مراجعة مميزة على أجهزة القياس ( فيزياء الثانوية العامة 2015 )

أجهزة القياس
هي أجهزة لقياس الكميات الكهربية مثل :- شدة التيار,فرق الجهد ,المقاومة الكهربية.
الوظيفة :-
(أ)الاستدلال علي وجود التيارات الكهربية المستمرة الضعيفة جدا فى دائرة ما .
(ب) قياس شدة التيارات المستمرة الضعيفة جدا.
(جـ) تعيين اتجاه التيارات الضعيفة .
فكرة عمله: –
تعتمد علي عزم الازدواج المؤثرفى ملف يمر به تيار وهذا الملف قابل للحركة في مجال مغناطيسي عندما يمر تيار كهربى فى الملف فإنه يتأثر بعزم إزدواج يعمل على إنحراف الملف بزاوية معينةوتتناسب طرديا مع شدة التيارالمار فيه .

تركيب الجلفانومتر ذو الملف المتحرك (الجلفانومتر الحساس)

1- ملف مستطيل من سلك رفيع معزول ملفوف حول إطار مستطيل خفيف من الألمونيوم يمكن أن يدور حول محوره
2- يوضع فى قلب الملف أسطوانة ثابتة من الحديد المطاوع
3- ويوضع الملف والقلب بين قطبي مغناطيس قوي علي شكل حذاء فرس قطباه المتقابلان مقعران .
4- يرتكز الملف علي حوامل من العقيق لتقليل الإحتكاك
5- يتحكم في حركته زوج من الملفات اللولبية من سبيكة البرونز فسفور(الزنبركية حيث تعمل كوصلات للتيار بالنسبة للملف فيسهل دخول وخروج التيار).
6- مؤشرخفيف من الألومنيوم  يتحرك مع الملف تبعا لاتجاه التيار المراد قياسه.
7- تدريج منتظم  يتحرك عليه مؤشر .

1- استخدام أقطاب مغناطيسية مقعرة:

حتي تكون خطوط الفيض المغناطيسي بينهما علي هيئة أنصاف أقطار وهذا يجعل :
أ- كثافة  الفيض المغناطيسي  ثابتة في الحيز الذي يتحرك فيه الملف مهما كانت زاوية الملف
ب- خطوط الفيض موازية لمستوى الملف وعمودية على الضلعين الطويلين . وهذا يجعل زاوية انحراف المؤشر يتناسب طرديا مع شدة التيار المار في الملف.
ج- عزم الازدواج المحرك و الناشئ عن مرور التيار في أي وضع نهاية عظمي لأن مستوي الملف يكون دائما موازيا لاتجاه خطوط الفيض.
2- فائدة زوج الملفات الزنبركية
أ- كوصلات لدخول وخروج التيار للملف .
ب-  تعمل كذلك علي توليد ازدواج عكس اتجاه الازدواج الناشئ عن مرور التيار في  الملف فيستقر الملف عندما يتساوي عزما الازدواجين .
ج-  كما يعملان علي عودة الملف إلي وضعه الأصلي بعد قطع التيار.
3-  تدريج الجلفانومتر ذي الملف المتحرك منتظم وصفر تدريجه في المنتصف :
* التدريج منتظم لأن زاوية الانحراف   qتتناسب طرديا مع شدة التيارI
* وصفر تدريجه في المنتصف لتحديد اتجاه مرور التيار في الدائرة .
4- الحوامل من العقيق حتي لا يحدث  تآكل عند مواضع الارتكاز لعدم وجود احتكاك ,وبالتالي يتحرك الملف حركة متزنة.
5- مؤشر من الألومنيوم لأنه خفيف وبالتالي لا يؤثر وزنه علي عزم الازدواج و لايتمغنط.
6- يلف الملف علي إطار خفيف من الألومنيوم ليمنع تذبذب الملف أثناء حركته وبالتالي ينحرف المؤشر انحرافا ثابتا. حيث  مادة الألومنيوم مادة غير مغناطيسية لاتتأثر بالمغناطيس .
7- أسطوانة الحديد في الجلفانومتر تعمل علي تنظيم وتركيز الفيض المغناطيسي فى الحيز الذى يتحرك فيه الملف فتزداد كثافة الفيض وتزداد حساسية الجلفانومتر
8- تصنع الملفات الزنبركية من سبيكة البرونز فسفور لان معامل المرونة للبرونز فسفور كبيرة جدا

شرح عمل الجلفانومتر ذي الملف المتحرك:

1- قبل مرور التيار يكون الملف في وضع الاتزان ويشير المؤشر إلي صفر التدريج .
2- عند مرور التيار في ملف الجهاز يتولد عزم ازدواج مغناطيسي يعمل علي دوران الملف في اتجاه معين.
3- الازدواج المتولد عن التواء الملفين الزنبركين يقاوم حركة دوران الملف.
4- يتزن الملف عندما يتساوي عزم ازدواج اللي مع عزم الازدواج المغناطيسي ,وتدل قراءة المؤشر علي  قيمة شدة التيار.
5- عند عكس اتجاه مرور التيار للملف يتحرك المؤشر في عكس الاتجاه السابق.
6- عند قطع التيار يعمل ازدواج اللي الناتج عن الزنبركيين علي عودة الملف إلي وضعه الأصلي وبالتالي المؤشر إلي صفر التدريج.

حساسية الجلفانومتر ذي الملف المتحرك: 

هي زاوية انحراف المؤشر عن وضع الصفر عند مرور تيار في ملف شدته الوحدة وتساوي
او هى النسبة بين زاوية انحراف المؤشر من وضع الصف الى شدة التيار المار فى الملف .
وحدة قياس حساسية الجلفانومتر ذي الملف المتحرك:هي درجة /ميكرو أمبيرA  μ  deg /

س :- ما معني أن حساسية الجلفانومتر ذي الملف المتحرك  A  μ  0. 5 deg /

اى  أن زاوية الانحراف التي يصنعها الجلفانومتر  0.5deg عندما يمر تيار شدته واحد ميكرو أمبيرفى الملف.

عيوب الجلفانومتر ذي  الملف المتحرك :

1- تفقد الملفات الزنبركية مرونتها بكثرة الاستعمال.
2- لا يستخدم لقياس التيار المتردد .
3- قد يضعف المغناطيس بمرور الوقت.
4- لا يتحمل شدة التيارات الكبيرة لوجود علاقة طردية بين كمية الحرارة ومربع شدة التيار و بالتالي عند مرور تيار كبير في الملف يتولد طاقة حرارية كبيرة قد تعمل علي انصهار الملف.

س : – ماذا يحدث عند مرور تيارات كهربية ذات شدة عالية  فى الجلفانومتر

عند مرورتيارات كهربية ذات شدة عالية تولد ازدواجا كبيرا يعمل على إتلاف الحوامل التى يرتكز عليها
وتسبب اختلال فى نظام التعليق ، كما أن التيارات ذات الشدة العالية عندما تمرفى الملف تولد كمية كبيرة من الحرارة تسبب احتراق الملف وانقطاعه .

س :- ماذا يحدث عند مرور تيار متردد داخل الجلفانومتر

التيار المتردد متغير الشدة والاتجاه
·فى الترددات المنخفضة للتياريتحرك المؤشر يمينا ويسار ولا يثبت عند قراءة معينة لتبادل عزم الازدواج على ضلعى الملف
* فى الترددات العالية للتيار لا يتحرك الملف حيث لايستطيع ان يستجيب للتغيرات السريعة فى اتجاه التيار .

س( علل ) يجب معايرة الجلفانومتر كل فترة

لضعف الملفان الزنبركيان بكثرة الاستعمال . او قد يضعف المغناطيس بمرور الوقت مما يعطى قراءة غير دقيقة .

س :- (علل) يعتبر ازدواج السلكين الزنبركيين مقاوم راد

مقاوم لانه يقاوم الازدواج الناشىء عن مرور التيار اثناء مروره وراد لانه يرد الملف وبالتالى المؤشر الى صفر التدريج عند انقطاع التيار
1- زاوية انحراف مؤشر الجلفانومتر من وضع الصفر هى الزاوية بين الملف والمجال .
2- لكى يتحرك مؤشر الجلفانومتر من قسم الى اخر يليه يلزم مرور تيار ذو شدة معينة ويسمى ذلك بحساسية الجلفانومتر لكل قسم
ولحساب شدة التيار بدلالة الحساسية لكل قسم نستخدم القانون الاتى :-
3- حساسية الجلفانومتر =
4- عزم الازدواج المؤثر على الجلفانومتر يتعين من العلاقة
حيث    q= 90  حيث الملف دائما موازيا للفيض
مثال محلول
جلفانومتر ذو ملف متحرك تدريجه مقسم إلي عشرة أقسام وحساسيتهA  μ  5لكل قسم واحد.
احسب شدة التيار اللازم لكي ينحرف مؤشره إلي نصف التدريج.
الحل :          عدد الأقسام التي  ينحرف إليها المؤشرعند المنتصف =5
شدة التيار =   حساسية الجلفانومتر للقسم الواحد  ×   عدد الأقسام
=5                × 5  =  10  ميكرو أمبير
يمكن تعديل الجلفانومتر ذي  الملف المتحرك إلي أميتر أو فولتميتر أو أوميتر.
الوظيفة :-     قياس شدة التيارات المستمرة الكبيرة مباشرة .
الفكرة العلمية :-      عزم الازدواج المؤثرفى ملف يمر به تيار قابل للحركة في مجال مغناطيسي
طريقة التوصيل فى الدائرة :- يوصل الاميتر بالدائرة على التوالى(علل) حتي يكون شدة التيار المار فيه هو نفس شدة التيار المار في الدائرة والمراد قياسة
كيفية تعديل الجلفانومتر الى اميتر
يوصل مع ملف الجلفانومتر مقاومة صغيرة على التوازى تسمى مجزئ التيار R_s

استنتاج قيمة مجزئ التيار R_s
حيث ان مقاومة ملف الجلفانومتر ومقاومة المجزئ موصلة على التوازى
فيصبح       V_g   =  V_S
I_gR_g   =  I_sR_s
وحيث ان                   I_s   = I  –  I_g  فيصبح   (I  –  I_g )    I_gR_g   =  R_s
 ويصبح              مجزئ التيارR_s
مقاومة صغيرة توصل على التوازى مع ملف الجلفانومتر لتحويله الى اميتر
وظيفة المجزئ :-
1- جعل المقاومة الكلية للاميتر صغيرة فلا تؤثر على شدة التيار المار فى الدائرة
2- حماية ملف الجلفانومتر من التلف حيث يمر بها الجزء الاكبر من التيار .
3- قياس تيارات اكبر شدة
حساسية الاميتر :-
هي النسبة بين أقصي تيار يقيسه الجلفانومتر قبل توصيل المجزئ إلي شدة التيار الكلي الذي يستطيع قياسه بعد توصيل المجزئ
ويمكن تعيين الحساسية ايضا بدلالة مقاومة المجزئ
ومقاومة الجلفانومتر من العلاقة :-
1- كلما قلت مقاومة مجزئ التيار قلت حساسية الاميتر (علل) لانه كلما قلت مقاومة المجزئ قلت مقاومة الاميتر ويزداد شدة التيار فتقل الحساسية حيث
2- الاميتر اقل حساسية من الجلفانومتر (علل) لان الاميتر يقيس تيارات شدتها اكبر بنفس زاوية الانحراف حيث عند توصيل الجلفانومتر بمجزئ التيار تقل الحساسية .
3- المقاومة الكلية للاميتر
4- المقاومة الكلية للاميتر اقل من مقاومة المجزئ R_s
5- صغر مقاومة الأميتر: (علل) 
لأن الأميتر يوصل في الدائرة علي التوالي و بالتالي ستضاف مقاومته إلي مقاومة الدائرة لذلك لا بد من صغر مقاومته حتي لا تزداد مقاومة الدائرة فتقل شدة التيار الأصلي المراد قياسه
أو حتى لا يؤثر  دخول الأميتر على تغيير شدة  التيار المراد قياسه تغيرا ملحوظا فى الدائرة الكهربية المتصلة على التوالى .
6- يجب معايرة الاميتر كل فترة (علل)
لضعف الملفان الزنبركيان بكثرة الاستعمال . او قد يضعف المغناطيس بمرور الوقت مما يعطى الجهاز قراءة غير دقيقة .
س كيف يمكن  زيادة مدى الجلفانومتر دون أن يحترق الملف( اى كيف يمكن تحويل الجلفانومتر الى اميتر)
الحل :-  يتم توصيل مقاومة صغيرة على التوازى مع ملف الجلفانومتر تسمى مجزئ التيار.
1- اقصى قراءة قبل توصيل المجزئ  تعنى I_g
2- اقصى قراءة بعد توصيل المجزئ I
3- المقاومة المقترحة لتحويل الجلفانومتر الى اميتر هى :-
توصيل مقاومة صغيرة على التوازى تسمى R_S مع ملف الجلفانومتر .
4- عند توصيل مجزئ تيار بملف الجلفانومتر فانه يمر فى الجلفانومتر ⅓ التيار الكلى
يعنى ذلك ان    Ig  = ⅓I  او  حساسية الاميتر = ⅓
اى ان
5- جلفانومتر مقاومة ملفه R_g  اقصى قراءة له I_g
* عند توصيل مجزئ تيار   R_S1بملف الجلفانومتر فان تيار الجلفانومترI_g يظل ثابت ولكن التيار الكلى المار بهما  I  يزداد
* عند  توصيل مقاومة اخرى على التوازى  R_S2 مع المجزئ R_S1  فان تيار الجلفانومتر   I_g يظل ثابت
ولكن شدة التيار الكلى   I   يزداد
* يمكن اعتبار انه تم توصيل مجزئ جديد R_S وهذا المجزئ يكافىء المقاومة R_S1  ، R_S2  حيث
6-  المقاومة الكلية للاميتر
7- جلفانومتر يدل كل قسم من تدريجة على  قيمة معينه للتيار ……….هذه القيمة تعنى   I_g
كيف يتم تعديله ليدل كل قسم من تد ريجه على قيمة أعلى للتيار ………..  هذه القيمة تعنى   I
لتحميل الدرس بصيغة PDF اضغط هنا..