Розрахунок шунтів та додаткових опорів

Демонстраційний вольтметр і амперметр промисловість випускає в комплекті з шунтами і додатковими опорами.

Шунт — електричне коло, що включається паралельно гальванометру і слугує для розширення меж вимірювання амперметра. Чим менше опір шунта, тим більша частина загального струму йде через нього. Хай I — сила струму, який підлягає вимірюванню, Iш і Iг, — сила струму, що тече відповідно через шунт і гальванометр, R і r — опори шунта і гальванометра. Враховуючи, що IшR=Iг r і I= Iш +I_г, отримаємо:

Iг =I*R/(R+r)

Оскільки зазвичай R<<r, то Iг <<I . Сила струму в гальванометрі Iг прямо пропорційна силі струму в ланцюзі I, тому шкалу гальванометра можна відградуювати безпосередньо для значень сили струму в ланцюзі.

Додатковий опір — електричне коло, включене послідовно з гальванометром і що дозволяє використовувати прилад як вольтметр. Чим більше додатковий опір, тим більшими можуть бути межі вимірювання вольтметра.

Можна показати, що

и_г =U*r/(R+r)

Оскільки r<<R, то и_г <<U, де и_г — напруга на гальванометрі, U — напруга, предмет вимірюванню, R і r — додатковий опір і опір гальванометра.

Правила користування демонстраційними амперметром і вольтметром

При підготовці і виконанні дослідів з демонстраційними приладами елементи електричного кола, шунти і додаткові опори підбирають так, щоб свідчення приладів переважно були в другій половині шкали.

Шкалу і відповідний нею шунт (або додатковий опір) встановлюють на прилад до його включення в електричне коло.

Для вимірювання сили постійного струму шунт (3 або 10 А) за допомогою вилок під'єднують до двох правих верхніх затисків В та С. Для вимірювання сили змінного струму шунт (3 або 10 А) під'єднують до верхніх лівих клем А і В. Провода електричного кола підключають до затискачів шунта.

Для вимірювання напруги постійного струму додатковий опір (5 або 15 В) за допомогою вилки під'єднують до верхнього правого затиску С. Для вимірювання напруги змінного струму додатковий опір (15 або 250 В) під'єднують до лівого верхнього затиску А. Провода електричного кола підключають до середнього затиску В і до затиску додаткового опору.

Якщо прилад використовують як гальванометр, то електричне коло підключають до нижніх затисків D і Е. Гальванометр від амперметра чутливіший до малої сили струму, а гальванометр від вольтметра — до малої напруги. При виборі гальванометра для роботи слід керуватися правилом: якщо опір елементів електричного кола великий і в ланцюзі повинен текти малий струм, то слід вибрати гальванометр від амперметра; якщо ж опір елементів електричного кола малий і необхідно вимірювати малу напругу, то більший ефект дає застосування гальванометра від вольтметра.

Залежність вибору гальванометра від елементів електричного кола можна пояснити таким чином. Кут відхилення стрілки гальванометра залежить від конструкції приладу (магнітній індукції магнітів, площі рамки, пружності пружини і ін., що однаково у гальванометрів від амперметра і вольтметра), а також від числа ампер-витков, чим і відрізняються прилади. У дослідах з включенням гальванометрів можливі джерела струму з малим значенням ЕДС, з малим внутрішнім опором (можливо з малим опором всіх елементів), наприклад: ɛ = 0,001 В, r = 2 Ом. Підключимо по черзі в таке електричне коло гальванометри з наступними параметрами: 1) n1 = 1000 витків, R1 = 200 Ом; 2) n2=100 витків, R2= 2 Ом. Вибрані значення n1_, R1_, n2, R2 не співпадають з параметрами демонстраційних приладів, але близькі до них. Це зроблено для більшої наочності. Число ампер-витков в першому випадку буде 5*10^-3, а в другому 25*10^-3. Таким чином, показання другого приладу повинні бути великими.