Phương pháp Vôn-Ampe Hướng dẫn

Vật lýTrung cấpThời gian đọc: 4 phút

Tổng quan

Phương pháp Vôn-Ampe là một phương pháp thực nghiệm tiêu chuẩn để đo điện trở bằng cách sử dụng vôn kế và ampe kế. Ý tưởng cốt lõi của nó là đo điện áp trên điện trở đang thử nghiệm và dòng điện chạy qua nó, sau đó tính giá trị điện trở bằng Định luật Ohm $R = V/I$ . Để giảm sai số thực nghiệm, người ta thường thực hiện nhiều phép đo và lấy giá trị trung bình.

Bối cảnh

Năm 1827, nhà vật lý người Đức Georg Ohm đã công bố Định luật Ohm nổi tiếng

V = IR

sau nhiều thí nghiệm lặp đi lặp lại, tiết lộ mối quan hệ định lượng giữa điện áp, dòng điện và điện trở. Khám phá này ban đầu bị bỏ qua cho đến khi công trình của Kirchhoff và những người khác xác nhận tính phổ quát của nó. Phương pháp Vôn-Ampe là một phương pháp thực nghiệm tiêu chuẩn để tính điện trở bằng cách đo điện áp và dòng điện dựa trên Định luật Ohm. Phương pháp này đơn giản và đáng tin cậy, và vẫn là kỹ thuật đo điện trở được sử dụng phổ biến nhất trong các phòng thí nghiệm vật lý và kiểm tra công nghiệp ngày nay.

Khái niệm chính

Điện trở đang thử nghiệm (Rx)

R_x

Một điện trở có giá trị điện trở chưa biết. Trong mô phỏng này, giá trị thực của nó là $10.0\Omega$ , nhưng bạn cần suy ra nó từ dữ liệu thực nghiệm.

Biến trở trượt

R_{rheostat}

Một thành phần được sử dụng để thay đổi độ lớn của dòng điện trong mạch và điện áp trên điện trở đang thử nghiệm. Bằng cách điều chỉnh nó, có thể thu được nhiều bộ dữ liệu thực nghiệm khác nhau.

Lấy trung bình nhiều phép đo

\bar{R} = \frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}R_i

Một phương pháp phổ biến trong các thí nghiệm để giảm sai số. Các phép đo đơn lẻ có thể có sai lệch đọc hoặc hệ thống; lấy trung bình nhiều phép đo mang lại kết quả gần với giá trị thực hơn.

Công thức và diễn giải

Nguyên lý đo

R = \frac{V}{I}

Tính điện trở bằng công thức biến đổi của Định luật Ohm.

Phân tích sai số

\text{Sai số} = \frac{|R_{đo} - R_{thực}|}{R_{thực}} \times 100\%

Phần trăm độ lệch giữa giá trị đo được và giá trị thực. Sai số nhỏ hơn cho thấy thí nghiệm chính xác hơn.

Các bước thí nghiệm

1
Kết nối mạch và đóng công tắc
Đảm bảo mạch được kết nối chính xác (vôn kế mắc song song, ampe kế mắc nối tiếp). Nhấp vào nút "Công tắc" để đóng mạch. Gợi ý: Biến trở trượt nên được điều chỉnh về điện trở tối đa trước khi bắt đầu để bảo vệ mạch.
2
Điều chỉnh biến trở để lấy bộ dữ liệu đầu tiên
Di chuyển con trượt của biến trở trượt. Quan sát sự thay đổi trên số đọc của vôn kế và ampe kế. Khi số đọc ổn định và nằm trong phạm vi phù hợp, hãy nhấp vào "Ghi dữ liệu".
3
Lấy mẫu nhiều lần để giảm sai số
Tiếp tục thay đổi vị trí con trượt để thu được 3-5 bộ dữ liệu điện áp và dòng điện. Quan sát và ghi lại: Sự thay đổi của điện áp và dòng điện thể hiện quy luật nào? Tính giá trị $V/I$ mỗi lần; chúng có xu hướng nhất quán không?
4
Phân tích dữ liệu và tính toán
Nhấp vào nút "Tính kết quả" bên dưới bảng dữ liệu. Hệ thống sẽ tự động áp dụng $R = V/I$ để tính giá trị điện trở cho từng bộ dữ liệu và suy ra điện trở trung bình cuối cùng.
5
Đánh giá kết quả
So sánh giá trị trung bình đo được của bạn với giá trị điện trở thực ( $10.0\Omega$ ) và suy nghĩ về lý do gây ra sai số nhỏ (như làm tròn số đọc, v.v.).

Mục tiêu học tập

Thành thạo việc kết nối sơ đồ mạch và các bước thực nghiệm của phương pháp Vôn-Ampe để đo điện trở
Học cách kiểm soát điện áp và dòng điện trong mạch bằng biến trở trượt
Hiểu tầm quan trọng của việc lấy trung bình nhiều phép đo trong việc giảm sai số thực nghiệm
Có khả năng áp dụng Định luật Ohm để xử lý dữ liệu thực nghiệm thô và rút ra kết luận

Ứng dụng thực tế

Kiểm tra chất lượng: Các nhà máy điện tử đo xem điện trở linh kiện có đáp ứng thông số kỹ thuật tiêu chuẩn hay không
Nghiên cứu phòng thí nghiệm: Nghiên cứu cách các yếu tố bên ngoài như nhiệt độ và ánh sáng ảnh hưởng đến điện trở suất của vật liệu
Chẩn đoán lỗi: Các kỹ sư xác định vị trí ngắn mạch hoặc hở mạch bằng cách đo giá trị R của các bộ phận khác nhau trong mạch

Sự hiểu lầm phổ biến

Sai

Điện trở có thể được xác định chỉ với một bộ dữ liệu

Đúng

Mặc dù về lý thuyết là có thể, nhưng sai số thực nghiệm tồn tại trong thực tế. Lấy trung bình nhiều phép đo là một tiêu chuẩn cơ bản cho các thí nghiệm khoa học và cải thiện đáng kể độ tin cậy của kết quả.

Sai

Mục đích duy nhất của biến trở trượt là bảo vệ mạch

Đúng

Bảo vệ mạch là một chức năng quan trọng (hạn chế dòng điện), nhưng trong thí nghiệm Vôn-Ampe, vai trò cốt lõi của nó là thay đổi điện áp trên Rx để cho phép thực hiện nhiều phép đo.

Đọc thêm

Sẵn sàng bắt đầu?

Bây giờ bạn đã nắm được kiến thức cơ bản, hãy bắt đầu thí nghiệm tương tác!

Bắt đầu thí nghiệm Bắt đầu trắc nghiệm