Fiul meu face un experiment științific cu privire la modul în care temperatura și diametrul firelor variază asupra rezistenței. Presupunem că putem realiza acest lucru folosind diferite fire de măsurare, un termometru de acasă și un multimetru digital de bază (de exemplu, acesta la Amazon ).
Este corect sau multimetrul este folosit doar pentru a măsura rezistența bateriilor și circuitelor și nu o bucată simplă de sârmă? Dacă această configurație nu este suficientă, puteți sugera o alternativă?
În ceea ce privește temperatura, va fi suficient un simplu termometru acasă (baterie, nu mercur)?
Răspuns
Hmm, experimentul dvs. sună ca o idee bună, dar cred că „vă va fi mult mai greu decât vă imaginați”. Rezistența firelor este foarte scăzută. La urma urmei, acestea sunt concepute pentru a conduce! Consultați acest tabel . Sârmă de 30 gage are o rezistență de 0,1 $ \: \ Omega / \ mathrm {ft} $, care este cu mult sub ceea ce poate citi un multimetru tipic.
De asemenea, deoarece rezistența este atât de mică, o sursă foarte mare de eroare va fi cât de bine sunt atașate sondele multimetrului la fir. Veți ajunge probabil să măsurați rezistența la punctul de contact la fel de mult ca și rezistența firului.
Totuși, o modalitate de a ajuta este să măsurați fire foarte lungi. Dacă puteți obține cablu câteva sute picioare lungime, rezistența firului va începe să fie suficient de mare încât să poată fi făcute măsurători semnificative, în ciuda erorii experimentale.
Comentarii
- În loc să utilizați o bobină lungă de sârmă ar folosi și una cu o rezistență relativ mare, cum ar fi nicromul (utilizat în elementele de încălzire)?
- @DanNeely: da, nicromul ar trebui să funcționeze bine.
Răspuns
După cum au remarcat alții, marea problemă constă în obținerea rezistenței firului în intervalul în care multimetrul dvs. îl poate măsura cu precizie. Pentru aceasta, abordarea simplă este de a face firele cât mai lungi și subțiri pe cât poți pentru a maximiza rezistența.
Acestea fiind spuse, un alt lucru pe care îl puteți face este să îmbunătățiți t precizia măsurătorilor dvs., de ex. utilizând patru-terminal sensing , alias măsurarea rezistenței Kelvin . Pentru aceasta, va trebui să treceți un curent prin fir și să măsurați atât curentul, cât și căderea de tensiune peste el:
Sursa imaginii: Totul despre circuite vol. I, capitolul 8.9
Acest aranjament vă permite să excludeți orice sursă suplimentară de rezistență de-a lungul traseului curent, cum ar fi contactele dintre bornele sursei de tensiune și fir, din măsurarea rezistenței. Rețineți că, în timp ce circuitul prezentat mai sus include un voltmetru și un ampermetru separate, puteți înlocui ampermetrul cu un rezistor de șunt cu o rezistență cunoscută și măsurați tensiunea pe ea, ca în circuitele prezentate în partea de jos a pagina legată mai sus . Acest lucru vă va permite să efectuați măsurarea folosind doar un singur voltmetru. Ca bonus, rezistența de șunt ar servi și pentru a limita curentul din circuit.
Atenție: Nu conectați niciodată o sursă de tensiune, cum ar fi o baterie sau o simplă sursă de alimentare de laborator, direct pe un fir cu rezistență redusă. Acest lucru va crea un scurtcircuit, care ar putea cauza supraîncălzirea firului sau a sursei de alimentare. În schimb, includeți întotdeauna un rezistor de dimensiuni adecvate în serie cu sursa de alimentare pentru a menține curentul la un nivel rezonabil.
Pentru o măsurare a rezistenței și mai precisă , puteți configura un circuit de punte , cum ar fi podul de bază Wheatstone prezentat aici:
Sursa imaginii: Totul despre circuite vol. I, capitolul 8.10
Astfel de circuite pot permite măsurători de rezistență foarte precise prin compararea rezistenței care trebuie măsurată cu rezistențe cu valori cunoscute. În special, pentru măsurarea rezistențelor scăzute, vă recomandăm să vă uitați la circuitul Kelvin Double Bridge descris mai jos în pagina legată.
Răspuns
Sârmă are, de obicei, o rezistență foarte scăzută, așa că ceea ce „cel mai probabil veți ajunge să măsurați este rezistența de contact. Adică, rezistența dintre sondele dvs. multimetrice și firul în sine ar putea avea mai multă rezistență decât firul dvs. și îl va umbri.
Sugestia mea pentru partea dependentă de temperatură ar fi măsurarea rezistenței firului cu acesta în apă clocotită și apă cu gheață, pentru două puncte de referință ușoare.
Comentarii
- Majoritatea apei de la robinet (apă ionizată) conduce electricitatea destul de bine. O sută de metri de sârmă încolăcită în apă clocotită ar putea introduce o conductivitate suplimentară suficientă pentru a fi semnificativă din punct de vedere statistic pentru experiment? (într-o cană de 1 l) și privind electroliza. Când am pus un LED verde în el, l-am văzut strălucind verde – nici măcar portocaliu așa cum ar fi în caz de supracurent. Desigur, apropierea de fire a făcut să strălucească portocaliu. Comparați-l acum cu ceea ce ‘ aș vedea dacă am conectat LED-ul direct la firul de 220V. Așadar, am ‘ concluzionat că apa de la robinet nu este semnificativ conductivă în comparație cu sârmele metalice.
- @Ruslan vârfurile unui LED sunt destul de apropiate. Faptul că în apă exista un potențial de $ \ sim 3 \: \ mathrm {V} $ sugerează că curge suficient curent prin apă pentru a arunca un test de precizie al firului ‘ rezistența.
- @BrandonEnright: Deci folosiți sârmă izolată?
Răspundeți
Am făcut un experiment similar anul acesta pentru misiunea mea finală de știință. Am folosit un transformator care avea în interior două bobine lungi de sârmă de cupru, cu lungimi și grosimi diferite (10m și 750m). Deschideți transformatorul și scoateți bobinele. Setați multimetrul la ohmi și atingeți contactele de la fiecare capăt al fiecărei bobine (avem 2,2 ohmi și, respectiv, 1500 phms). Deoarece bobinele de sârmă din transformator sunt izolate, puteți plasa apoi bobinele în apă înghețată / clocotită, cu capetele scoase în afară. Măsurați rezistența acum și ar trebui să observați o diferență.
Am obținut rezistența noastră de 1.5k ohm până la 3k + ohm, mergând doar de la 25C la 100C.
Răspuns
Acesta este procesul corect, dar veți dori un multimetru care să citească în intervalul 0,1 $ \ Omega $, lucru pe care multimetrul legat de Amazon nu îl poate face.
Majoritatea termometrelor de acasă au maximum aproximativ 110 $ ^ \ circ $ F, deci dacă intenționați să creșteți temperatura la o valoare mai mare decât aceasta, veți dori ceva diferit, ceva de genul acest termometru laser (link Amazon).
Comentarii
- A ” termometru pentru bomboane ” pe care îl puteți ridica la orice magazin alimentar va merge, de asemenea, cu mult peste 110 F. Este posibil să nu ofere precizia necesară, dar ‘ este ieftin și ușor de grăbit.
Răspuns
De obicei un fir cu rezistivitatea suntem noi ed ex. Constantan. Apoi, consultați experimentul aici .
Comentarii
- Bună muzică Stu, link -numai răspunsurile, în special cele direct la un fișier PDF, sunt respinse. Puteți actualiza răspunsul pentru a include mai multe detalii, astfel încât PDF-ul să nu fie ‘ strict necesar?