هدف آزمایش
شناسایی
پل وتستون و اندازه گیری مقاومت مجهول به روش پل وتستون
تئوری آزمایش
پل وتستون طرحی است که برای اولین بار توسط فیزیکدان انگلیسی
چارلز وتستون در سال 1843 پیشنهاد شده است و برای تعیین دقیق مقدار مقاومتهای مجهول بکار میرود. دو مقاومت
R1 و
R2 و یک
مقاومت متغیر معلوم (معمولا برای اینکار جعبه مقاومت یا
رئوستا بکار میرود که بوسیله آن میتوان مقاومتهای معلومی را در مدار قرار داد) و مقاومت مجهول مطابق شکل به هم مربوطند. این چهار مقاومت دو به دو بطور متوالی به یکدیگر متصل شدهاند. سپس دو مجموعه بطور موازی بین دو نقطه A و B قرار گرفته اند و A و B با یک کلید و مولدی بطور متوالی به هم وصلند.
بین C و D
گالوانومتری بسته شده است که عبور جریان را نشان میدهد. مقدار مقاومت متغیر را آنقدر تغییر میدهیم تا عقربههای گالوانومتر روی صفر قرار گیرد. بنابراین بین دو نقطه C و D اختلاف پتانسیلی وجود ندارد، یعنی این دو نقطه هم پتانسیل میباشد، این حالت را تعادل پل میگویند. شدت جریان در مقامتهای
R3 و
R1 باهم برابر بوده و همچنین مقاومتهای
r2 و
Rx دارای شدت جریانهای یکسان هستند.
VA - VC = VA - VD → R1I1 = I2R2
VC - VB = VD - VB → R3 I1 = I2 Rx
از تقسیم طرفین این دو رابطه بر هم نتیجه میشود:
R1/R3 = R2/Rx → Rx = R2R3/R1
چون اندازه مقاومتهای
R1 و
R2 و
R3 معلوم هستند، اندازه مقاومت
Rx بدست میآید. مقامت
Rx (مقاومت مجهول) میتواند هر یک از چهار مقاومت مذکور باشد.
وسایل مورد نیاز
جعبه مقاومت -
ولت متر -
آمپر متر (گالوانومتر یا میلی آمپرسنج صفر وسط) - چند عدد مقاومت معلوم - چند عدد مقاومت مجهول - یک رشته سیم مقاومت دار - سیمهای رابط - کلید قطع و وصل - منبع تغذیه جریان مستقیم (4-0 ولت)
روش آزمایش
مدار پل وتستون را مطابق با آنچه که در بخش تئوری ذکر شد، سوار کرده ، کلید را وصل میکنیم. مقاومت
R3 (جعبه مقاومت رئوستا) را انقدر تغییر دهید تا عقربه
گالوانومتر روی صفر قرار گیرد. مقادیر
R1 و
R2 معلوم هستند، و با در دست داشتن مقاومت جعبه مقاومت (رئوستا) با استفاده از رابطه
Rx = R2R3/R1 ، مقدار مقاومت مجهول تعیین میشود.
با همین روش ، مقدار مقاومتهای مجهول دیگری را که در اختیار دارید، تعیین کنید.
پرسش
- منظور از قرار گرفتن عقربه گالوانومتر روی صفر چیست؟ دلیل آنرا بیان کنید.
- منظور از تعادل پل چیست؟
- چرا شدت جریان در مقاومتهای R1 و R3 یکسان است؟
- در حالتی که از رئوستای غیر مدرج استفاده میشود، مقاومت رئوستا را چگونه میتوان تعیین کرد؟
همچنین ببینید