شرق آزما - شرق آزما

هدف آزمایش: شناسایی پل وتستون و پل تار و اندازه‏گیری مقاومت مجهول بوسیله آنها.
وسایل آزمایش: برد پل تار ووتستون، دستگاه پل تار ووتستون، جعبه مقاومت 11110Ω - 2W، پك كامل پرتهاي آزمايشگاهي uشکل، منبع تغذیه AC-DC واریابل ( )، بلوكه مقاومت مجهول، بلوكه مقاومت معلوم   (2عدد)، گالوانومتر عقربه‏ای.

تئوری آزمایش
پل وتستون
پل وتستون كه مدار آن مطابق شكل (1) است برای اندازه‏گیری سریع و دقیق مقاومت مجهول یك جسم و یا یك وسیله الكتریكی متداول است. این مدار در سال 1843 بوسیله دانشمند انگلیسی (چارلز وتستون) طرح گردید.
در شكل (1) مقاومتهای R2و R1 معلوم بوده و مقدار مقاومت R3 را می توان به دلخواه تغییر داد و منظور اندازه گیری مقاومت Rx می باشد. برای انجام آزمایش و بكار بردن پل وتستون باید پس از سوار نمودن مدار آنقدر مقاومت متغیر را تغییر داد تا گالوانومتر مقدار صفر را نشان دهد.
در این هنگام پتانسیل نقاط Dو C برابر بوده و داریم:

شکل(1)
(3)

(4)

وچون جریانی از آمپرمتر نمی گذرد داریم:
اما مطابق قانون اهم:

با در نظر گرفتن روابط (1) و (2) می توان نوشت:
(5)

(6)

(7)

(برای بخاطر سپردن این رابطه دقت كنید كه حاصلضرب مقاومتهای روبرو مساوی هستند) بنابراین با دانستن مقادیر مقاومتهای R3 و R2و R1 مقدار مقاومت مجهول RX را می توان معین نمود.

پل تار: پل وتستون را می‏توان بصورت ساده‏تری كه پل تار نام دارد سوار نمود. شكل (2) یك پل تار را نشان می دهد كه یك رشته سیم یكنواخت است و معمولاً یك متر می باشد.

شكل(2)

R مقاومت معلوم و RX مقاومت مجهولی است كه باید اندازه‏گیری شود. S یك لغزنده است كه می‏تواند روی سیم حركت كند، برای كار با پل تار لغزنده S را بقدری در طول سیم حركت می دهند تا از گالوانومتر جریانی عبور نكند.
در این صورت مقاومتهای R و RX و سیمهای و   مانند چهار شاخه پل وتستون هستند كه به حالت تعادل باشند و بنابر رابطه ای كه اثبات آن در پل وتستون گذشت داریم:
(9)

(8)

چون تمام طول سیم AB یكنواخت است (یعنی جنس و سطح مقطع سیم ثابت است) نسبت مقاومت دو قسمت آن به نسبت طول‏های آن است.
بنابراین با توجه به رابطه (8) و (9) داریم:
(10)

روش آزمایش
توجه: قبل از اتصال هر مداری به منبع اصلی الكتریسیته برای جلوگیری از سوختن گالوانومتر، مدار مربوطه را به سرپرست آزمایشگاه نشان دهید.

پل وتستون
1- مدار شكل (1) را با قرار دادن دو مقاومت ثابت معلوم موجود بجای R2 وR1 (مقاومت بزرگتر را R2 فرض كنید) و نصب جعبه مقاومت بجای R3 و مقاومت مجهول بجای RX سوار نموده سپس كلید S را بسته و آنقدر مقاومت جعبه را تغییر دهید تا جریان از گالوانومتر عبور ننماید.
2- مقدار مقاومت R3 (جعبه مقاومت) را خوانده و با قرار دادن در رابطه (7) مقاومت مجهول را پیدا كنید. آزمایش را برای مقاومت های مختلف تكرار نمایید.

پل تار
3- مدار شكل (2) را با قرار دادن مقاومت 10 اهمی بجای R و مقاومت مجهول بجای Rx سوار نموده و سپس آنقدر محل لغزنده S را روی سیم رسانا تغییر دهید تا آمپرمتر جریانی را نشان ندهد.
4- دو طول   و   را روی خط‏كش اندازه گرفته و با قرار دادن در رابطه (10) مقدار مقاومت مجهول RX را پیدا نمایید.
5- این آزمایش را برای همان مقاومت مجهول كه در آزمایش قبل بكار بردید تكرار كنید.
6- با در نظر گرفتن دقت وسایل اندازه‏گیری كه در این آزمایش بكار رفته است، خطای نسبی را در اندازه‏گیری یك مقاومت به روش پل وتستون و یك مقاومت به روش پل تار محاسبه نمایید.