γέφυρασεWheatstone είναι ένα είδος ηλεκτρικό κύκλωμα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση, με μεγάλη ακρίβεια, του ηλεκτρική αντίσταση σε ένα αντίσταση άγνωστος. Αυτά τα κυκλώματα αποτελούνται από τέσσερις αντιστάσεις και ένα γαλβανόμετρο. Λέμε ότι η γέφυρα Wheatstone είναι ισορροπία όταν δεν υπάρχει ηλεκτρικό ρεύμα που ρέει μέσω του γαλβανόμετρο.
Ο γαλβανόμετρο Είναι μια από τις πρώτες συσκευές που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση του ηλεκτρικού ρεύματος. Είναι μια συσκευή μέτρησης που έχει μια μικρή βελόνα, που χρησιμοποιείται για να δείξει τη διέλευση του ηλεκτρικού ρεύματος μέσω ενός περιστρεφόμενου πηνίου, λόγω της αλληλεπίδρασης μεταξύ του ηλεκτρικού ρεύματος και του μαγνητικό πεδίο παράγεται από ένα μικρό μαγνήτη.
Διαβάστε επίσης:Περιέργεια Φυσικής
Το παρακάτω σχήμα δείχνει το σχηματικό ενός γαλβανόμετρου. Παρακολουθώ:
Το γαλβανόμετρο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση μικρών ηλεκτρικών ρευμάτων.
Παρά το όνομά του, η Γέφυρα Wheatstone εφευρέθηκε από ΣαμουήλΚυνηγόςΚρίστι, ωστόσο, υπέφερε υπέροχα
τροποποιήσεις και βελτιώσεις από τα χέρια του ΚύριεΚάρολοςWheatstone, υπεύθυνη για τη διάδοση αυτού του τύπου κυκλώματος. Ο Charles Wheatstone είναι επίσης γνωστός για τη διάσημη εφεύρεσή του, το ρυθμιστής ηλεκτρικού ρεύματος - αντίσταση μεταβλητής αντίστασης.Από τις τέσσερις αντιστάσεις που αποτελούν τη γέφυρα Wheatstone, είναι γνωστές δύο, η μία μπορεί να αλλάξει (μεταβλητή αντίσταση) και η άλλη είναι άγνωστη. Όταν συνδέετε μια άγνωστη αντίσταση σε μια γέφυρα Wheatstone, ρυθμίστε την τιμή της μεταβλητής αντίστασης έως ότου το γαλβανόμετρο αναφέρει ότι δεν υπάρχει ηλεκτρικό ρεύμα που διέρχεται από αυτήν.
Το παρακάτω σχήμα δείχνει πώς μοιάζει το κύκλωμα γέφυρας Wheatstone, σημειώστε:
Εγώσολ - ρεύμα στο γαλβανόμετρο
ΡΧ - άγνωστη αντίσταση
Ρ1, Ρ2, Ρ3 - γνωστές αντιστάσεις
Χρησιμοποιώντας το παραπάνω κύκλωμα, μπορείτε να προσδιορίσετε με μεγάλη ακρίβεια την τιμή της αντίστασης RΧ. Επομένως, είναι απαραίτητο η γέφυρα Wheatstone να είναι σε ισορροπία, δηλαδή, η διαφοροποίηση του ηλεκτρικό δυναμικό ανάμεσα στα κλαδιά CBA και ADB πρέπει να είναι μηδενικό, έτσι ώστε να μην ρέει ρεύμα μέσω του γαλβανόμετρου διακλάδωσης CD.
Σύμφωνα με τον δεύτερο νόμο του Kirchhoff, ο οποίος αφορά διατήρησηδίνειενέργεια, γνωρίζουμε ότι το άθροισμα των ηλεκτρικών δυνατοτήτων σε κλειστό βρόχο πρέπει να είναι μηδέν. Επομένως, το άθροισμα των δυνατοτήτων πλέγματος που σχηματίζονται από τους κόμβους ADC και επίσης από το πλέγμα DBC πρέπει να είναι ίσο με 0.
Για να υπολογίσουμε τα ηλεκτρικά δυναμικά σε κάθε έναν από αυτούς τους κλάδους, θα χρησιμοποιήσουμε το νόμο του Ohm, οπότε θα χρησιμοποιήσουμε το κανόνες και συμβάσεις που καθορίζονται από τους νόμους του Kirchhoff και το κύκλωμα που φαίνεται στο προηγούμενο σχήμα, θα έχουμε τα ακόλουθα αποτέλεσμα:
Ως συνέπεια της εξοικονόμησης ενέργειας, μπορούμε να προσδιορίσουμε την άγνωστη αντίσταση από το εγκάρσιο προϊόν των αντιστάσεων.
Αφού εφαρμόσουμε τους νόμους του Kirchoff στα πλέγματα που αναφέρθηκαν παραπάνω, καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι είναι δυνατόν να προσδιοριστεί ο συντελεστής της άγνωστης αντοχής μέσω του εγκάρσιου προϊόντος μεταξύ των δυνάμεων. Ένας άλλος τρόπος για να βρείτε το ίδιο αποτέλεσμα θα ήταν να παραδεχτείτε ότι η πιθανή πτώση μεταξύ των σημείων Α και C και τα σημεία A και D είναι τα ίδια, έτσι ώστε να μην ρέει ηλεκτρικό ρεύμα μέσω του γαλβανόμετρου.
Μέσω της πτώσης τάσης, είναι επίσης δυνατό να βρεθεί η σχέση μεταξύ των διασταυρούμενων προϊόντων
Μάθημα βίντεο: Γέφυρα Wheatstone
εφαρμογές
Εκτός από την κοινή χρήση του - μέτρηση άγνωστων ηλεκτρικών αντιστάσεων, η γέφυρα Wheatstone μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί σε διάφορους τύπους αισθητήρες ακριβείας όπως ζυγαριές, θερμοστάτες, αισθητήρες πίεσης, αισθητήρες επιτάχυνσης, ανιχνευτές θορύβου και κίνησης κ.λπ.
Διαβάστε επίσης: Περιέργεια σχετικά με την ηλεκτρική ενέργεια
λύσεις ασκήσεις
1) Μια γέφυρα Wheatstone, όπως αυτή που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, είναι ισορροπημένη όταν είναι τα τρία αντιστάσεις, αντίστασης 10 Ω, 20 Ω και 30 Ω, συνδέονται με μια τέταρτη αντίσταση αντίστασης άγνωστος.
Η εναλλακτική λύση που παρουσιάζει την ηλεκτρική αντίσταση της τέταρτης αντίστασης είναι:
α) 10 Ω
β) 20 Ω
γ) 60
δ) 40 Ω
ε) 30 Ω
Ανάλυση:
Πρότυπο: Γράμμα Γ
Καθώς η γέφυρα Wheatstone βρίσκεται σε ισορροπία, μπορούμε να πούμε ότι το εγκάρσιο προϊόν των αντιστάσεών του είναι ισοδύναμο. Έτσι, θα κάνουμε τον ακόλουθο υπολογισμό:
2) Προσδιορίστε την τιμή της αντίστασης R στη γέφυρα Wheatstone που φαίνεται παρακάτω. Ας υποθέσουμε ότι το κύκλωμα βρίσκεται σε ισορροπία.
Ανάλυση:
Καθώς το κύκλωμα βρίσκεται σε ισορροπία, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το εγκάρσιο προϊόν των αντιστάσεων. Επομένως, πρέπει να λύσουμε τον ακόλουθο υπολογισμό:
Από εμένα, Rafael Helerbrock
Πηγή: Σχολείο της Βραζιλίας - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/ponte-wheatstone.htm