גשר ויטסטון: מה זה, תכונות ותרגילים

לְגַשֵׁרבאבן חיטה הוא סוג של מעגל חשמלי שניתן להשתמש בהם כדי למדוד, בדיוק רב, את התנגדות חשמלית על אחד נַגָד לא ידוע. מעגלים אלה מורכבים מארבעה נגדים ומגלוונומטר. אנו אומרים שגשר וויטסטון נמצא ב איזון כשאין זרם חשמלי שזורם דרך ה - גַלוָנוֹמֶטֶר.

או גַלוָנוֹמֶטֶר זהו אחד המכשירים הראשונים המשמשים למדידת זרם חשמלי. זהו מכשיר מדידה בעל מחט קטנה המשמשת לציון מעבר זרם חשמלי דרך סליל מסתובב, בגלל האינטראקציה בין הזרם החשמלי לזרם החשמלי. שדה מגנטי מיוצר על ידי מגנט קטן.

קרא גם:סקרנות פיזיקה

האיור שלהלן מציג את התרשים של גלוונומטר. שעון:

בעזרת הגלוונומטר ניתן למדוד זרמים חשמליים קטנים.

למרות שמו, גשר וויטסטון הומצא על ידי סמואלצַיָדכריסטי, עם זאת, סבל נהדר שינויים ו שיפורים על ידי ידיו של אֲדוֹנִיצ'ארלסאבן חיטה, אחראי לפופולריות של סוג זה של מעגלים. צ'רלס וויטסטון ידוע גם בזכות המצאתו המפורסמת רֵיאוֹסטָט - נגד התנגדות משתנה.

אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום;)

מתוך ארבעת הנגדים המרכיבים את גשר וויטסטון ידועים שניים, ניתן לשנות אחד (התנגדות משתנה) ואחד אינו ידוע. כאשר מחברים התנגדות לא ידועה לגשר וויטסטון, כוונו את ערך ההתנגדות המשתנה עד שהגלוונומטר מדווח כי אין זרם חשמלי העובר דרכו.

האיור שלהלן מראה כיצד נראה מעגל הגשר וויטסטון, שימו לב:

אני_ז - זרם בגלוונומטר

ר_איקס - התנגדות לא ידועה

ר₁, ר₂, ר₃ - התנגדויות ידועות

באמצעות המעגל הנ"ל ניתן לקבוע בדיוק רב את ערך ההתנגדות R_איקס. לכן, יש צורך שגשר וויטסטון יהיה בשיווי משקל, כלומר ההבחנה בין פוטנציאל חשמלי בין הסניפים CBA ו ADB חייב להיות ריק, כך שלא יזרם זרם דרך גלוונומטר הענף CD.

על פי החוק השני של קירכהוף, הנוגע ל שימורנותןאֵנֶרְגִיָהאנו יודעים שסכום הפוטנציאלים החשמליים בלולאה סגורה חייב להיות אפס. לכן, סכום פוטנציאל הרשת שנוצר על ידי הצמתים ADC וגם מהרשת DBC חייב להיות שווה ל- 0.

כדי לחשב את הפוטנציאלים החשמליים בכל אחד מהענפים הללו, נשתמש בחוק אוהם, ואז נשתמש ב- כללים ומוסכמות שנקבעו בחוקי קירכהוף והמעגל המוצג באיור הקודם, נקבל את הדברים הבאים תוֹצָאָה:

כתוצאה מחיסכון באנרגיה, אנו יכולים לקבוע את ההתנגדות הלא ידועה על ידי התוצר הצלב של הנגדים.

לאחר החלת חוקי קירכוף על הרשתות שהוזכרו לעיל, אנו מסיקים כי ניתן לקבוע את המודולוס של הכוח הלא ידוע באמצעות התוצר הצלב בין העוצמות. דרך נוספת למצוא את אותה תוצאה תהיה להודות שהפוטנציאל יורד בין נקודות A ו- C ונקודות A ו- D שוות כך שלא יזרם זרם חשמלי דרך הגלוונומטר.

דרך ירידות המתח ניתן גם למצוא את הקשר בין המוצרים הצולבים

שיעור וידאו: גשר וויטסטון

יישומים

בנוסף לשימוש הנפוץ בו - מדידת התנגדות חשמלית לא ידועות, ניתן להשתמש בגשר וויטסטון גם בכמה סוגים חיישני דיוק כמו סולמות, תרמוסטטים, חיישני לחץ, חיישני תאוצה, גלאי רעש ותנועה וכו '.

קרא גם: סקרנות לגבי חשמל

תרגילים נפתרו

1) גשר וויטסטון, כמו זה שמוצג באיור למטה, נמצא באיזון כאשר שלושת שלו נגדים, בעלי התנגדות 10 Ω, 20 Ω ו- 30 Ω, מחוברים לנגד התנגדות רביעי לא ידוע.

החלופה המציגה את ההתנגדות החשמלית של הנגד הרביעי היא:

א) 10 Ω

ב) 20 Ω

ג) 60

ד) 40 Ω

ה) 30 Ω

פתרון הבעיה:

תבנית: אות ג '

מכיוון שגשר וויטסטון נמצא בשיווי משקל, אנו יכולים לומר שהתוצר הצלב של ההתנגדות שלו שווה ערך. לכן, אנו נעשה את החישוב הבא:

2) קבע את ערך ההתנגדות R בגשר וויטסטון המוצג להלן. נניח שהמעגל נמצא בשיווי משקל.

פתרון הבעיה:

מכיוון שהמעגל נמצא בשיווי משקל, אנו יכולים להשתמש בתוצר הצלב של ההתנגדויות. לפיכך, עלינו לפתור את החישוב הבא:

על ידי רפאל הלרברוק

האם תרצה להתייחס לטקסט זה בבית ספר או בעבודה אקדמית? תראה:

הלרברוק, רפאל. "גשר ויטסטון"; בית ספר ברזיל. אפשר להשיג ב: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/ponte-wheatstone.htm. גישה אליו ב -28 ביוני 2021.