Część teoretyczna.
Dla trwałego utrzymania prądu elektrycznego w przewodniku powinny być spełnione dwa warunki :
- powinna istnieć zamknięta droga , po której mógłby płynąć prąd elektryczny .
- powinno występować napięcie , czyli różnica potencjałów , która by przenosiła „ dodatnie „ ładunki elektryczne z końca przewodu
- o niższym potencjale na drugi koniec przewodu o wyższym potencjale .
Opór elektryczny jest wielkością charakterystyczną dla danego przewodnika. Każdy przewodnik umieszczony w obwodzie prądu stawia przepływowi tego prądu określony opór elektryczny R. Wielkość opru określa pierwsze prawo Ohma, które głosi :
- dla każdego przewodnika stosunek napięcia U (przyłożonego do końców tego przewodnika) do natężenia I płynącego prądu jest wielkością stałą, którą nazywamy oporem elektrycznym R :
Opór danego przewodnika zależy od :
1. Jego cech geometrycznych, tzn. od długości l i przekroju q
Rodzaju materiału z jakiego jest wykonany przewodnik.
Zależność ta znajduje wyraz w drugim prawie Ohma :
gdzie ς stała dla danego materiału, zwana oporem właściwym.
Mostek Wheatstone'a jest to sieć czterech przewodników, pozwalających wyznaczyć opór nieznany przewodnika w sposób łatwy, nie wymagający pomiaru ani natężenia, ani napięcia. Obwód ogniwa E zamyka się za pomocą wyłącznika W na dwóch równolegle połączonych rozgałęzieniach ACB i ADB. W jednym rozgałęzieniu znajdują się opory R1 i R2, w drugim R3 i R4. Oba rozgałęzienia połączone są „mostkiem” CD., w którym znajduje się czuły galwanometr o dowolnej podziałce. Opór R0 nie odgrywa istotnej roli w sieci połączeń, jest tylko zabezpieczeniem źródła prądu przed przeciążeniem nadmiernym prądem. Przez mostek nie płynie prąd tylko wówczas, gdy cztery opory spełniają następujące proporcję:
Jeśli między punktami C i D nie płynie prąd, to napięcie między tymi punktami musi być równe zeru, tzn. potencjały w tych punktach muszą być jednakowe. Między punktami A i B panuje napięcie V, które zapewnia odpowiednie spadki napięć w rozgałęzieniach. Ponieważ napięcie między C i D jest równe zeru, więc spadki napięć na odcinkach AC i AD oraz CB i DB są między sobą równe:
oraz
Na podstawie prawa Ohma wiemy, że napięcie V na końcach przewodnika jest równe iloczynowi natężenia prądu I i oporu R:
Wprowadzając oznaczenia natężenia prądu płynącego w rozgałęzieniach otrzymujemy równania wyrażające równość wymienionych spadków napięć
Zakładając, że opór połączeń jest równy zeru. Zgodnie z I prawem Kirchhoffa suma natężeń prądów dopływających do węzła jest równa sumie natężeń prądów odpływających. Ponieważ przez mostek CD. prąd nie płynie, więc dla punktów rozgałęzieniach C i D słuszne są równania:
oraz
Uwzględniając te równości oraz dzieląc równania stronami otrzymujemy napisaną poprzednio proporcję
Jeżeli jeden z czterech oporów jest nieznany, to można go wyznaczyć - w oparciu o powyższe równania - na podstawie trzech pozostałych oporów. Można uzasadnić w sposób taki sam jak poprzednio, że proporcja jest spełniona również i w tym przypadku, gdy źródło prądu dołączone jest w punktach C i D, a galwanometr w punktach A i B. Układ połączeń czterech oporów tworzy w istocie czworobok oporów, połączenia zaś przekątne między punktami A i B oraz C i D zawierające źródło prądu i galwanometru mogą być miejscami zamienne.
Istnieją różne metody pomiaru oporu elektrycznego R:
Metoda mostkowa Wheatstone'a
Metoda mostkowa Thomsona
- Metoda pośrednia (techniczna) polegająca na wykorzystaniu woltomierza i amperomierza
Układ poprawnego mierzenia napięcia. Stosuje się wówczas gdy mierzone rezystancje są małe.
Układ poprawnego mierzenia prądu. Stosuje się wówczas gdy rezystancje są duże (kiloomy, megaomy)
Tabela pomiarowa
Lp. |
Numer oporu oraz ich połączenia |
Opór dekadowy Rd [Ω] |
Wartość na dzielniku R1[Ω] R2[Ω] |
Opór zmierzony Rx [Ω] |
Opór obliczony Rx' [Ω] |
ΔRx [Ω] |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|