Как устроен вольтметр

Регистрация Вход. Ответы Mail. Вопросы — лидеры Перестал работать Mi band 4 1 ставка. Роботы уничтожат ваши рабочие места? А разве понятие «эфир» можно всерьёз рассматривать в электронике?

Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Вольтметр-измеряем напряжение. Назначение, принцип работы, типы.
• Вольтметр: описание прибора, принцип действия и назначение
• Вольтметр. Устройство, принцип работы, виды и характеристики
• Вольтметр: принцип действия, как подключить и пользоваться
• Как устроен и работает стрелочный и цифровой мультиметр
• Стрелочный вольтметр

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Вольтметр «своими руками»

Вольтметр-измеряем напряжение. Назначение, принцип работы, типы.

Существует большое количество разных измерительных приборов. Одним из часто используемых устройств как в быту, так и в профессиональной сфере деятельности, является вольтметр. Предназначен он для измерения значения напряжения в любой точке электрической сети. Промышленность изготавливает несколько типов таких измерителей, отличающихся друг от друга принципом работы.

При этом каждый из них имеет как достоинства, так и недостатки. Итальянский учёный Алессандро Вольт, проведя ряд экспериментов с электричеством, приходит к выводу, что получить электрический ток можно используя соединение металлов с жидкостью. Он также устанавливает, что при соединении двух разных металлов возникает сила, которая затрачивается на работу по перемещению электрического заряда из одной точки в другую.

При этом перемещённый заряд изменяет свой потенциал величину энергии , которым он обладает.

Для измерения количества электричества Вольт использует металлический стержень, вставленный в каучуковую пробку и помещённый в бутылку.

На нижний конец, находящийся в бутылке, он надевает соломинки, а на другой — шар. Учёный наблюдает, что при контакте шара с наэлектризованным веществом соломинки отталкиваются. Это позволяет ему судить о степени заряженности материала. Существование напряжения Вольт доказал проведя следующий опыт. На электроскоп прибор регистрирующий заряд был надет медный и цинковый диск. Между ними проложен тонкий слой диэлектрика. На короткое время физик замыкал металлы между собой проволокой.

Лепестки на электроскопе немного раздвигались. Далее диски раздвигались на большее расстояние, при этом лепестки регистратора расходились ещё больше. Фактически это был первый эксперимент, позволяющий измерить, хотя и в грубой форме, напряжение.

В году английский учёный Майкл Фарадей открывает явление электромагнитной индукции, на котором впоследствии создаётся ряд электроизмерительных приборов. На катушку подавался электрический ток, в результате чего стрелка отклонялась от начального положения.

В этом же году был проведён Международный электротехнический конгресс, на котором были приняты обозначения электрических величин. Прибор, предназначенный для измерения разности потенциалов, был назван вольтметром, а напряжение стало измеряться в вольтах. Вольтметр — это устройство, относящееся к классу электроизмерительных приборов, предназначенное для измерения электродвижущей силы ЭДС на участке электрической линии. Другими словами, вольтметр показывает разность потенциалов напряжение между двумя точками электрической цепи.

Подключается он всегда параллельно к источнику тока или нагрузке. При измерении устройство не должно никоим образом воздействовать на параметры электрической цепи, поэтому идеальным считается прибор, имеющий бесконечно большое внутреннее сопротивление.

От этого параметра в первую очередь и зависит точность замеров. В зависимости от формы измеряемого сигнала, вольтметры разделяются на устройства, измеряющие постоянный или переменный ток.

Все приведенные приборы применяются в лабораториях и на производствах для наладки работы той или иной техники. В быту же и радиолюбительстве чаще используются вольтметры, умеющие измерять среднеквадратичное напряжение переменного и постоянного тока.

Поэтому все типы устройств, принято разделять на два вида: аналоговые и цифровые. Согласно единой системе конструкторской документации, на принципиальных и электрических схемах вольтметр принято обозначать в виде окружности, в середину которой вписывается латинская буква V.

Для оценки возможностей прибора принято использовать следующие технические характеристики:. Кроме технических параметров, определяющих назначение прибора, в описаниях вольтметра часто указываются его физические размеры. Связано это с тем, что все устройства по виду конструкции разделяют на три типа:. Первые обычно относятся к полупрофессиональным и любительским измерительным устройствам. Выглядят они в виде прямоугольных коробочек, сделанных из жёсткого пластика или карболита.

Все они работают от мобильных источников питания, аккумуляторов или батареек. Для удобства определения амплитудного значения сигнала в наборе с вольтметрами идёт съёмная пара щупов. Вторые запитываются от сети переменного напряжения, через встроенный в них блок питания.

Чаще всего это узкоспециализированные тестеры, обладающие высокой точностью измерений. Используют их в профессиональной сфере деятельности для контроля напряжения в важных точках электрической цепи. Третий же тип предназначен для использования в специально оборудованных шкафах для постоянного контроля величины напряжения. Обычно применяются в комплексе с защитными приборами. Такого вида вольтметром измеряют переменное однофазное или трёхфазное напряжение.

Отличительной чертой аналогового устройства является присутствие стрелочного индикатора. В основе принципа работы вольтметра такого типа лежит использование измерительной головки.

Конструктивно она выполняется в виде алюминиевого контура, помещённого в магнитное поле. Стрелка прибора и оси приклеивается к рамке, на которую намотана проволока.

Через пружины или растяжки, удерживающие стрелку в начальном положении, на конструкцию подаётся ток. В зависимости от величины его силы, магнитное поле воздействует на рамку с разной интенсивностью.

В итоге возникает крутящий момент, выводящий стрелку из нулевого состояния. Для устойчивого положения стрелки используются демпферы. Под указателем располагается шкала, отградуированная по эталонным приборам. Поэтому каждое положение стрелки соответствует своему значению напряжения.

Как только измерения заканчиваются, ток перестаёт поступать на измерительную головку и указатель под действием растяжек возвращается на своё первоначальное положение. Структурную схему аналогового прибора можно подставить в виде последовательной цепочки, состоящей из входного устройства, усилителя тока, детектора, измерительной головки.

Технические возможности вольтметра во многом определяются чувствительностью головки.

К достоинствам аналогового прибора относят инерционность и невосприимчивость к помехам. Он идеально подходит для отображения динамики сигнала. Такой измеритель мгновенно показывает изменение вольтажа. Например, при вычислении напряжения с пульсациями, тестер, интегрируя их, показывает среднее значение. Расширить диапазон измерения можно применив добавочные сопротивления или шунты. Но при своих достоинствах стрелочные вольтметры характеризуются большой погрешностью и сложность в интерпретации результатов измерения.

Принцип действия цифрового вольтметра переменного тока, как и постоянного, основан на использовании аналогово-цифрового преобразователя АЦП. Измеряемый сигнал поступает на вход микросхемы, преобразовывающей его в набор импульсов, передающихся дальше в блок обработки для формирования кода. Трансформированный сигнал направляется на цифровое отсчётное устройство, а с него уже и на дисплей.

Точность замеров электронного вольтметра зависит от качества преобразования сигнала в цифровой код. Попадая на компаратор, сигнал разбивается на группы единиц и направляется в ячейки памяти, сохраняющих информацию. Если код подать напрямую, то на экране показания будут неустойчивыми. Дисплеем управляет свой контроллер, обеспечивающий вывод данных из памяти и засвечивающий сегменты дисплея.

К достоинствам цифрового вольтметра относят высокое внутреннее сопротивление, что делает его измерения очень точными. А также он оснащён электронным усилителем, позволяющим проводить замеры даже слабых сигналов. Результат измерений отображается на табло сразу в виде числа, поэтому нет необходимости высчитывать значение по шкалам. Электронный измеритель нечувствителен к магнитным полям и одинаково измеряет при любой полярности приложенного напряжения.

Чтобы провести измерения, вольтметр подключается с помощью измерительных щупов параллельно двум точкам, между которыми нужно измерить разность потенциалов. Принцип определения амплитуды будет одинаков для любого типа устройства. Порядок измерения напряжения можно представить в виде следующих действий:. Таким образом, при помощи вольтметра можно достаточно быстро измерить величину амплитуды между двумя точками электрической линии с любым типом сигнала.

Прибор имеет высокое собственное сопротивление, поэтому пользоваться им довольно безопасно. Содержание 1 История изобретения 2 Суть прибора 2. Оценок: 1. Как работает схема триггера на транзисторах.

Генератор из асинхронного двигателя своими руками. Принцип работы реле тока и виды устройств. Схема и описание процесса конденсаторной сварки своими руками. Электронный преобразователь напряжения с 12 В на В. Универсальный тестер-пробник для замеров тока и напряжения. Принцип действия и устройство магнитоуправляемого геркона. Устройство и принцип работы лампы накаливания. Добавить комментарий.

Нажмите, чтобы отменить ответ.

Вольтметр: описание прибора, принцип действия и назначение

Чтобы измерить силу тока в некоторой электрической цепи, существуют приборы, называемые амперметры. Они включаются в цепь по последовательной схеме. Внутреннее сопротивление амперметров очень мало, поэтому такое измерительное устройство не влияет на параметры электрического тока измеряемой цепи. Единицей измерения силы тока является ампер. Шкалы приборов могут градуироваться в различных долях ампера: микроамперах, миллиамперах и т. Соответственно такие приборы называют микроамперметрами, миллиамперметрами и т. Чтобы расширить пределы измерений, амперметры включают в цепь с применением трансформатора , либо в параллели с шунтом.

Вольтметр(амперметр)на микроконтроллере Attiny Как устроен компьютерный блок питания и как его запустить без компьютера Планировки .

Вольтметр. Устройство, принцип работы, виды и характеристики

Домашний мастер при ремонте квартиры своими руками сталкивается с необходимостью подключения светильников, розеток и выключателей по разным схемам. Такая деятельность требует выполнения электрических измерений и знания основных правил безопасности при работе под напряжением. Наши советы помогут вам оптимально выбрать мультиметр для этих целей и понять основные правила безопасной работы с ним как в бытовой электропроводке, так и для ремонта подключаемых к ней приборов. В материале статьи сравниваются два типа устройств измерителей: стрелочных аналоговых и цифровых. Это позволит оценить различные технологии замеров, сравнить их возможности, сделать выбор подходящей конструкции. Он позволяет определять:. Поясняющая картинка из интернета с человечками призвана объяснить взаимосвязь процессов, происходящих в электрике, которые позволяет анализировать мультиметры любой конструкции. Напряжение источника в вольтах старается пропихнуть ток в амперах через оказываемое ему противодействие сопротивлением в омах.

Вольтметр: принцип действия, как подключить и пользоваться

Существует большое количество разных измерительных приборов. Одним из часто используемых устройств как в быту, так и в профессиональной сфере деятельности, является вольтметр. Предназначен он для измерения значения напряжения в любой точке электрической сети. Промышленность изготавливает несколько типов таких измерителей, отличающихся друг от друга принципом работы.

Электростатические вольтметры измеряют истинное среднеквадратичное значение в вольтах.

Как устроен и работает стрелочный и цифровой мультиметр

В некоторых случаях их применение может быть более удобным и практичным, чем использование современных цифровых. Если в ваши руки попал стрелочный вольтметр, то желательно узнать его основные характеристики. Их легко определить по шкале и надписях на ней. В мои руки попал встраиваемый вольтметр М Внизу, под шкалой, как правило, есть несколько значков и указана модель прибора. Так, значок в виде подковы или изогнутого магнита означает, что это прибор магнитоэлектрической системы с подвижной рамкой.

Стрелочный вольтметр

Необходимость применения вольтметра возникает у большинства домовладельцев, автолюбителей, не говоря уже о радиолюбителях. Определить наличие напряжения в домашней сети при отсутствии света в доме, измерить вольтаж аккумуляторной батареи в случае её разряда, настроить собранную радиолюбителем конструкцию — во всех этих ситуациях без его использования не обойтись. Все вольтметры можно разделить по: принципу действия, назначению, способу применения и конструкции. Эти измерительные приборы являются устройствами прямого преобразования. Измеряемая величина в них преобразуется напрямую в показания на шкале устройства отсчёта. Она предназначена для визуальной оценки измеряемого напряжения. Шкала выглядит как последовательность отметок с числами и составляет неподвижную часть прибора. Расстояние между двумя соседними отметками — цена деления шкалы.

Вольтметр (вольт + греч. μετρεω «измеряю») — электроизмерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения или ЭДС в .

Электрика и электрооборудование, электротехника и электроника — информация! Вольтметры являются измерительными приборами, которые предназначены для измерения электродвижущей силы в электрической цепи на некотором ее участке, то есть, для измерения разности электрических потенциалов, которое называется напряжением. Единицей измерения этого параметра является Вольт. Такой измерительный прибор должен подключаться параллельно измеряемому участку или нагрузке.

Для измерения напряжения на полюсах источника тока или на каком-нибудь участке цепи применяют приборы, называемые вольтметрами. Многие вольтметры по внешнему виду очень схожи с амперметрами. Для отличия вольтметра от других электроизмерительных приборов на шкале вольтметра обычно, ставят букву V. На схемах вольтметр изображают кружком с буквой V внутри рис.

Вольтметр — измерительный прибор для считывания уровня электрического напряжения. Он подключается параллельно нагрузке или непосредственно к источнику напряжения U.

Регистрация Вход. Ответы Mail. Вопросы — лидеры Перестал работать Mi band 4 1 ставка. Роботы уничтожат ваши рабочие места? А разве понятие «эфир» можно всерьёз рассматривать в электронике? Задача по физике 1 ставка.

Вольтметр — измерительный прибор для считывания уровня электрического напряжения. Он подключается параллельно нагрузке или непосредственно к источнику напряжения U. Единица измерения напряжения — Вольт V.

Вольтметр как устроен

Регистрация Вход. Ответы Mail. Вопросы — лидеры Задача по физике 1 ставка. Провод КСПВ, вопрос к электрикам 1 ставка. Мощность рассеивания транзистора?

Поиск данных по Вашему запросу:

Вольтметр как устроен

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

• Вольтметр: принцип действия, как подключить и пользоваться
• Вольтметр. Устройство, принцип работы, виды и характеристики
• Что измеряет вольтметр
• Вольтметр-измеряем напряжение. Назначение, принцип работы, типы.
• Вольтметры. Виды и работа. Устройство и маркировка. Особенности
• Приборы измерения характеристик цепей постоянного тока

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: ВОЛЬТМЕТР ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ [РадиолюбительTV 52]

Вольтметр: принцип действия, как подключить и пользоваться

Прибор для считывания напряжения в электроцепях — это вольтметр. Без него не обходится ни один электрик, обычный обыватель или радиолюбитель. Люди, которые никогда не использовали такое приспособление, задаются вопросами о том, как пользоваться вольтметром, на какие типы они делятся, каков их принцип работы. Вольтметр является важным измерительным прибором в электрике наряду с амперметром и омметром, которым измеряется вольтаж участка цепи.

Этот прибор подключается либо напрямую к источнику электронапряжения, либо параллельно нагрузке. Измеритель имеет высокое сопротивление на обмотке или дополнительный элемент в цепи — резистор. Чем выше параметры сопротивляемости, тем точнее и лучше работает прибор, так как сопротивление вольтметра снижает воздействие на электроцепь, что дает возможность получить данные о напряжении в ней с наименьшей погрешностью.

Большое сопротивление вольтметра — это то, чем отличаются от этого прибора амперметры. Интересно знать. Вольтметры имеют многоступенчатую классификацию, которая обусловлена их широким видовым разнообразием. Стационарные вольтметры являются самыми габаритными установками и используются стационарно на многих производственных площадках, где требуется постоянный контроль параметров электросети, поддерживающий работу, например, холодильного оборудования, системы отопления или кондиционирования.

Характеризуются такие вольтметры высокоточностью и чувствительностью. Вольтметры, которые обычно устанавливаются в щитовых шкафах, называются щитовыми. Имеют более компактные размеры, чем стационарные приборы. Автономные или переносные вольтметры характеризуются небольшими габаритными параметрами и весом, поэтому их можно переносить.

Также они имеют широкую область применения: электропроводка автомобиля и квартиры, снятие показаний на производстве и прочее. Такие приспособления обычно оснащаются несколькими электродами для снятия быстрых показаний электроцепи без закрепления всего устройства.

Все устройства для измерения вольтажа разделяются по измерительному диапазону и бывают нижеследующих видов:. Измеряя высокое напряжение в цепи микровольтметром, можно вызвать короткое замыкание. Многих интересует вопрос о том, как работает вольтметр. Как и многие измерительные приборы, вольтметры тоже различаются по принципу действия, по которому он измеряет напряжение.

Различают следующие устройства по принципу измерения:. Однозначного ответа на вопрос о том, какой вольтметр лучше: стрелочный или цифровой, нет, так как оба они обладают равным количеством преимуществ и недостатков. Стрелочный вольтметр, исходя из названия, оснащается шкалой из цифр и стрелкой-определителем, закрепленной на рамке с обмоткой, которая, в свою очередь, насажена на ось с магнитом постоянного типа. В то время, когда через устройство проходит электронапряжение, создается электромагнитное поле, с которым взаимодействует рамка, в итоге отклоняясь совместно со стрелкой на определенное величиной напряжения расстояние.

Электромеханические устройства могут быть различной чувствительности — пропорциональный коэффициент между истинным электронапряжением и отображением угла стрелочной части на циферблате. Колебания стрелки в таких агрегатах предотвращается посредством закрепления на оси пластины из алюминия индукционного демпфера , что передвигается вместе со стрелкой-определителем. Также демпфер может быть воздушным, состоящим из цилиндра и поршня, которые при колебании стрелки не допускают ее сильных скачков.

Также стрелочные приборы оснащаются внутри противовесной системой в виде грузиков, которые устанавливаются на стрелку. Именно они препятствуют под влиянием силы тяжести ее чрезмерному отклонению и гарантируют точные измерения даже при наклоне агрегата.

При подсоединении этих приспособлений важно соблюдать полярность, так как неправильное подключение полюсов приведет к насильному повороту стрелки в другую сторону, но стопорный элемент в корпусе ей этого сделать не позволит, что приведет к выходу из строя этой измерительной аппаратуры или ее элементов.

Подвижные компоненты стрелочного вольтметра изготавливаются из сверхтвердой стали, что препятствует возможному их истиранию, а все его составные стрежни полируются для уменьшения трения. Цифровые вольтметры оснащаются электронным дисплеем для отображения параметров и микросхемой-контроллером, что преобразует напряжение в цифровой сигнал.

Эти агрегаты-измерители характеризуются высокой точностью, компактностью, надежностью и легкостью. Стоят такие устройства дороже стрелочных аналогов.

Точность измерения электронных вольтметров полностью зависит от качества исполнения преобразователя параметров в цифровой сигнал. Электронные приборы могут быть также аналоговыми, которые внешне похожи на стрелочные вольтметры, и в них тоже стрелка показывает величину напряжения в цепи. Однако оснащаются они специальным электронным детектором, что отклоняет стрелку на нужное расстояние по шкале. Выбирая вольтметр, необходимо руководствоваться его предназначением, своими финансовыми возможностями и надежностью фирмы-изготовителя.

Придерживание правил пользования этими измерителями позволит правильно определить показания вольтажа и будет являться залогом долговечной службы и высокой точности прибора. RU — интернет-энциклопедия про всё, что связано с домашней электрикой: выключатели, розетки, лампочки, люстры, проводка. Советы, инструкции и наглядные примеры.

Вольтметр. Устройство, принцип работы, виды и характеристики

Вольтметр — измерительный прибор для считывания уровня электрического напряжения. Он подключается параллельно нагрузке или непосредственно к источнику напряжения U. Единица измерения напряжения — Вольт V. Прибор имеет большое сопротивление. Чем оно больше, тем он лучше и точнее.

Вольтметры являются измерительными приборами, которые предназначены для измерения электродвижущей силы в электрической цепи на.

Что измеряет вольтметр

Электрика и электрооборудование, электротехника и электроника — информация! Вольтметры являются измерительными приборами, которые предназначены для измерения электродвижущей силы в электрической цепи на некотором ее участке, то есть, для измерения разности электрических потенциалов, которое называется напряжением. Единицей измерения этого параметра является Вольт. Такой измерительный прибор должен подключаться параллельно измеряемому участку или нагрузке. Если вольтметр подключить к выводам батарейки или блока питания, то прибор покажет не напряжение, а электродвижущую силу, так как при подключении в цепь с нагрузкой напряжение меняется. Вольтметры в идеале должны иметь большое внутреннее сопротивление, для обеспечения точных показаний, и не воздействовать на измеряемую цепь. Поэтому в высокоточных приборах стремятся к наибольшему внутреннему сопротивлению. Процесс измерения основан на прямой линейной зависимости движения механического вида от напряжения. Стрелка прибора находится на рамке с обмоткой, расположенной на вращающейся оси внутри постоянного магнита. При возникновении в рамке напряжения, вокруг нее появляется электромагнитное поле.

Вольтметр-измеряем напряжение. Назначение, принцип работы, типы.

Вольтметр — один из самых полезных приборов для выполнения проверки электросети в домашних условиях, если его использовать правильно. Перед использованием вольтметра в первый раз изучите, как правильно пользоваться прибором, и протестируйте его на цепи с низким напряжением, например, на бытовой батарее. В этой статье описывается, как проверять напряжение. Вас также может заинтересовать использование мультиметра для проверки тока и сопротивления. Амперметры и вольтметры предназначены для измерения действующего значения переменного тока, или напряжения Электромагнитные амперметры и вольтметры.

Вольтметр — измерительный прибор для считывания уровня электрического напряжения. Он подключается параллельно нагрузке или непосредственно к источнику напряжения U.

Вольтметры. Виды и работа. Устройство и маркировка. Особенности

В некоторых случаях их применение может быть более удобным и практичным, чем использование современных цифровых. Если в ваши руки попал стрелочный вольтметр, то желательно узнать его основные характеристики. Их легко определить по шкале и надписях на ней. В мои руки попал встраиваемый вольтметр М Внизу, под шкалой, как правило, есть несколько значков и указана модель прибора.

Приборы измерения характеристик цепей постоянного тока

Существует большое количество разных измерительных приборов. Одним из часто используемых устройств как в быту, так и в профессиональной сфере деятельности, является вольтметр. Предназначен он для измерения значения напряжения в любой точке электрической сети. Промышленность изготавливает несколько типов таких измерителей, отличающихся друг от друга принципом работы. При этом каждый из них имеет как достоинства, так и недостатки.

Так как вольтметр работает непрерывно, то ему необходимо пропускать сопротивлений используется Омметр. Рассмотрим, как устроен этот прибор.

Вольтметр — это прибор, назначение которого измерять электродвижущую силу ЕДС на определенном участке электрической цепи, или проще — прибор для измерения напряжения разность электрических потенциалов. Этот прибор всегда подключается параллельно элементу питания или нагрузке. Измеренное значение вольтметр показывает в Вольтах.

Прибор для считывания напряжения в электроцепях — это вольтметр. Без него не обходится ни один электрик, обычный обыватель или радиолюбитель. Люди, которые никогда не использовали такое приспособление, задаются вопросами о том, как пользоваться вольтметром, на какие типы они делятся, каков их принцип работы. Вольтметр является важным измерительным прибором в электрике наряду с амперметром и омметром, которым измеряется вольтаж участка цепи. Этот прибор подключается либо напрямую к источнику электронапряжения, либо параллельно нагрузке. Измеритель имеет высокое сопротивление на обмотке или дополнительный элемент в цепи — резистор.

Вольтметр, что это такое?

Для измерения напряжения на полюсах источника тока или на каком-нибудь участке цепи применяют приборы, называемые вольтметрами. Многие вольтметры по внешнему виду очень схожи с амперметрами. Для отличия вольтметра от других электроизмерительных приборов на шкале вольтметра обычно, ставят букву V. На схемах вольтметр изображают кружком с буквой V внутри рис. Устройство вольтметра, как и амперметра, основано на механическом действии тока. Этот зажим необходимо обязательно соединять с проводом, идущим от положительного полюса, источника тока.

Изначально вольтметры и амперметры были только механическими, и лишь спустя многие годы, с развитием микроэлектроники, начали выпускаться цифровые вольтметры и амперметры. Тем не менее, даже сейчас механические измерительные приборы пользуются популярностью. Они, по сравнению с цифровыми, устойчивы к помехам и дают более наглядное представление о динамике измеряемой величины. Их внутренние механизмы остаются практически теми же, что и канонические магнитоэлектрические механизмы первых вольтметров и амперметров.

Измерение напряжения

— Как работает вольтметр?

\$\начало группы\$

Допустим, у меня есть схема с двухполюсным эквивалентом Тевенина, который имеет разность напряжений постоянного тока U и выходное сопротивление Ro. Что делает вольтметр? Я предполагаю, что у него есть внутреннее очень большое сопротивление (Rv), которое подключено параллельно к Ro. Но что измеряется по Рв и как?

• измерение напряжения

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Фактическое измерение можно выполнить различными способами.

Одним из наиболее традиционных является микроамперметр с подвижной катушкой, состоящий из обмотки на железном сердечнике, который вращается между полюсами постоянного магнита, работающего против силы пружины. Схема измерителя и селектор соединяют различные резисторы для масштабирования входного напряжения до крошечного тока. Грубый родственный инструмент можно сделать, намотав несколько витков провода на магнитный компас с пластиковым корпусом, при этом введенное поле образует векторную сумму с полем Земли и дает новый угол стрелки.

Следующей крупной разработкой стало использование лампового усилителя с высоким импедансом между тестируемой схемой и движением измерителя, что привело к созданию лампового вольтметра или VTVM. Позже лампу заменили полевым транзистором.

Третьим важным событием станет замена счетчика движения аналого-цифровым преобразователем. Обычно он состоит из компаратора, который сравнивает неизвестный вход с известным эталонным напряжением; либо последовательно, когда опорное напряжение изменяется цифро-аналоговым преобразователем в соответствии с алгоритмом поиска, либо путем зарядки конденсатора при измерении времени, либо для высокоскоростных приложений с использованием ряда компараторов и источников напряжения, действующих параллельно для получения более быстрого ответ (хотя эта форма, скорее всего, будет найдена в быстродействующем приборе, таком как осциллограф, чем в типичном цифровом мультиметре).

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Вольтметры измеряют напряжение, которое они видят после того, как нагрузят его своим «входным сопротивлением». Для счетчиков с электронной схемой это значение обычно находится в диапазоне 10 МОм. Таким образом, импеданс Ro напряжения источника и входной импеданс вольтметра образуют делитель напряжения, и вольтметр сообщает вам напряжение на выходе из этого делителя.

Пока импеданс напряжения источника существенно меньше входного импеданса вольтметра, вольтметр будет точно считывать напряжение. Вот почему более высокое входное сопротивление лучше для вольтметров. На практике большую часть времени нагрузка на что-либо с сопротивлением 10 МОм не изменит его напряжение до такой степени, которая вас волнует. Тем не менее, вы должны знать об ограничениях ваших инструментов, чтобы знать, когда они не дадут вам точных показаний.

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

Вольтметр для расчета разности потенциалов между горячим проводом и нейтралью Поскольку ток течет от горячего к нейтральному, 0-(-115)= 115 и 115 -0=115, нейтраль переменного тока остается на нуле, где горячий переходит от отрицательного горячего к положительному горячему.

\$\конечная группа\$

1

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

. Напряжение

. Что измерил бы вольтметр, если бы у вас была электродвижущая сила, создаваемая изменяющимся магнитным полем?

Если переменное магнитное поле заключено внутри треугольника, вольтметр (с высоким импедансом), размещенный вне треугольника, как вы его изобразили, будет измерять напряжение, равное R * I, где I — ток, протекающий в контуре I = ЭДС / (Р + Р + Р).

И он будет последовательно считывать это значение, независимо от того, как расположены датчики, скручены, раскручены, закручены, длинные или короткие — до тех пор, пока датчики остаются вне области переменного магнитного поля (то есть вне треугольника), не вокруг него не ходят круги и нет переменных магнитных полей вне области внутри треугольника.

Чтобы проиллюстрировать, почему это так, я буду использовать без ограничения общности более простую схему всего с двумя резисторами, которую я назову кольцом Ромера-Левина.

_{Ключ к пониманию того, что означает «вольтметр с одной стороны», заключается в том, как вы переходите от плюса к минусу через щупы, в одном случае по часовой стрелке, в другом против часовой стрелки (обратите внимание, что это отрицательный эскиза на бумаге, поэтому положительный вывод пустой, а отрицательный — заполненный)}

Следующий рисунок еще более поразителен: если вы ограничиваете скольжение щупов по кольцу и вам не разрешено отсоединять наконечники, вы можете двигать наконечники вдоль кольца, чтобы коснуться клемм резистора на другой стороне и прочитать то же самое. напряжение

Это можно объяснить либо рассмотрением того, как две сетки, содержащие вольтметр (одна с большим резистором, а другая с маленьким резистором), усугубляют эффекты, либо рассмотрением индуцированного вокруг поля dB/dt.

Я также дал длинное объяснение того, как работает подобное расположение с точки зрения поля всего внутри кольца, в этом ответе мне пришлось сократить его, так как я достиг 30 тысяч символов. Все ключевые моменты приведены в начале этого ответа. Применительно к вашей схеме могу констатировать следующее:

• Напряжение четко определено, зависит только, в общем от тракта.
• Разность потенциалов больше не определяется.
• Область переменного поля в основном создает индуцированное электрическое поле, особенностью которого является консервативность в односвязных областях, не содержащих треугольник. (Это можно довольно элегантно показать, если предположить, что переменное магнитное поле равномерно возрастает и ограничено цилиндрической симметричной областью пространства, в основном создаваемой бесконечно длинным соленоидом)
• Итак, все закрытые пути, находящиеся снаружи треугольника (при условии, что переменное магнитное поле ограничено там) и не заключайте его, даст интеграл по путям от E, равный ноль, и KVL будет отлично работать с сетками, которые следуют за этими пути.
• Ваш контур, однако, не является таким путем, так как он идет вокруг переменного магнитного поля, и интеграл по путям не будет ноль, а будет даваться по закону Фарадея. Следовательно, КВЛ умирает (из ужасная и невосстановимая смерть) в вашей цепи.

Экспериментальная установка

Вы можете проверить приведенные выше утверждения с достаточно большим тороидальным трансформатором и тремя резисторами, припаянными кольцом вокруг сердечника. Я говорю «достаточно большой», потому что суть в том, что вы не сможете «сгруппировать» переменную область в изолированной части вашей схемы. Убедитесь, что резисторы не «видят» друг друга из-за того, что на пути находится сердечник (причина этого будет объяснена позже). Что-то вроде этого:

_{На этом рисунке часть ядра не показана, чтобы сделать видимыми линии поля. Я использую слово «трансформатор», потому что я провел эксперимент с тороидальным трансформатором.}

Для простоты, поскольку у меня уже есть много иллюстраций, иллюстрирующих супердемонстрацию Левина, и поскольку основная физика точно такая же, в дальнейшем я буду использовать круглое кольцо только с двумя резисторами. Это имеет два основных преимущества: во-первых, оно не отвлекает от реальной цели эксперимента, т. е. демонстрирует, что напряжение зависит не только от конечных точек, но и от пути, по которому вам нужно его оценить; и, во-вторых, симметрия упростит математику до такой степени, что мы сможем найти фактические задействованные поля с относительно небольшими усилиями.

Из комментариев я вижу, что вас интересуют «строки поля возврата» поля B. Что ж, тороидальная установка в основном ограничивает почти все линии внутри ядра, так что вам не придется сильно беспокоиться об их перехвате вашими зондами. Левин использует длинный соленоид, который является аппроксимацией бесконечно длинного соленоида, силовые линии которого замыкаются на бесконечности, например

. Если соленоид не такой длинный, то надо быть осторожнее с обраткой. Вот почему Левин помещает кольцо с резистором близко к соленоиду в области, где он ранее измерил поле, чтобы показать, что им можно пренебречь. Мехди, с другой стороны, не так осторожен и использует очень короткий соленоид с гайкой или болтом в качестве сердечника.

Это неразумный выбор, потому что он добавляет ненужные сложности, связанные с необходимостью скручивания линий датчика, чтобы избежать связывания потока , возвращающего . И может привести его зрителей к мысли, что такое искажение является ключом к тому, чтобы избежать предполагаемой «ошибки исследования» Левина.

О возбуждении
Поскольку мы говорим об экспериментальной установке, было бы полезно сказать несколько слов о том, что заставляет цепь работать: то есть, как быстро меняется магнитное поле. В случае электрически стимулируемого источника — либо с помощью первичной катушки, либо с помощью электромагнита — у нас есть несколько возможностей 9.0003

• Синусоидальное возбуждение
  используется в демонстрации 10 Массачусетского технологического института, Haus & Melcher, Purcell. Я использовал это, чтобы воспроизвести эксперимент самостоятельно. мы можем легко вычислить скорость изменения и оценить, должны ли мы беспокоиться о собственной индуктивности кольца
• Импульс с затуханием
  , использованный Левином и Мехди — нам может понадобиться вычислить, как быстро поле нарастает и спадает.
• Линейно возрастающее и насыщающее поле
  , использованное Левином в коротком видео «КВЛ для птиц» (предупреждение: в этом видео Левин вольно использует слово «разность потенциалов», которое, на мой взгляд, является единственным критиком, которого я могу коснуться). к его изложению. Я бы употребил слово «напряжение», указав путь)
• Часть треугольной волны
  , используемая Ромером — это в основном делает ток в кольце прямоугольной волной, следовательно, примерно постоянной почти для всех полупериодов

Во всех приведенных выше сценариях мы можем выбрать возбуждение настолько медленным, что собственная индуктивность и ее влияние будут пренебрежимо малы (в последних двух, в интервалах, где поле линейно нарастает, а напряжение постоянно, само понятие собственного индуктивность убита в кредле). Частота или время возбуждения и возникающих напряжений и токов таковы, что нам не нужно беспокоиться о распределенных эффектах или замедлении. Кольцо не является ни линией передачи, ни антенной.

Далее я попытаюсь нарисовать картину индуцированного поля, которая, надеюсь, объяснит, почему вы получаете стабильные результаты за пределами кольца (в схеме Левина и тороидальной установке, а не в том, что гайки и болты путаются).

В дальнейшем я буду предполагать, что магнитное поле в плоскости кольца пространственно однородно внутри круглой области с тем же центром, что и кольцо, и однородно (в идеале бесконечно, на практике на время эксперимента) увеличение. Это приведет к постоянным значениям тока и напряжения.

Наведенное электрическое поле

Можно показать, что наведенное электрическое поле создается пространственно-однородным переменным во времени магнитным полем соленоида круглого сечения (либо бесконечно длинным и линейным, либо замкнутым на себя, как в тороидальном трансформаторе), или даже электромагнита, приводимого в движение переменным током, направлена ​​по концентрическим линиям и растет как расстояние r от центра сечения внутри области магнитного поля, но уменьшается как 1/r вне ее. На следующем рисунке оранжевое кольцо радиуса R обозначает границу зоны однородного переменного магнитного поля. Поле В считается пространственно однородным и перпендикулярным плоскости кольца, а направление индуцируемого электрического поля зависит от направления В, но, что наиболее важно, от знака скорости его изменения.

_{Emax — максимальное значение, которое может достигать индуцированное поле, и оно достигается прямо на границе с магнитной областью. Если вы используете тороидальный трансформатор, питаемый синусоидальным током, и находитесь на расстоянии r>R, то вы увидите косинусоидальное переменное электрическое поле, пропорциональное Ep cos wt и всегда направленное по окружности. Стрелка электрического поля то увеличивается, то уменьшается, меняет направление и увеличивается в противоположном направлении}

Симметрия играет доминирующую роль в поиске решения, и вы можете найти доказательства в большинстве книг по физике и ЭМ, например, у Оганяна, «Физика» 2e с. 791 для длинного соленоида и об Оганяне, «Физика для инженеров и ученых» 3д с. 1006 для электромагнита. Для нас важно то, что (для круговой магнитной области радиуса R) в данный момент времени t:

• \$E_{ind}\$ пропорционально \$r\$ при \$r\leq R\ $
• \$E_{ind}\$ пропорционально \$1/r\$ для \$r \geq R\$

Обратите внимание, что в процессе вычисления ЭДС и поля относительно заданного пути мы рассматриваем только геометрические, математические, эфирные пути. Здесь еще нет материи: когда вы помещаете материю внутрь индуцированного поля, электроны будут реагировать и перераспределяться, нарушая исходное поле и изменяя его в то, что будет полным результирующим полем. К счастью, мы можем использовать суперпозицию, чтобы найти окончательный результат.

Закрытые пути и обратимость
Прежде чем вводить вещество, давайте посмотрим, что означает эта конфигурация индуцированного поля для особого вида путей (опять же, математических путей) внутри и вне области магнитного поля. Посмотрите на эти два круглых (усеченных) сектора: они состоят из двух радиальных частей и двух круглых частей. Теперь давайте вычислим ЭДС вдоль этих путей, вычислив линейный интеграл индуцированного поля (единственное поле, присутствующее здесь)

Индуцированное поле перпендикулярно радиальным траекториям, поэтому оно не будет вносить в них никакого вклада. А круглые детали? Ну, так как поле направлено по окружности, вклад будет полным: \$E_{ind}\$ и dl параллельны, поэтому их скалярное произведение будет произведением их величин. Каждый круговой сегмент будет вносить \$E_{ind}(r)\$, умноженный на длину пути. Длина пути для этих круговых сегментов будет расти как r (обратите внимание, что для одного и того же пути они оба образуют один и тот же угол).

Теперь вне области магнитного поля \$E_{ind}(r)\$ растет как \$1/r\$, а длина пути растет как \$r\$, поэтому интеграл по пути вдоль этих отрезков будет идентичны (в одном у вас сильное поле на коротком расстоянии, в другом слабое поле на большем расстоянии). Но их знак будет обратным, так как в одном случае поле \$E_{ind}\$ будет идти по пути, а в другом — против него. Конечным результатом является то, что интеграл по этим путям будет равен нулю. ЭДС в них не индуцируется. И этого следовало ожидать, поскольку они не связывают и область переменного магнитного поля. (другая история относится к траекториям усеченных секторов внутри магнитной области, но в этом посте они нас не интересуют)

Теперь эту особенность замкнутых секториальных трасс вне области магнитного поля можно обобщить на трассы любой формы, которые не охватывают зону dB/dt: просто разложите их на радиальные и тангенциальные сегменты, чтобы показать, что это так. Получается, что индуцированное электрическое поле в конце концов ведет себя как консервативное поле.

Но, подождите! Что произойдет, если мы не будем включать «компенсирующую дугу», идущую в противоположном направлении? Мы можем сделать это, обогнув область переменного магнитного поля, вот так

В этом случае путь ДЕЙСТВИТЕЛЬНО связывает и ЭДС, и это всегда одна и та же ЭДС, независимо от формы и размера пути. В любом случае это не то, что сделала бы консервативная область.

Итак, играя с векторами, мы пришли к выводу, что индуцированное электрическое поле ведет себя как консервативное поле в каждой части пространства, НЕ ВКЛЮЧАЮЩЕЙ область переменного магнитного поля. Область пространства, где индуцированное поле ведет себя как консервативное поле, имеет дыру.

Предварительный просмотр: Эта «дыра в пространстве консервативности» является причиной того, что кольцо Левина невозможно объединить: поместив резисторы на противоположных сторонах кольца, Левин создал цепь , путь которой нельзя сократить до точки , как вы потребуется в нульмерном приближении теории цепей с сосредоточенными параметрами. Таким образом, нет возможности включить влияние переменного магнитного поля в сосредоточенные компоненты, например, используя взаимные индуктивности вместо двух отрезков проводов, соединяющих резисторы (или четыре взаимных индуктивности, если вы хотите изолировать точки A и B на полпути). ), потому что вы не можете исключить область переменного поля из пути схемы.

_{Геометрия имеет значение. Схема Левина требует, чтобы два резистора находились на противоположных сторонах «дыры в консервативности», которая является областью переменного магнитного поля. Вы не можете растянуть путь цепи, заставив часть с резисторами сжаться в точку (представьте, что резисторы тоже являются точками), как того требует теория сосредоточенных цепей, без потери этого геометрического ограничения. Это делает кольцо Левина несочетаемым .
В смешанных схемах, с другой стороны, геометрия схемы не имеет значения (она может иметь значение внутри компонентов, но мы не должны вскрывать их, чтобы заглянуть внутрь)}

Конечно, можно поставить оба резистора на одну сторону и представить, что оставшийся проводник — это вторичная обмотка трансформатора, но это будет другая схема, неравномерная, со скачком напряжения, которого нет в кольце Левина.

Просто наденьте на него кольцо

Далее я поставлю кольцо с двумя его резисторами внутрь поля и посмотрю, что произойдет.

эта часть будет продолжена в ближайшее время. Мне нужно отформатировать уравнения. Нет, у меня больше нет места.

Сказка о двух полях

Если мы примем явно разумное предположение, что ток в кольце не изменяет магнитное поле B заметным образом (вы можете вычислить поле, связанное с 1 мА, по скорости изменения, подразумеваемой частоту или время, если хотите), мы можем заключить, что колумбово электрическое поле \$E_c\$, создаваемое зарядом, накопленным на конце резисторов, не изменит индуцированное поле \$E_{ind}\$, которое сохраняет свою независимость от того, что происходит на ринге и вокруг него. Таким образом, в кольцевом эксперименте Ромера-Левина полное поле представляет собой суперпозицию двух полей: независимого индуцированного поля (это означает, что оно вызвано только возбуждением и не зависит от всего, что происходит в кольце) и колумбового поля, создаваемого заряды, смещенные указанным индуцированным полем.

\$E_{tot} = E_{ind} + E_c\$

Последнее является консервативным безвихревым полем, допускающим потенциальную функцию. Для этой парциальной составляющей полного электрического поля мы можем определить разность потенциалов, которая не зависит от путей, а зависит только от конечных точек. Это «уникальная разность потенциалов», которая, по мнению некоторых сторонников «KVL всегда держится», невосприимчива к (несуществующим) ошибкам зондирования. Ну, это не так. Это только половина истории, и в этом нет ничего нового: у Гельмольца есть теорема его имени, которая говорит нам, что любое векторное поле (при разумном поведении) может быть разложено на его безвихревые и вращательные компоненты. их компонентов , и как таковое общее поле представляет собой… состав двух.

Это соленоидальные и консервативные компоненты полного электрического поля внутри и вокруг кольца Ромера-Левина

_{Примечание: в эксперименте два кольца. (Слева) Кольцо соленоида (или след электромагнита) ограничивает границу области переменного магнитного поля. Эта область полностью содержится внутри большего кольца Ромера-Левина с двумя резисторами (справа). Полное поле Etot является суммой электрического поля Eind, индуцированного dB/dt, и колумбового поля Ec, обусловленного смещенным зарядом в кольце с резисторами.}

Их легко определить благодаря предельной симметрии установки. Тот факт, что кольцо с резистором круглое и центрировано вокруг соленоида, устраняет необходимость в зарядах боковой поверхности для управления колумбовым полем внутри окружности кольца. Поле, показанное справа, было рассчитано с двумя парами противоположных зарядов в соотношении 9:1, чтобы представить заряд на выводах резисторов 900 Ом и 100 Ом. Обратите внимание, даже при таком грубом приближении стрелки поля \$E_c\$ следуют круговому профилю оранжевого кольца в направлении, противоположном полю \$E_{ind}\$.
В идеальном проводнике это тангенциальное поле \$E_c\$ полностью уничтожит противоположное тангенциальное поле \$E_{ind}\$, оставив внутри проводников нулевое электрическое поле. В меди, учитывая очень высокую проводимость, будет очень малое результирующее электрическое поле \$E_{tot}\$, совместимое с законом Ома: \$E_{tot} = j / \sigma_{copper}\$

В реальном мире, где такой симметрии нет, потому что соленоид и кольцо не центрированы и/или формы не идеально круглые, на проводнике и резисторе возникнет заряд боковой поверхности (подробнее об этом можно прочитать в моем ответе на «Постоянно ли электрическое поле в проводе»), но это не меняет полного поля внутри кольца, которое мы можем представить следующим образом:

Это, в конце концов, то, что имеет значение: окончательная конфигурация ОБЩЕГО электрического поля внутри кольца. И что мы видим здесь, так это то, что БЕЗ КАКИХ-ЛИБО ЗОНДОВ мы имеем (по крайней мере) два разных пути, соединяющих точки B и A, которые имеют разные конфигурации полного электрического поля \$E_{tot}\$. Если мы перейдем от B к A вдоль большего резистора RH, интеграл пути, который представляет напряжение, даст нам значение 0,9 В, более положительное в B; если мы пройдем от В к А (ТЕ ЖЕ ТЕ ЖЕ ДВЕ ТОЧКИ) по меньшему резистору RL интеграл по пути даст нам напряжение 0,1В, более положительное в А.

Напряжение на самых двух одинаковых точках может иметь (как минимум) два разных значения одновременно. И это не ошибка зондирования потому что НЕТ ПРОБ XXXXXXXX! (Извините, но мне очень-очень нужно было выговориться. Это было адресовано не вам, а всем тем инженерам, которые сардонически улыбались Левину).
Более того, «распределенной ЭДС» вдоль кольца нет: индуцированное поле «израсходовано» на создание того самого распределения заряда, которое почти полностью стирает его в проводнике. Единственный оставшийся след ЭДС — это падение напряжения на резисторах. «Магнитная ЭДС», вытекающая из закона Фарадея, в кольце, так сказать, невидима.

Закон Фарадея — это новый закон физики, по праву занявший свое место среди уравнений Максвелла, поскольку он устанавливает фундаментальное свойство электромагнитного поля, когда поля изменяются во времени. Он представляет собой полный прорыв, изменивший то, как мы видим электромагнитные поля в квазистатических условиях (и, наряду с добавлением члена смещения в закон Ампера-Максвелла, также и в электродинамике в целом). Есть причина, по которой rot E = -dB/dt не называется ‘ обобщил закон Кирхгофа ‘. Это нечто совершенно новое, и попытка объединить его с «просто новым видом ЭДС для вычисления при использовании КВЛ» является оскорблением памяти Фарадея.

Одна петля, две петли, три петли…

И, наконец, давайте посмотрим, как с помощью КВЛ и Фарадея можно вычислить напряжения, считываемые вольтметрами в разных положениях, даже если они прикреплены в одних и тех же двух точках кольцо. На этот раз мы включим зонды и увидим, что они вообще не вызывают никаких проблем. Различные значения напряжения — это то, что мы ожидаем измерить, потому что так устроен мир.

Но сначала давайте рассмотрим саму петлю, чтобы увидеть, куда приведет нас «поверхностное» применение закона Фарадея.

Как только мы определили знак тока, который будет течь в кольце (подсказка: он будет после \$E_{ind}\$), можно сразу применить закон Фарадея: обходим кольцо по часовой стрелке или против часовой стрелки и вычислить интеграл по пути полного электрического поля. Точно так же мы можем аннотировать все падения напряжения, с которыми мы сталкиваемся на этом пути. С показанным соглашением у нас есть

$$+RH * I + RL * I + …$$

вот и все. больше ничего в петле нет. Мы можем быть уверены в этом, потому что видели общую конфигурацию электрического поля внутри резисторов и проводников. \$E_{tot}\$ (в идеале) равен нулю внутри медных проводников, соединяющих резисторы, поэтому интеграл по путям \$E_{tot}\$ вдоль медных дуг должен быть равен нулю (на самом деле существует крошечная омические потери, вероятно, менее милливольта). У нас осталась правая часть уравнения, которое мы хотим написать. Кирхгоф сказал бы, что она равна нулю, но Фарадей говорит, что она равна минус производная по времени от магнитной индукции B. Или, короче, ЭДС. В эксперименте мы знаем, что поле изменяется таким образом, что возникает ток против часовой стрелки (который следует направлению индуцированного электрического поля \$E_{ind}\$), поэтому наше применение закона Фарадея гласит:

$$ +RH * I + RL * I = ЭДС $$

из которой мы можем вычислить ток I и падение напряжения на резисторах. Ток будет 1 мА, и мы получим 0,9 В на RH и 0,1 В через RL (что с положительным стихом, установленным показанной стрелкой, будет означать V2 = -0,1 В) Вас беспокоит тот факт, что вы находите разные значения на резисторах, и, поскольку медь почти ничего не роняет, два разных значения напряжения на двух самых точках А и В? Надеюсь нет. Во-первых, мы знаем, что когда присутствуют переменные магнитные поля, электрическое поле перестает быть консервативным, поэтому мы должны ожидать ненулевых интегралов по путям вдоль замкнутых контуров, а с этим линейных интегралов, зависящих от пути. Во-вторых, мы видели общую конфигурацию электрического поля в кольце, и мы должны были ожидать разные значения интегралов пути, которые идут от A к B вдоль двух разных резисторов. Мы уже знаем, что это никак не связано с наличием (или, в данном случае, отсутствием) зондов.

Теперь давайте добавим эти пробники, чтобы посмотреть, как можно применить Фарадея для объяснения различных значений, считываемых вольтметрами с двух сторон кольца. Я нарисую кольцо немного иначе, чтобы подчеркнуть пару моментов:

Обратите внимание, что я намеренно использовал деформированное кольцо и свободно расположенные щупы. Это связано с тем, что, пока область переменного магнитного поля полностью заключена внутри кольца и зонды не прорезают его [примечание], не имеет значения, насколько большим и формой является кольцо. Когда мы анализировали конфигурацию индуцированного электрического поля \$E_{ind}\$, мы видели, что ЭДС, связанная любым путем, полностью охватывающим область dB/dt, всегда одинакова. (В реальном мире, где необходимо учитывать конечную проводимость меди, достаточно большое кольцо будет вносить потери, которые сделают индуцированный ток слишком малым для измерения, но это нас не касается). Единственная разница, которую внесет шаткое кольцо, — это некоторый боковой поверхностный заряд на проводниках, чтобы управлять колумбовым электрическим полем внутри пути. Но полное электрическое поле внутри проводника всегда будет Е = Дж/сигма и направлено по траектории (нулю, в идеальном проводнике) 9. 0077 Еще одно: по той же причине, что и выше, длина и форма пути зондов не имеют значения. Было бы важно, если бы вы были достаточно неосторожны и позволили значительной части магнитного поля уйти или закрыться в области, где вы размещаете зонды; но это не так в тщательно спланированном эксперименте Левина (хотя я не могу сказать того же об экспериментах, проведенных другими испытуемыми)

Наконец, обратите внимание, что я использовал другие положительные соглашения для стиха контурных токов. Я сделал это специально, чтобы токи в вольтметрах были положительными, когда показания будут положительными. Схема даст одно и то же решение, как бы я ни решил назвать I2 положительным.

Итак, теперь мы можем применить закон Фарадея к трем петлям. В боковых контурах, содержащих вольтметры, поскольку они не связывают внутри себя какое-либо переменное магнитное поле, закон Фарадея сводится к КВЛ. Однако в среднем цикле KVL умирает, потому что сам цикл содержит область dB/dt. Как и прежде, интеграл по пути полного электрического поля вдоль контура даст вам падение напряжения на двух резисторах и ничего больше. Правая часть уравнения спасает ситуацию, учитывая ЭДС индукции в контуре. Вот уравнения, преобразованные в систему из трех линейно независимых уравнений с тремя неизвестными I1, I2 и Iring.

Решив их и немного помассировав результат, получаем (если я не ошибся!): ЭДС = 1 В) мы получаем

I1 = 89,993 нА
Iring = 1,00008 мА
I2 = -10,007 нА

(обратите внимание, что ток Iring немного превышает 1 мА. Причина в том, что ЭДС немного превышает меньшее сопротивление, чем раньше, потому что RL и RH параллельны внутренним сопротивлениям вольтметра.Также я использую 10 мОм для внутреннего сопротивления вольтметров, когда Левин использовал 100 мОм). Положительное значение I1 и отрицательное значение I2 говорят нам о том, что вольтметр слева покажет положительное напряжение, а вольтметр справа покажет отрицательное значение. Значения напряжений, считываемых каждым вольтметром, соответствуют падениям напряжения на резисторах с их стороны (имеется в виду резистор, входящий в состав контура, для которого можно применить КВЛ), как мы видим:

V1 = Rmeter * I1 = 899,993 мВ
VRH = RH * (Iring — I1) = 899,993 мВ
VRL = RL * (Iring + I2) = 100,007 мВ
V2 = Rmeter * I2 = -100,007 мВ

и

7 в основном соответствуют значениям, вычисленным только с помощью кольца, с одним проходом закона Фарадея.

Единственная ошибка, вносимая пробниками, — это незначительное влияние нагрузки в 7 нВ.

Если вы сдвинете наконечники щупов по кольцу, чтобы они коснулись диаметрально противоположных точек A и B, вы увидите, что эти уравнения говорят вам о том, что вы будете считывать разные напряжения с помощью вольтметров на противоположных сторонах кольца и не следует искать (несуществующие) перепады напряжения в дугах кольца или щупах. То, что сразу становится ясно, когда вы смотрите на полное электрическое поле в кольце.

В качестве бонуса вот две аппроксимации точного решения

, из которых легко увидеть, что токи через вольтметры находятся в том же отношении (не считая ошибок аппроксимации), что и резисторы, следовательно, они находятся в то же соотношение, что и напряжение на резисторах — как и ожидалось.

RH/RL = 900 / 100 = 9
I1/I2 ≈ — 1/(1+0,1)/(1/(1+9) = — 9/1,1 = — 9,091

[ примечание ] Вы можете по-прежнему получают те же измерения, даже если зонды находятся внутри кольца, пока они остаются в стороне от области переменного магнитного поля и не бегают вокруг него.