Neke primjene osnovnih zakona električnog strujanja

UVOD

Osnovne zakone električnog strujanja možemo često primijeniti u praksi, a viđamo ih također i u svakodnevnom životu. Jedna od primjena je primjerice ampermetar kojeg možemo upotrijebiti i kao voltmetar i omometar, te proširenje mjernog područja ampermetra i voltmetra. Veliku važnost također imaju i takozvani mosni spojevi koji nam služe za mjerenje nepoznatih otpora primjerice Wheatstoneov most ili Thomsonov most (koji se koristi za izračunavanje jako malih vrijednosti otpora). Također primjenu tih zakona možemo naći i pri baždarenju instrumenata, primjerice baždarenju voltmetra uz pomoć kompenzatora. Svatko od nas sigurno je rukovao nekakvim potenciometrom (npr. radio uređaji – kontrola glasnoće) koji također funkcionira na principu osnovnih zakona el. strujanja.

PROŠIRENJE MJERNOG PODRUČJA VOLTMETRA I AMPERMETRA

Jakost električne struje općenito se mjeri instrumentima koji djeluju na osnovi magnetskog učinka električne struje. Iako je po definiciji određeno da se kao jedinica za jakost struje uzme ona električna struja koja je u stanju da iz vodene otopine AgNO3 izluči u jednoj sekundi 1,1180 mg srebra, takav način mjerenja, iako potpuno točan, nije baš previše prikladan za mjerenje u praksi, tako da se upotrebljavaju gore spomenuti instrumenti jer je mjerenje pomoću njih mnogo jednostavnije. Električna struja koju mjerimo prolazi kroz sistem instrumenta, stvara se magnetska sila koja pomiče kazaljku te se prema njenom otklonu na baždarenoj skali može očitati broj ampera jakosti struje. Takvi instrumenti za mjerenje jakosti električne struje zovu se ampermetri, a jedinica amper je dobila naziv u čast fizičaru Ampere-u i njezina oznaka je A.
Za mjerenje jakosti električne struje i napona koristimo instrumente ampermetar i voltmetar. Kao što je spomenuto ranije, ampermetar radi na principu magnetskog učinka el. struje, a magnetska sila je proporcionalna otklonu kazaljke instrumenta. Prema Ohmovom zakonu
U = I • Ri
gdje je Ri unutarnji otpor instrumenta koji je konstantan, taj instrument možemo upotrijebiti i za mjerenje napona zato što postoji direktna proporcionalnost između jakosti struje koja prolazi kroz instrument i napona na stezaljkama tog instrumenta. Osim otpora instrumenta Ri bitna je i jakost struje kod koje se postiže puni otklon kazaljke Ii. Primjerice, ako instrument pri nekoj jakosti struje pokazuje puni otklon kazaljke, tada po Ohmovom zakonu možemo izračunati napon na stezaljkama instrumenta pri punom otklonu. Neka pri vrijednosti struje 0,5mA imamo puni otklon kazaljke, a otpor instrumenta je 5000 Ω tada će na stezaljkama instrumenta biti napon od 2,5 V. Prema tome takav instrument bi se mogao direktno upotrijebiti i za mjerenje napona do 2,5 V. Iz tih podataka je moguće izračunati potrošnju snage na instrumentu pri punom otklonu:

P = I2 • Ri = (0,5 • 10-3) 2 • 5000 = 1,25 mW

Druga karakteristika je da instrument ima 5000 Ω / 2,5 V = 2000 oma po voltu.

Ovakav instrument može se dalje upotrijebiti kao osnovica konstrukcije ampermetra ili voltmetra za mjerenje mnogo jačih struja i mnogo viših napona. Potrebno je samo dodati odgovarajuće povezane otpornike.
Proširivanje naponskog mjernog opsega postižemo spajanjem predotpora u seriju sa svitkom instrumenta, a proširivanje strujnog mjernog opsega postižemo paralelnim spajanjem otpornika ili shuntiranjem. Pri proširivanju strujnog mjernog opsega ne smije se izravno shuntirati svitak instrumenta jer je otpor njegovog bakrenog namota temperaturno promjenjiv. U tom slučaju se u
seriju sa svitkom spaja kompenzacijski otpornik napravljen od materijala kojem je temperaturni koeficijent zanemariv, tako da rezultantni otpor serijskog spoja svitka i kompenzacijskog otpornika bude temperaturno neovisan.