الجلفانومتر والأميتر والفولتميتر والأوميتر: المجزئ والمضاعف والتدريج

٢٠ أكتوبر ٢٠٢٦

أجهزة هذا الدرس الأربعة هي جلفانومتر واحد تغيّر حوله مقاومة صغيرة أو كبيرة: على التوازي فهو أميتر،‏ وعلى التوالي فهو فولتميتر،‏ ومع بطارية فهو أوميتر. فإذا فهمت أن الملف نفسه لا يتحمل إلا $I_g$ صارت كل المسائل حسابًا على المقاومات. وباقي أسئلة الدرس في صفحة الأسئلة.

الجلفانومتر

ملف متحرك بين قطبين مقعرين حول قلب من الحديد المطاوع،‏ فالمجال نصف قطري والملف يصنع دائمًا نفس الزاوية مع الخطوط:

وهو ثابت عند ثبات التيار.

• هذا العزم يدير الملف ويقابله عزم اللي في الزنبرك $\tau = \kappa\theta$ الذي يزداد بزيادة الزاوية،‏ فيستقر المؤشر عندما يتساويان.
• لهذا $\theta \propto I$ فالتدريج منتظم.
• الحساسية $= \frac{\theta}{I}$ أي الانحراف لكل وحدة تيار،‏ وتزيد بزيادة $N$ و $B$ و $A$ وبنقص ثابت الزنبرك.
• الملف رقيق من النحاس،‏ فالتيار العالي يسخنه ($H = I^2Rt$) ويتلفه.

الأميتر: مجزئ على التوازي

لقياس تيار أكبر من $I_g$ نوصل مقاومة صغيرة $R_s$ على التوازي مع الملف،‏ فيمر فيها الباقي. فرق الجهد واحد على الفرعين:

• كلما قلّت $R_s$ زاد المدى وقلّت الحساسية،‏ وقلّت مقاومة الأميتر $R_A = \frac{R_g R_s}{R_g + R_s}$ فيقل تأثيره على الدائرة.
• بعد التوصيل يمر في الملف جزء من التيار الكلي فقط $\frac{I_g}{I} = \frac{R_s}{R_g + R_s}$،‏ فينحرف المؤشر انحرافًا أقل لنفس التيار.
• يوصل الأميتر على التوالي في الدائرة،‏ ومقاومته يجب أن تكون صغيرة.

الفولتميتر: مضاعف على التوالي

لقياس جهد أكبر من $V_g = I_g R_g$ نوصل مقاومة كبيرة $R_m$ على التوالي مع الملف،‏ فيمر فيهما نفس التيار:

• المقاومة الكلية $R_t = \frac{V}{I_g}$ تتناسب مع المدى: إذا زاد المدى $n$ مرة فـ $R_t = nR_g$ و $R_m = (n-1)R_g$.
• كلما زادت $R_m$ زاد المدى وزادت دقة القياس،‏ لأن الفولتميتر يسحب تيارًا أقل.
• يوصل على التوازي مع الجزء المراد قياس جهده،‏ ومقاومته يجب أن تكون كبيرة.
• في الرسم $V = I_g R_m + I_g R_g$: الميل $I_g$ والمقطع $I_g R_g$.

الأوميتر: بطارية مع الجلفانومتر

نوصل الجلفانومتر مع بطارية ومقاومة متغيرة،‏ فعند توصيل طرفيه معًا نضبط المقاومة حتى ينحرف المؤشر إلى نهاية التدريج. مقاومة الأوميتر الكلية:

ثم نصل بينهما مقاومة مجهولة $R$ فيمر تيار أقل:

• الصفر عند أقصى تيار والمالانهاية عند تيار صفر،‏ فالتدريج معكوس وغير منتظم.
• عند نصف التدريج $R = R_t$،‏ وعند $\frac{I_g}{3}$ تكون $R = 2R_t$،‏ وعند $\frac{I_g}{4}$ تكون $R = 3R_t$.
• يُضبط الصفر قبل كل قياس،‏ ويُقاس به المقاومة وهي خارج أي دائرة.
• في الرسم بين $\frac{1}{I}$ و $R_x$ خط مستقيم: $\frac{1}{I} = \frac{R_x}{E} + \frac{R_0}{E}$ ميله $\frac{1}{E}$ ومقطعه $\frac{R_0}{E}$.

قبل الامتحان

• الجلفانومتر: $\theta \propto I$،‏ والحساسية $\frac{\theta}{I}$،‏ ومقاومته $R_g$ وأقصى تيار $I_g$ ثابتان.
• الأميتر: $R_s = R_g\,\frac{I_g}{I - I_g}$ على التوازي،‏ ومقاومته صغيرة.
• الفولتميتر: $R_m = \frac{V}{I_g} - R_g$ على التوالي،‏ ومقاومته كبيرة.
• الأوميتر: $R_t = \frac{E}{I_g}$ و $R = \frac{E}{I} - R_t$،‏ والمنتصف $R = R_t$ والصفر عند أقصى تيار.

للتدرّب على الدرس كاملًا،‏ افتح صفحة الأسئلة واختر درس أجهزة القياس من الفيزياء.