Kompas zajímavé měřidlo

5. dubna 2012 v 13:48 |  Pokusy ve Fyzice

Magnetická střelka kompasu nebo buzoly ukazuje na sever, protože na ni působí zemské magnetické pole. Stačí však malá úprava a z kompasu se stane jednoduchý ampérmetr nebo voltmetr.
Základní potřeby :
  • kompas
  • smaltovaný drát, zdířky, spínač
  • překližka
Princip přístroje s trochou vzorečků:
Pokud v blízkosti střelky kompasu není žádný železný předmět ani magnet (permanentní nebo elektromagnet), ukazuje střelka směr k severnímu zemskému magnetickému pólu. Jestliže kompas vložíme do cívky a zapojíme do ní proud, působí na střelku dvě magnetické síly.
Zemské pole na ni působí stálou silou FZ, magnetické pole cívky proměnnou silou FC. Velikost síly FC je přímo úměrná velikosti procházejícího proudu. Jestliže zajistíme, aby obě síly byly navzájem kolmé, pak pro odchylku a magnetické střelky od původního severojižního směru platí tg a = FC / FZ . Protože platíFC = k.I (jedná se o přímou úměrnost), můžeme psát tga = k.I / FZ . Podíl k / FZ je konstantní a tg a je tedy přímo úměrný velikosti měřeného proudu I.
Stačí proto změřit odchylku střelky a od severojižního směru a tím zjistíme velikost proudu procházejícího cívkou. Z vlastnosti funkce tangens však vyplývá, že stupnice nebude lineární, největší přesnosti odečítání dosáhneme při malých výchylkách střelky. Přístrojem můžeme měřit jen stejnosměrný proud, případně napětí.

Stavba měřidla:
Nejprve z kartonu slepíme kostřičku měřící cívky, její rozměry zvolíme tak, aby se dala těsně nasunout na kompas, který máme k dispozici. Na kostřičku navineme 100 závitů smaltovaného měděného drátu o průměru asi 0,25 mm.
Podstavec přístroje slepíme z překližky, na čelní stěnu přišroubujeme zdířky a přepínač. Shora přilepíme víčko z tenkého plexiskla a nalepíme kladívkový papír pro nakreslení stupnice. Na podstavec přilepíme podložku a na ni epoxidovým lepidlem kompas s nasazenou cívkou tak, aby severojižní směr na větrné růžici byl rovnoběžný s čelem cívky.
Důležité je, aby konstrukce přístroje neobsahovala žádné železné součástky, které by zkreslovaly výsledky měření.
Vývody cívky připájíme ke zdířkám a přístroj ocejchujeme jako ampérmetr. Použijeme-li popsanou cívku, bude základní rozsah asi 10 až 15 mA. Přístroj na stole natočíme tak, aby střelka ukazovala severojižním směrem, tj. byla rovnoběžná s čelem krabičky. Zapojíme do série plochou baterii, reostat s odporem asi 10000 ohmů, tovární miliampérmetr a náš kompas - měřidlo. Reostatem nastavujeme velikost proudu po 0,5 mA a na stupnici pro každou hodnotu zaznamenáme výchylku střelky, pro větší hodnoty proudu už měníme velikost proudu po 1 mA, aby byla stupnice přehledná. Abychom mohli měřit i větší proudy, můžeme základní rozsah zvětšit paralelním připojením bočníku RB se spínačem S. Chceme-li např. zvětšit rozsah 5krát, musí mít bočník takový odpor, aby jím protékaly 4/5 měřeného proudu. Bočník zhotovíme navinutím potřebného počtu závitů smaltovaného drátu (nutno vyzkoušet!) na dřevěnou tyčinku. Při cejchování sepneme spínač bočníku, na továrním miliampérmetru nastavíme proud 10 mA a změnou odporu bočníku se snažíme, aby střelka ukazovala na základní stupnici hodnotu 2 mA. Naměřená hodnota na větším rozsahu tedy bude pětinásobkem údaje odečteného na stupnici.
Přístrojem můžeme přibližně měřit i napětí na rozsahu kolem
12 V, jestliže připojíme předřadný odpor RP o hodnotě 560 ohmů. Cejchujeme opět továrním měřidlem nastavováním napětí po 0,5 V a zaznamenáváním výchylek střelky. Přívodní vodiče při měření napětí připojujeme tak, abychom mohli výchylku střelky odečítat na druhé části stupnice.
Po ocejchování stupnici překreslíme tenkým fixem a přestříkneme průhledným lakem. Všechny hodnoty součástek jsou jen informativní a je třeba určit je zkusmo podle vlastností cívky. Cejchování přístroje a nastavení jeho rozsahů už vyžaduje určité znalosti elektrotechniky a proto by začátečníci měli požádat o spolupráci zkušenějšího kamaráda nebo učitele fyziky.
Jak budeme měřit:
Měření s tímto přístrojem je poněkud odlišné od běžného postupu. Pracujeme totiž s pomocí zemského magnetického pole a proto musíme především z blízkosti měřidla odstranit všechny magnety a železné předměty. Pak natočíme krabičku tak, aby střelka směřovala k nulovému bodu stupnice. Přívodní vodiče při měření proudu zapojíme do společné zdířky Z a zdířky A. Budeme-li měřit na základním rozsahu, necháme spínač rozpojený, při měření větších proudů spínač sepneme a údaj násobíme pěti. Při měření napětí připojíme přívodní vodiče do společné zdířky Z a zdířky V. Pokud se střelka vychyluje nesprávným koncem, stačí mezi sebou přehodit přívodní vodiče.
 

Buď první, kdo ohodnotí tento článek.

Nový komentář

Přihlásit se
  Ještě nemáte vlastní web? Můžete si jej zdarma založit na Blog.cz.
 

Aktuální články

Reklama