El. motory a přístroje: Stejnosměrný elektromotor     Magnetické vlastnosti materiálů     Elektromagnet     Elektrický zvonek     Elmag. relé      Magnetoelektrické měřící přístroje (ampérmetr, voltmetr, zvětšování jejich rozsahu)

Měřící přístroje s otočnou cívkou

Přístroje s otočnou cívkou neboli magnetoelektrické přístroje (např. některé ampérmetry a voltmetry - obr. 1) jsou poměrně jednoduché. 

obr. 1: Ampérmetr a voltmetr s otočnou cívkou. Cívka (a magnet) je vidět uprostřed pod stupnicí.

Princip činnosti

Cívka se nachází v homogenním magnetickém poli vytvořeném podkovovitým magnetem. Začne-li cívkou procházet proud, začne na ni působit síla (jedná se o vodič s proudem v magnetickém poli ¤) a cívka se pootočí (síla otáčející cívkou je přímo úměrná proudu jí procházející). Tím se natáhne pružinka, kterou je cívka upevněna k nějakému pevnému bodu v přístroji. Cívka se zastaví v poloze, kdy je magnetická síla rovna síle pružnosti pružinky. Ručička, která je připevněna k cívce, ukazuje na stupnici hodnotu proudu (resp. napětí). 

Pokud je před cívkou zařazen rezistor o velkém odporu, dá se přístroj používat jako voltmetr (napětí se přepočítá z proudu pomocí Ohmova zákona). S malým odporem je pak přístroj použitelný jako ampérmetr. Změna rozsahu se realizuje pomocí změny předřadného odporu ¤ (ten je v sérii s cívkou) nebo bočníku ¤ (paralelně s cívkou).

Další informace zde ¤.

Změna rozsahu ampérmetru

Maximální proud, který může ampérmetrem protékat, je I. Ampérmetr má vnitřní odpor R_A. Chceme-li měřit proud I₁ = nI, zapojíme paralelně s ampérmetrem rezistor (bočník) o takovém odporu R, aby proud procházející ampérmetrem byl stále maximálně I (obr. 2). Tak zvětšíme rozsah ampérmetru n-krát.

obr. 2: Zvětšení rozsahu ampérmetru

Jak vypočítat odpor bočníku? Podle 1. Kirchhoffova zákona ¤ platí, že I₁ = I+I₂, tedy nI = I+I₂, z toho I₂ = (n-1)I.  Napětí na ampérmetru i na bočníku je stejné. Použijeme tedy Ohmův zákon ¤ a máme 

Na to, abychom zvětšili rozsah ampérmetru n-krát, k němu musíme paralelně připojit bočník o odporu (n - 1) krát menším, než je vnitřní odpor ampérmetru.

Zvětšení rozsahu voltmetru

Maximální napětí, které může voltmetr měřit, je U. Voltmetr má vnitřní odpor R_V. Chceme-li měřit napětí U₁ = nU, zapojíme sériově s voltmetrem rezistor (předřadný rezistor) o takovém odporu R, aby napětí na voltmetru bylo stále maximálně U (obr. 3). Tak zvětšíme rozsah voltmetru n-krát.

obr. 3: Zvětšení rozsahu voltmetru

Jak vypočítat odpor předřadného rezistoru? Je U₁ = U+U_R, tedy nU = U+U_R, z toho U_R = (n-1)U.  Proud voltmetrem a předřadným rezistorem je stejný. Dosadíme do předchozího vztahu z  Ohmova zákona ¤ a máme 

Na to, abychom zvětšili rozsah voltmetru n-krát, k němu musíme sériově připojit předřadný rezistor o odporu (n - 1) krát větším, než je vnitřní odpor voltmetru.

Několik řešených úloh na měření ampérmetrem a voltmetrem naleznete ve Sbírce příkladů ¤.
Několik úloh na procvičení je zde ¤.

Další: Elektromagnetická indukce ¤

Verze pro tisk