3計實驗

1、檢流計、安培計及伏特計實驗檢流計、安培計及伏特計實驗一、目的一、目的(1)了解檢流計的構(gòu)造及原理。(2)測量檢流計的內(nèi)電阻值及滿格數(shù)電流。(3)如何利用檢流計及外電阻設(shè)計成一個安培計。(4)如何利用檢流計及外加電阻設(shè)計成一個伏特計。二、原理：二、原理：最常用的直流基本電表為達法松檢流計(D’Arsonvalgalvanometer)，其結(jié)構(gòu)如圖一所示[文獻一]，電流通過位于磁場中的可動線圈，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩使線圈發(fā)生轉(zhuǎn)動，其原理與電動機相同，磁

2、場由一固定的馬蹄形永久磁鐵產(chǎn)生?？蓜泳€圈是一可轉(zhuǎn)動的輕金屬架，上面繞有線圈，線圈上附有指針，隨線圈而偏轉(zhuǎn)，即能指示流經(jīng)線圈的電流強度，如圖二所示[文獻二]。磁場是由一固定的永久磁鐵產(chǎn)生，把永久磁鐵略加變形，并在缺口中安放一塊圓柱形軟鐵，故在磁極和軟鐵之間的空隙中建立一個徑向分布的磁場，所以兩邊的線圈均與磁場互相正交，磁場具有圓柱型對稱。通以電流的導(dǎo)線置放于磁場中，受到磁力的作用，如圖三所示，長度為L的導(dǎo)線置于外加磁場中，若導(dǎo)線的電流為I

3、，則導(dǎo)線所受到的磁力為[文獻三]B?=I()。F?BL???因為線圈導(dǎo)線均與磁場正交，如圖四所示[文獻一]，若線圈數(shù)為N，則線圈所受之力大小為F=NILB磁鐵所產(chǎn)生之磁通密度B單位為weberm2，L單位為公尺，電流I的單位為安培，則磁力F的單位為牛頓。線圈兩邊所受的力量大小相等，方向相反，但因作用在不同位置上故不能抵消，而且有轉(zhuǎn)矩τ產(chǎn)生，轉(zhuǎn)矩由力臂和磁力的矢量積(外積)而得，F(xiàn)r??????在此因為力臂和磁力互相垂直，由兩邊線圈導(dǎo)線所

4、產(chǎn)生的總轉(zhuǎn)矩大小為τ=2rF=2r(NILB)=NIAB此處2r為線圈的寬度，A=2rL為線圈所圍的面積。線圈轉(zhuǎn)動之后，控制其轉(zhuǎn)動的彈簧亦被扭轉(zhuǎn)，彈簧所產(chǎn)生的扭力矩τ’與轉(zhuǎn)角成正比，τ’?=k，k為彈簧扭轉(zhuǎn)的比例常數(shù)。線圈的平衡位置系使線圈在磁場內(nèi)所產(chǎn)生之?轉(zhuǎn)矩τ與彈簧所生之扭力矩τ’相等，即τ=τ’；NIAB=k=()I??kNAB檢流計的偏轉(zhuǎn)角度與其流通過的電流成正比，對一檢流計而言，(NABk)是一常數(shù)與檢流計的構(gòu)造及材質(zhì)有關(guān)，藉

5、由檢流計的偏轉(zhuǎn)角度即可量出電流大定內(nèi)電阻的方法稱為「半偏轉(zhuǎn)法」。(2)(2)安培計之設(shè)計安培計之設(shè)計一般檢流計所能承受的電流范圍相當(dāng)小(約≦1mA)，若電路上的電流遠大于此范圍，直接把檢流計串聯(lián)在電路上量電流將會燒壞檢流計，故必須運用分流原理把多出的電流分岔(bypass)出去。如圖六所示，將檢流計G并聯(lián)一個分流電阻rS，形成一個安培計A，部分電流可經(jīng)由rS通過，其關(guān)系為IGrG=(IIG)rS；rS=；I=IG(1)1)(?GGIIr

6、rSrGrS越小所能測的電流I越大，若檢流計的電流為滿偏轉(zhuǎn)電流Im，則此安培計所能測的最大電流是I=Im(1)SGrr假設(shè)檢流計的滿偏轉(zhuǎn)電流Im為1mA，內(nèi)電阻rG為100Ω，只要使用0.01Ω的分流電阻rS，即可測達10A的大電流，所以并聯(lián)不同的分流電阻rS，可以測量不同范圍的電流。檢流計并聯(lián)一個適當(dāng)?shù)姆至麟娮鑢S即形成一個安培計，把安培計串聯(lián)到電路上測電流時，需讓安培計的內(nèi)電阻RA越好，以免安培計串聯(lián)之后，承受了少量的電壓降，改變原

7、來的大小，故理想的安培計其內(nèi)電阻RA應(yīng)遠小于1，即RA=(rGrS)=()＜＜1rSrGrGrS?從式子IGrG=(IIG)rS可以看出rS的限制范圍，分流電阻rS可以很小但不能為零，否則所有電流都往rS跑，沒有電流經(jīng)過檢流計，此安培計即失去了效用。(3)(3)伏特計的設(shè)計伏特計的設(shè)計檢流計由于具有內(nèi)電阻rG，滿偏轉(zhuǎn)時兩端有一定的電位差，若滿偏轉(zhuǎn)電流Im為1mA，內(nèi)電阻rG為100Ω，將檢流計并聯(lián)于電路測電壓，則能測的最大電壓值為(1m