Tepelné měřidlo

31. července 2012 v 19:46 |  Pokusy ve Fyzice
TEPELNÉ MĚŘIDLO
Průchodem elektrického proudu se vodiče zahřívají. Tato přeměna elektrické energie na teplo se běžně používá v technice i v domácnostech, např. v hutních pecích, v topných tělesech, žehličkách, páječkách i v nejběžnějších světelných zdrojích - žárovkách. Sestrojíme si jednoduchý ampérmetr, ve kterém se také využívá tepelných účinků procházejícího stejnosměrného nebo střídavého proudu.
Základní potřeby:
  • silnější překližka nebo prkénka
  • dvě přístrojové zdířky
  • odporový drát
  • pružinka
  • kladka s ukazatelem
Konstrukce přístroje:
Před stavbou přístroje si opatříme tenký odporový drát - můžeme jej koupit
v radioamatérské prodejně, případně rozebráním drátového rezistoru pro větší zatížení.
K základní desce o rozměrech 20 x 10 cm upevníme asi 20 cm vysokou zadní stěnu s nalepeným papírem pro stupnici. Do předvrtaných otvorů přišroubujeme dvě přístrojové zdířky a osu s nasazenou kladkou ukazatele. Mezi zdířky napneme odporový drát a do jeho středu přivážeme tenkou šnůrku s háčkem. Šnůrku obtočíme jednou kolem kladky, na háček nasadíme jemnou spirálku a druhý konec spirálky zachytíme hřebíčkem k základní desce. Kladku natočíme tak, aby ukazatel směřoval na nulový dílek budoucí stupnice.
Přístroj je nyní připraven k demonstraci: připojíme-li zdroj malého napětí (plochou baterii, nebo raději akumulátor) přes malý odpor nebo žárovku, začne se průchodem proudu odporový drát zahřívat a prodlužovat. Toto prodloužení se šnůrkou přenese na kladku a ukazatel se vychýlí doprava.
Zhotovený přístroj můžeme použít jako jednoduchý ampérmetr, pokud se ovšem smíříme s nevelkou přesností měření.
Budoucí měřidlo musíme nejprve ocejchovat porovnáním výchylky jeho ukazatele s výchylkou ručky nějakého továrně vyrobeného ampérmetru. Kromě ampérmetru budeme potřebovat ještě reostat (proměnný odpor) s odporem asi 30 ohmů a zdroj proudu, nejlépe akumulátor. Všechny součástky zapojíme do obvodu podle obrázku, reostat nastavíme na největší odpor. Po připojení zdroje nastavíme reostatem velikost procházejícího proudu na hodnotu 0,5 A, počkáme na ustálení teploty odporového drátu a na stupnici tepelného měřidla nakreslíme rysku. Pak postupně zvětšováním odporu nastavujeme proud 0,4 A, 0,3 A atd. a po ustálení teploty vyznačíme odpovídající výchylky na stupnici. .
Všechny potřebné pomůcky pro cejchování nám jistě zapůjčí správce školního fyzikálního kabinetu.

Trochu teorie:
Teplota drátu (a tedy jeho prodloužení) roste zhruba s druhou mocninou proudu. Dvakrát větší proud způsobí čtyřikrát větší prodloužení drátu. Stupnice tepelného měřícího přístroje proto není lineární, její dílky se směrem k vyšším hodnotám proudu zvětšují. Údaje našeho měřícího přístroje závisí nejen na velikosti měřeného proudu. Mohou být značně ovlivněny i případným ochlazováním odporového drátu prouděním okolního vzduchu. Abychom tento vliv vyloučili, můžeme celý přístroj zabudovat do vhodné krabice s průhledným okénkem před stupnicí. Drát se zahřívá, a tedy prodlužuje, při průchodu stejnosměrného i střídavého proudu. Tepelným měřícím přístrojem můžeme měřit bez jakýchkoliv úprav velikost obou druhů proudu.
Podobně jako u jiných měřících přístrojů bychom mohli měnit rozsah ampérmetru paralelním zařazením vhodných rezistorů, bočníků. Naše tepelné měřidlo je však spíše jen zajímavou ukázkou využití dvou známých fyzikálních zákonitostí
  • průchodem proudu se kovový vodič zahřívá
  • zahříváním se kovový drát prodlužuje
Popsaným tepelným měřícím přístrojem nemůžeme měřit napětí, protože voltmetr musí mít velký vnitřní odpor a tuto podmínku uvedené měřidlo vůbec nesplňuje. Ostatně pro přesnější elektrická měření raději použijeme elektromagnetický měřící přístroj zhotovený podle dalšího návodu v naší encyklopedii, případně některý z široké nabídky digitálních měřidel.
 

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