Рис. 2.28. Принципиальная схема простого омметра
Для его изготовления потребуется микроамперметр с током полного отклонения, например 100 мкА, два резистора - постоянный и переменный, источник питания на 4,5 В - батарея 3336Л. Если накоротко замкнуть гнезда XS1 и XS2 проволочной перемычкой, то по цепи потечет ток, а стрелка микроамперметра отклонится на несколько делений шкалы. Вращая ось переменного резистора R2, устанавливают стрелку индикатора на конечное деление шкалы - 100 мкА, это условный нуль шкалы омметра. А теперь следует убрать перемычку между гнездами XS1 и XS2 и подключить к ним выводы резистора, например, сопротивлением 3 кОм. Стрелка индикатора отклонится и остановится вблизи условного нуля шкалы омметра (немного не дойдет до деления 100 мкА).
Если к гнездам XS1 и XS2 подключить резистор с большим сопротивлением, то в цепи потечет меньшая сила тока, следовательно, стрелка индикатора отклонится на меньший угол, а при сопротивлении 2 МОм стрелка индикатора едва отклонится (микроамперметр покажет силу тока, близкую к нулю). Таким образом, чем меньше угол отклонения стрелки индикатора, тем больше сопротивление резистора.
2.6. МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Зная работу, совершаемую током за некоторый промежуток времени, можно рассчитать и мощность тока, под которой (так же, как и в механике) понимают работу, совершаемую за единицу времени. Из формулы А = U∙I∙t, определяющей работу постоянного тока, следует, что его мощность
Р = A/t = U∙I. (2.15)
Таким образом, мощность постоянного тока на любом участке цепи выражается произведением силы тока на напряжение между концами участка цепи.
Нередко говорят о мощности электрического тока, потребляемой от сети, желая этим выразить мысль, что при помощи электрического тока ("за счет тока") совершается работа электродвигателей, нагреваются электроплитки и т. д. В соответствии с этим на приборах обозначается их мощность, т. е. мощность тока, необходимая для нормального действия этих приборов. Так, например, 220-вольтовая электроплитка мощностью 500 Вт есть плитка, для нормальной работы которой требуется сила тока около 2,3 А при напряжении 220 В (так как 2,3 А∙220 В ~ 500 Вт).
Если в формуле (2.15) сила тока выражена в амперах, а напряжение в вольтах, то мощность получается в джоулях в секунду (Дж/с), т. е. в ваттах (Вт).
Другие формулы для вычисления мощности: Р = U/R = I∙R.
2.7. ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
2.7.1.Миллиавометр
Этот прибор будет в вашей квартире, в вашем доме, выражаясь образно, "настольной книгой". Уже из названия прибора ясно, что он позволяет измерять силу тока, напряжение и сопротивление резисторов и цепей. Слово "авометр" расшифровывается как "ампер- вольтомметр", а слово "милли" относится к слову "ампер" и указывает, что прибор позволяет измерять силу тока в миллиамперах. Более общее название такого прибора - мультиметр.
Изготовив своими руками такой прибор, вы будете лучше понимать физическую сущность процесса измерения, можете находить и устранять хотя бы относительно простые неисправности в различной бытовой аппаратуре, имеющейся в вашей квартире, в вашем доме. Для изготовления прибора необходимо, прежде всего, иметь стрелочный прибор магнитоэлектрической системы. Чем меньше сила тока, на которую рассчитан стрелочный прибор, и чем больше шкала, тем точнее будет конструируемый на его основе авометр.
Прибор позволяет измерять постоянный ток до 100 мА на пяти пределах, постоянное напряжение до 300 В на 6-ти пределах, переменное напряжение до 300 В на 5-ти пределах и сопротивление резисторов от 100…150 Ом до 60…80 кОм на одном пределе. Принципиальная схема прибора приведена на рис. 2.29, на ней приведены все основные обозначения. Зажим "-Общ" является общим для всех измерений, к нему подключается один из двух щупов; второй щуп подключается в одно из гнезд: XS1…XS5 - при измерении переменного напряжения; XS6 - при измерении сопротивления; XS7…XS12 - при измерении постоянного напряжения; XS13…XS17 - при измерении постоянного тока.
Вам, наверное, непонятно слово "предел", которое встречалось выше. Для выяснения обратимся к принципиальной схеме (рис. 2.29). Из схемы видно, что прибор позволяет измерять напряжение постоянного тока на 6-ти пределах: 1 В (гнездо XS7), 3 В (XS8), 10 В (XS9), 30 В (XS10), 100 В (XS11), 300 В (XS12).
Рис. 2.29.Принципиальная схема миллиавометра
Указанные пределы называются верхними, нижние пределы во всех случаях равны нулю вольт. Применяется и другое понятие - диапазон измерения. Тогда мы сказали бы иначе - прибор позволяет измерять напряжение постоянного тока на 6-ти диапазонах: (0…1) В, (0…3) В, (0…10) В, (0…30) В, (0…100) В, (0…300) В.
При наличии нескольких диапазонов (пределов измерений) их выбирают таким образом, чтобы они частично перекрывались в соотношениях 1:2:5 или 1:3:10 (посмотрите на надписи у гнезд прибора). В нашем приборе реализовано последнее соотношение.
О возможном применении гальванометра для тех или иных измерений можно судить по таким его характеристикам, как класс точности и чувствительность. По классу точности существуют гальванометры классов: 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4. Класс точности задается в процентах от наибольшего (конечного) значения шкалы гальванометра. Наиболее точными являются гальванометры класса 0,05. Если конечное значение шкалы микроамперметра 100 мкА, число делений на шкале 100, класс точности равен 1 (что соответствует ± 1 %), то в этом случае разность между показанием прибора и истинным значением измеряемой величины может быть не более ± 1 мкА (рис. 2.30, а). Если у второго микроамперметра с такой же длиной шкалы, но имеющим конечное значение шкалы, равное 10 мкА, и число делений на шкале также равно 100 (рис. 2.30, б), то для первого прибора на интервал измерения величины в 1 мкА приходится одно деление шкалы, а для второго прибора 10. Это означает, что вторым прибором можно измерять силу тока с точностью до 0,1 мкА, а первым - только до 1 мкА, т. е. у второго прибора разрешающая способность выше. Эта способность измерительного устройства характеризует его чувствительность, которая определяется количеством единиц измеряемой величины, отсчитываемых на одно деление.