آزمایش بررسی قانون اهم و آرایش مقاومتها

مقدمه
 

وقتی بین دو سر سیمی یک اختلاف پتانسیل الکتریکی برقرار شود، از آن جریانی عبور می‌کند که شدتش به مقاومت الکتریکی سیم بستگی دارد. اولین بار اهم دانشمند آلمانی کتابی در این زمینه منتشر نمود که در آن شرح آزمایشهای مربوط به رابطه اختلاف پتانسیل با شدت جریان را نشان می‌داد. رابطه بین شدت جریان و اختلاف پتانسیل را به احترام این دانشمند که اولین بار موفق به کشف آن شد، قانون اهم می‌نامند.

تئوری آزمایش
 

وقتی دمای سیم ثابت باشد و بین دو سر سیم اختلاف پتانسیلهای مختلفی برقرار گردد، شدت جریانهایی که از سیم می‌گذرد متناسب با اختلاف پتانسیلهای دو سر آن است. اگر دو سر رسانای R به اختلاف پتانسیل V مربوط باشد و جریانی به شدت I از آن عبور کند، همواره نسبت اختلاف پتانسیل به شدت جریان مقداری است ثابت که به آن مقاومت الکتریکی رسانا می‌گویند:
V/I = R (مقدار ثابت) یا V = IR
این رابطه نشان می‌دهد که منحنی نمایش تغییرات اختلاف پتانسیل بر حسب شدت جریان خطی است. موقعی که جریان الکتریکی از سیم عبور می‌کند، مطابق قانون ژول در آن گرما ایجاد می‌شود و گرمای حاصل باعث تغییر مقاومت رسانا می‌شود. در این آزمایش از تغییرات دما صرفنظر می‌شود، پس هر بار که شدت جریان در مدار تغییر داده می‌شود، به کمک کلید جریان را قطع کرده و چند دقیقه صبر کرده ، مجددا کلید وصل شود.

هدف آزمایش
 

بررسی قانون اهم و بهم بستن مقاومتها بطور متوالی (سری) ، موازی (انشعابی) و ترکیبی

وسایل آزمایش
 

پتانسیومتر - چند مقاومت معلوم - ولت‌ سنج - میلی آمپرسنج - منبع تغذیه - سیمهای رابط - کلید قطع و وصل

روش آزمایش
 

دو سر پتانسیومتر را به باتری وصل کرده و در سر راه آن یک کلید قطع و وصل قرار دهید. یک طرف پتانسیومتر را به مقاومت مجهول و طرف دیگر را به آمپرسنج ببندید. طرف دیگر آمپرسنج را به قسمت متحرک پتانسیومتر متصل کنید. ولت سنجی را بطور انشعابی با مقاومت مجهول قرار دهدید تا اختلاف پتانسیل دو سر آنرا نشان دهد. کلید را وصل کرده و مقادیر اختلاف پتانسیل دو سر مقاومت و شدت جریانی را که از آن می‌گذرد را بوسیله ولت سنج و آمپرسنج بخوانید و مقادیر مربوط به آنرا یادداشت کنید. سپس قسمت لغزنده پتانسیومتر را تغییر دهید و هر بار اختلاف پتانسیل و شدت جریان مربوط به آنرا در جدولی یادداشت کنید.
حال منحنی نمایش تغییرات اختلاف پتانسیل بر حسب شدت جریان را رسم کنید. شیب خط برابر مقاومت است.
tagӨ = V/I = Rx (شیب خط)

بهم بستن مقاومتها بطور متوالی
 

سه مقاومت معلوم R1 و R3 و R2 را بطور متوالی به یکدیگر مربوط کنید و مجموعه را با یک آمپرسنج و مولد بطور موازی بهم ببندید. (شکل مقابل)
مقاومت معادل را از رابطه R = R1 + R2 + R3 بدست آورید.

مقاومت معادل
 

مقاومتی را معادل چند مقاومت دیگر گویند که اگر آنرا بجای چند مقاومت فوق در مدار و در همان شرایط قرار دهند، شدت جریان کل تغییری ننماید. متناسب با احتیاجی که در کاربرد مقاومتها پیش می‌آید می‌توان آنها را بطور متوالی یا بطور موازی بهم بسته و در مدار جریان قرار داد. اختلاف پتانسیل دو سر مجموعه مقاومتها را با ولت سنج اندازه گیری کرده و شدت جریانی را که از آنها می‌گذرد از روی آمپرسنج بخوانید و با استفاده از قانون اهم مقاومت مجموعه را بدست آورید. مقاومت معادل را که از دو راه بدست آورده‌اید، با یکدیگر مقایسه کنید.

بهم بستن مقاومتها بطور موازی
 

سه مقاومت معلوم R1 و R3 و R2 را بطور موازی به یکدیگر ببندید. دو سر مجموعه را بطور متوالی به آمپرسنج و کلید قطع و وصل و مولد ببندید و ولت سنجی را که بطور انشعاب وصل کنید. کلید را وصل کنید و مقادیر اختلاف پتانسیل دو سر مقاومتها و شدت جریان اصلی را بخوانید و مطابق قانون اهم مقدار مقاومت مجموعه را بدست آورید. مقاومت معادل را یک بار هم از رابطه R-1 = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 محاسبه کنید. دو مقداری را که برای مقاومت معادل بدست آورده‌اید، باهم مقایسه کنید.

بهم پیوستن ترکیبی
 

دو مقاومت R1 و R2 را بطور موازی بهم مربوط کنید و مجموعه را با مقاومت R3 و کلید قطع و وصل و مولد بطور متوالی بهم ببندید. شدت جریان اصلی و فرعی در هر یک از انشعابها را با آمپرسنجی اندازه گیری کنید. با ولت سنجی اختلاف پتانسیل دو سر تک تک مقاومتها را و همچنین اختلاف پتانسیل سطح بین کلیه مقاومتها را اندازه گیری کنید.
جدول زیر را پر کنید.

R	VA - VC	VB - VC	VA - VB	i2	i1	I
...	...	...	...	...	...	...

مقاومت معادل را از رابطه VA - VC = RI بدست آورده و آنرا با مقاومت معادل که از راه محاسبه حاصل شده است مقایسه کنید و درصد خطا را بدست آورید.
منبع:http://atwis.com /س