Ampermetre ve voltmetrenin bağlanması

Öğretim programları: KS3, cycle 4, Sek I

Amaç¶

Ampermetreyi devrenin bir bölümüne seri, voltmetreyi ise paralel bağlamayı öğrenmek.

Teorik bilgi¶

Ampermetre kendi üzerinden geçen akımı ölçer; bu yüzden devrenin bütün akımı ölçü aletinden geçmelidir: devreyi bir noktadan kesin ve ampermetreyi bu araya seri bağlayın. Seri devrede akım her yerde aynıdır ve ampermetre direncin öncesinde de sonrasında da aynı değeri gösterir. İdeal ampermetrenin direnci yoktur. Gerçek bir ampermetre devreye biraz direnç ekler; ne kadar az eklerse ölçtüğü akımı o kadar az değiştirir.

Voltmetre, soketlerinin dokunduğu iki nokta arasındaki gerilimi ölçer. Soketleri bölümün uçlarına, bölüme paralel olarak bağlayın; devre kapalı kalır. İdeal voltmetre akım çekmez. Gerçek bir voltmetre bölümü atlayarak biraz akım çeker; direnci ne kadar büyükse ölçtüğü gerilimi o kadar az değiştirir.

Ölçü aletinin “+” soketi kaynağın “+” tarafına gelir. Kablolar ters bağlanırsa dijital ölçü aleti eksi işareti gösterir, ibreli ölçü aletinin ibresi ise ters yöne, sıfırın altına sapar.

İki ölçü aletinin yeri karıştırılırsa iki tipik hata ortaya çıkar:

bir bölüme paralel bağlanan ampermetre o bölümü kısa devre eder: akımı yalnızca kaynağın iç direnci ve ampermetrenin kendisi sınırlar ve gerçek bir ölçü aletinin sigortası atar;
seri bağlanan voltmetre akımı neredeyse tamamen durdurur: zarar vermez, ama bölümün uçlarındaki gerilim yerine kaynak geriliminin neredeyse tamamını gösterir.

Birden fazla bağlantı ucu olan bir ölçü aletinin her ucunun kendi ölçüm aralığı vardır. Kabloyu önce en büyük aralığa bağlayın ve daha küçük bir aralığa ancak okunan değer ona sığdığında geçin: ölçü aleti zarar görmez ve ibre skalanın daha büyük bir kısmını kullanır. Düzeneğimizdeki ölçü aletlerinin ikişer soketi vardır ve seçilecek bir aralık yoktur.

Düzenek¶

6 V'luk bir kaynak, bir ampermetre, 100 Ω'luk bir direnç; dirence paralel bir voltmetre bağlıdır. Ölçü aletleri DC modundadır.

İşlem basamakları¶

Ampermetrenin ve voltmetrenin gösterdiği değerleri kaydedin.
İkinci bir ampermetreyi kablolarla dirence paralel bağlayın.
Fazladan ampermetreyi çıkarın ve kaynağı güç tuşuyla çalıştırın.
Voltmetreyi devreye seri bağlayın: ampermetre ile direnç arasındaki kabloyu çıkarın ve voltmetrenin kablolarını taşıyın — “+” ucundaki kabloyu ampermetrenin çıkışına, “−” ucundaki kabloyu direncin sol soketine. Her iki ölçü aletinin gösterdiği değeri kaydedin.

Beklenen sonuç

Ampermetre yaklaşık 59,6 mA, voltmetre yaklaşık 5,96 V gösterir. İkinci ampermetre kendi 0,1 Ω'unu 100 Ω'luk dirence paralel bağlar ve akımın neredeyse tamamı ölçü aletinin üzerinden geçer. Devrede yalnızca yaklaşık 0,8 Ω kalır: kaynağın iç direnci, iki ampermetre ve kablolar. Ohm yasası 0,8 Ω üzerindeki 6 V için 7 A'den fazla akım verir; bu, kaynağın izin verdiğinden çok daha fazladır: aşırı yük koruması kaynağı kapatır ve güç göstergesi kırmızı yanıp söner. Fazladan ampermetre çıkarılıp kaynak açıldıktan sonra ölçülen değerler eskisi gibi olur.

Seri bağlanan voltmetre yaklaşık 6,00 V gösterir, ampermetre ise pratikte sıfır gösterir (bir mikroamperden az). Seri bağlamada voltmetre ve devrenin geri kalanı kaynak gerilimini dirençleriyle orantılı olarak paylaşır: \(U_V = U \cdot R_V / (R_V + R)\). Yaklaşık 100 Ω'a karşı 10 MΩ ile voltmetre 6 V'un yüz binde biri dışında tamamını alır, akım yalnızca yaklaşık 0,6 µA olur ve direncin uçlarında yaklaşık 60 µV kalır.

Sorular¶

Ampermetre devredeki akımı ne kadar azaltır ve voltmetre dirençten geçen akımın ne kadarlık bir kısmını çeker?
Devredeki akım ortadan kalkarken seri bağlı voltmetre neden neredeyse kaynak gerilimini gösterir?

Cevaplar

Ampermetre olmadan devrede 100 Ω'luk direnç, kaynağın 0,5 Ω'u ve kablolar vardır ve \(I = U / R\) yaklaşık 59,7 mA verir. Ampermetre kendi 0,1 Ω'unu ekler ve akımı yaklaşık %0,1 azaltarak ekranındaki 59,6 mA'e düşürür. Dirence paralel bağlı voltmetre yaklaşık 5,96 V / 10 MΩ ≈ 0,6 µA çeker; bu, dirençten geçen 59,6 mA'in yüz binde biridir.
Seri bağlamada voltmetrenin 10 MΩ'u devrenin geri kalanının yaklaşık 100 Ω'una eklenir; bu yüzden akım yalnızca \(I = U / R\) ≈ 6 V / 10 MΩ = 0,6 µA olur. Bu akımda direncin uçlarında yalnızca yaklaşık 60 µV, ampermetre ve kaynakta daha da az gerilim olur ve 6 V'un neredeyse tamamı voltmetrenin uçlarında kalır: gerilimler dirençlerle orantılı olarak paylaşılır.