Collegamento di amperometro e voltmetro

Programmi: KS3, cycle 4, Sek I

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Obiettivo

Imparare a collegare un amperometro in serie e un voltmetro in parallelo a un tratto del circuito.

Il montaggio

Un generatore da 6 V, un amperometro, un resistore da 100 Ω; un voltmetro è collegato in parallelo al resistore. Gli strumenti di misura sono in modalità DC.

Procedimento

1. Annotare le letture dell'amperometro e del voltmetro.
2. Trascinare un secondo amperometro dal pannello Componenti e collegarlo con i cavi in parallelo al resistore.
3. Eliminare l'amperometro in più e accendere il generatore con il tasto di rete.
4. Collegare il voltmetro al circuito in serie: togliere il cavo tra l'amperometro e il resistore e spostare i cavi del voltmetro — il cavo dal «+» all'uscita dell'amperometro, il cavo dal «−» alla boccola sinistra del resistore. Annotare le letture di entrambi gli strumenti.

Risultato atteso

L'amperometro indica circa 59,6 mA, il voltmetro circa 5,96 V. Un amperometro collegato in parallelo non ha quasi resistenza e cortocircuita il resistore: nel circuito restano solo la resistenza interna del generatore e i due amperometri. La corrente supera 7 A, la protezione contro il sovraccarico spegne il generatore e la spia di rete lampeggia in rosso. Eliminato l'amperometro in più e riacceso il generatore, le letture tornano come prima.

Un voltmetro collegato in serie indica quasi tutta la tensione del generatore, circa 6,00 V, e l'amperometro praticamente zero (meno di un microampere): la resistenza del voltmetro, 10 MΩ, è centomila volte maggiore di quella del resistore, e il voltmetro non lascia passare quasi nessuna corrente. Intanto ai capi del resistore non c'è quasi tensione: uno strumento collegato in serie «si prende» tutta la tensione.

Domande

1. Perché un amperometro deve avere una resistenza bassa e un voltmetro una resistenza alta?
2. Perché un voltmetro collegato in serie indica quasi la tensione del generatore mentre la corrente nel circuito scompare?

Risposte

1. L'amperometro è collegato in serie, quindi la sua resistenza si aggiunge a quella del circuito e deve essere piccola perché lo strumento non riduca la corrente che misura: qui 0,1 Ω contro 100 Ω. Il voltmetro è collegato in parallelo e devia una parte della corrente attorno al tratto che misura; con 10 MΩ contro 100 Ω questa parte è circa un centomillesimo della corrente nel resistore.
2. In serie i 10 MΩ del voltmetro si sommano al resistore da 100 Ω, quindi la corrente è solo \(I = U / R\) ≈ 6 V / 10 MΩ = 0,6 µA. Con questa corrente ai capi del resistore ci sono solo circa 60 µV, sull'amperometro e sul generatore ancora meno, e quasi tutti i 6 V restano ai capi del voltmetro.