: початок ділянки до одного затискача, кінець ділянки — до іншого. Таке з’єднання називають паралельним.

Приєднуючи вольтметр до ділянки кола, необхідно дотримуватися, щоб до затискача, позначеного “+”, був приєднаний провідник, який виходить з позитивного полюса джерела струму, а затискач із “—” був з’єднаний з провідником,

що виходить з негативного полюса джерела. На мал. 2.54 зображено електричне коло, яке складається з джерела струму, лампочки, вимикача та вольтметра, яким вимірюється напруга на лампочці, його схема та умовне позначення вольтметра.

Вольтметром можна вимірювати напругу на джерелі струму. У цьому випадку вольтметр приєднують безпосередньо до полюсів джерела. Необхідно тільки пам’ятати: затискач “+” вольтметра повинен бути приєднаним до полюса джерела, що має позначку “+”, а верхня межа вимірювання напруги вольтметром має бути більшою за напругу на джерелі. Якщо напруга невідома навіть приблизно, то спочатку користуються вольтметром, розрахованим на найбільший діапазон вимірювань.

ЗАПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ ¹¹

З курсу фізики 7 класу ви вже знаєте, що, користуючись різними засобами вимірювання, не можна бути впевненим, що одержане значення фізичної величини є її істинним значенням. Це стосується й електровимірювальних приладів. Для них під час виготовлення встановлюють межу допустимої похибки. Чим точніший прилад, тим меншою є його допустима похибка. Точність приладу характеризує “клас точності”, який зазначається на його шкалі або (і) в паспорті. На мал. 2.56 наведено шкільні лабораторні амперметр і вольтметр. Серед інших позначок верхньому правому куту шкали в амперметра є позначка “2,5”, а у вольтметра — “4”. Це і є позначення класів точності приладів. Клас точності амперметра 2,5 означає, що його найбільша можлива абсолютна похибка не перевищує 2,5 % верхньої межі вимірювання 2 А і становитьЦю похибку часто назива

ють інструментальною похибкою. Як бачимо, вона узгоджена з ціною поділки амперметра (0,5 А).

Нехай, вимірюючи силу струму, ми одержали показання:

1₁    = 0,6 A, I₂= 1,6 A. Це означає гарантію прикладу, що істинне значення сили струму у першому випадку знаходиться в інтервалі значень I₁ = (0,6 ± 0,05) A, тобто може мати будь-яке значення від 0,55 А до 0,65 А. Відповідно,

1₂    = (1,6 ± 0,05) A.

Відносна похибка першого показання

Відносна похибка для другого показання

Це означає, що значення вимірюваної величини, отримані за допомогою приладу, будуть визначені точніше, якщо вони одержуються в другій половині шкали приладу.

Усе це так само стосується і вольтметра. Тільки клас його точності 4. Межа допустимої абсолютної похибки

Відносна похибка одержаного значення напруги 1 В становить 20 %, а значення напруги 4 В — лише 5 %.

Якщо клас точності приладу не відомий, за інструментальну похибку приймають половину ціни поділки шкали приладу.

Похибка разового вимірювання складається з інструментальної похибки (похибки приладу, визначеної за класом точності) і похибки відліку показань. Як правило, приймають, що похибка відліку дорівнює половині ціни поділки шкали приладу. Фактично, прилади мають меншу інструментальну похибку, ніж допустима похибка, визначена за класом точності приладу. Тому при технічних вимірюваннях і в шкільному експерименті цілком виправдано вважати, що сумарна похибка одноразового вимірювання не перевищує ціну поділки приладу, яким вимірюється фізична величина¹².

ПАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

ВИМІРЮВАННЯ СИЛИ СТРУМУ ТА ЕЛЕКТРИЧНОЇ НАПРУГИ

Завдання. Скласти електричне коло та визначити сили струмів у різних його ділянках, а також напругу на їхніх кінцях.

Обладнання: електрична лампочка або (і) дротяна спіраль на колодочці; вимикач; з’єднувальні провідники; амперметр; вольтметр, джерело струму.

Підготовка до проведення експерименту

1. Підготуйте таблицю для характеристик приладів і результатів вимірювань:

2. Уважно огляньте вимірювальні прилади, джерело струму. Знайдіть позначки полярності полюсів джерела та затискачів приладів.

3.    Пригадайте правила увімкнення амперметра і вольтметра для вимірювання сили струму і напруги.

4.    Накресліть схему з послідовно з’єднаних джерела струму, вимикача, лампочки або (і) дротяної спіралі на колодочці та амперметра (варіант кола з лампочкою зображено на мал. 2.57).

5.    Визначте межі вимірювання приладів та ціну поділок і занесіть їх до таблиці.

6. Визначте похибки вимірювань, використовуючи запропоновані вам амперметр і вольтметр.

Для визначення похибки можна скористатися такими правилами. Ціна поділки приладу, як правило, узгоджується з його максимальною допустимою похибкою¹³. Тому можна вважати, що похибка вимірювання дорівнює ціні поділки приладу.

Щоб підвищити точність вимірювання, потрібно підбирати такі значення сил струмів і напруг, щоб значення вимірюваної величини було не меншим за половину значення верхньої межі вимірювання.

Пам’ятайте!.

Перед тим як вносити зміни в електричні кола або розбирати їх, необхідно їереконатися, що коло відімкнуте від джерела струму.

Не залишайте коло увімкнутим без їотреби. Закінчивши вимірювання, розімкніть коло вимикачем, вимкніть джерело живлення з розетки.

Проведення експерименту

1.    Складіть електричне коло за накресленою вами схемою.

Складаючи коло, дотримуйтесь такої послідовності дій:

1) зберіть частину кола із споживачів, вимикача та вимірювальних приладів; 2) вимикач встановіть у положення “вимкнутий”; 3) приєднайте ділянку кола до джерела струму.

Вимірювання сили струму

2.    Увімкніть струм, перевівши вимикач у положення “увімкнуто”. Визначте значення сили струму та запишіть його в таблицю.

3.    Виміряйте силу струму, увімкнувши амперметр ще в два інші місця кола. Визначте силу струму в цих ділянках і занесіть одержані результати до таблиці.

Вимірювання напруги на різних ділянках кола

4.    Скориставшись вольтметром, виміряйте напругу на різних ділянках кола: затискачах лапочки, затискачах вимикача, коли він замкнутий і розімкнутий, на затискачах джерела струму. (Амперметр можна не від’єднувати.)

5.    Накресліть схеми з’єднання елементів кола та вольтметра для кожного з цих випадків вимірювання напруги.

6.    Зробіть висновки щодо значень сил струмів у різних ділянках кола при такому з’єднанні провідників і напруг на кінцях різних його ділянок.

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Бойко